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Con questo articolo ci proponiamo di trattare in breve il processo di laminazione dei metalli.

Indice

1 Premessa
2 In cosa consiste?
3 Dal punto di vista quantitativo
4 Laminazione a caldo
5 Laminazione a freddo
6 Dal vivo...
7 Bibliografia

Premessa

Prima di addentrarci all'interno del processo di laminazione dei metalli vediamo cosa è "in generale" la laminazione.
La laminazione fa parte delle lavorazioni per deformazione plastica alle quali è sottoposto il metallo che si trova in una opportuna forma e condizione.
Chiariamo il primo concetto: che vuol dire deformazione plastica?
In breve, la deformazione può essere:

elastica : essa cessa al cessare della causa che l'ha prodotta;
plastica : essa permane al cessare della causa che l'ha prodotta.

Come si può intuire, nel settore industriale, i metalli, opportunamente solidificati sotto forma di lingotti nelle lingottiere, vengono sottoposti a deformazione plastica proprio allo scopo di far assumere loro forma e dimensioni finali volute. Questo allo scopo di ottenere dei prodotti finiti o dei semilavorati, cioè pezzi di fonderia che dovranno essere sottoposti ad altri processi.

Lingotti di alluminio ottenuti in fonderia

In cosa consiste?

Durante la laminazione si produce uno schiacciamento, allungamento e sagomatura di un blocco di metallo che viene fatto passare attraverso due rulli rotanti in versi opposti tra di loro.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

I rulli rotanti sono detti cilindri nonostante abbiano questa reale forma solo nel caso in cui si debbano fabbricare prodotti come nastri o lamiere. Negli altri casi si tratta di solidi di rotazione con scanalature a forma di circonferenza.

Esempio di rullo di laminatoio (foto tratta da http://www.emil-gomma.it/ita/siderurgica.asp?id=80)

Normalmente i lingotti che provengono dalla solidificazione del metallo, sono sottoposti prima all'azione del laminatoio sbozzatore o blooming. Quest'ultimo permette di ottenere blocchi di sezione rettangolare o quadrata detti blumi o billette. Ciò che differenzia i blumi dalle billette sono semplicemente le dimensioni.

Particolare di uno sbozzatore (foto tratta da http://www.centromacchine.net/laminatoio-sbozzatore-reina-p-3447.html)

In genere non è però possibile deformare il nostro blocco di partenza in una sola "passata", ma occorrono più stadi successivi di deformazione per ottenere il risultato desiderato e, non da ultimo, che i cilindri siano dotati di scanalature atte a "trasformare" via via il blocco portandolo alla forma desiderata.

Dal punto di vista quantitativo

Partiamo da due "ipotesi" iniziali semplificative:

i cilindri sono lisci, cioè senza scanalature;
il blocco soggetto a laminazione ha forma di parallelepipedo.

Posto che l'altezza iniziale sia h₁ (vedi figura in alto o direttamente qui), se tra i cilindri è presente una distanza pari ad h₂, lo schiacciamento porta da h₁ a h₂ e, in particolare, da una lunghezza L₁ ad un'altra più grande pari a L₂ e ad un aumento di larghezza da b₁ a b₂.
Il volume deve essere costante, perciò si ha:

$b_{1}L_{1}h_{1}= \ b_{2}L_{2}h_{2}$

Tra le dimensioni iniziali e finali sussistono le seguenti relazioni, come detto prima:

$L_{2}> \ L_{1}$

$b_{2}> \ b_{1}$

$h_{2}< \ h_{1}$

Il blocco sottoposto a laminazione si allunga di una quantità pari a:

$\Delta b= \ b_{2}-b_{1}$

che però non è possibile valutare in maniera teorica.
La pratica dimostra che essa non è determinata in maniera rilevante dalla larghezza iniziale, per cui l'allungamento percentuale 100 Δb/b₁ è notevole in laminati di piccola larghezza.
Una modalità di valutazione dell'allungamento Δb è data dall'utilizzo della formula di Geuze, che è empirica:

$\Delta b= \ 0.35(h_{2}-h_{1})$

e che è conveniente utilizzare nel caso di lingotti di partenza a sezione quadrata.
Qualora si abbia a che fare con lingotti a sezione rettangolare è consigliabile ricorrere alla formula di Siebel:

$\Delta b=\ C\cdot L\cdot \frac{h_{2}-h_{1}}{h_{1}}$

dove L è la lunghezza dell'arco di contatto AB tra il laminato ed il cilindro, come riportato in figura:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

In condizioni ordinarie L può essere fatta "coincidere" con la corda AE, per cui:

$L=\ \sqrt{R\cdot \Delta h}$

Considerando il triangolo rettangolo in A, ABC, abbiamo:

$\overline{AB}^{2}=\ \overline{DB}\cdot \overline{CB}=\ \frac{h_{2}-h_{1}}{2}\cdot 2R=\ R\Delta h$

Sostituendo nella formula di Siebel, si ha:

$\Delta b=\ C\cdot \frac{\Delta h}{h_{1}}\sqrt{R\cdot \Delta h}$

A parità di riduzione dell'altezza del laminato quando passa tra i cilindri, l'allargamento è maggiore se i cilindri sono di raggio più grande.

Laminazione a caldo

Viene effettuata in quanto si possono ottenere maggiori riduzioni di spessore ad ogni passata tra i cilindri grazie al fatto che il metallo è caldo.
I semilavorati vengono dapprima riscaldati fina a circa 1200°C. Dopo essere stati riscaldati i lingotti vengono sottoposti a laminazione a caldo nel laminatoio sbozzatore reversibile, secondo i passaggi riassunti nella figura seguente:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

La laminazione a caldo viene portata avanti fino a quando la temperatura del laminato non è così bassa da rendere difficile la laminazione stessa.
Successivamente, quindi, il semi-lavorato viene portato nuovamente in temperatura e la laminazione va avanti fino a quando non si ottinene un nastro di spessore abbastanza sottile da consentire l'avvolgimento a spirale (in coil) dello stesso.

Avvolgimenti a spirale di acciaio nel caso di laminazione a caldo (tratta da http://stainless-coil.com/it/stainless-steel-hot-rolled-coil.html)

Sono ottenibili, mediante laminazione a caldo, prodotti come binari ferroviari, nastri di lamiere, tubi senza saldatura ed anelli.

Laminazione a freddo

Dopo la laminazione a caldo i rotoli di metallo sono sottoposti a trattamenti termici volti ad addolcire il metallo, cioè a ridurre la sua durezza. Uno di questi è la ricottura.
Come si può immaginare, la laminazione a freddo avviene a temperatura ambiente ed è effettuata tramite laminatoio a gabbia di laminazione singola o costituito da più gabbie di laminazione in serie.
Di seguito un video esplicativo su cosa sia una gabbia di laminazione, in particolare sul suo montaggio: