laminación
INTRODUCCIÓN
Los rodillos de trabajo (Work Rolls) son componentes
principales en los molinos de laminación. De esta forma el
diseño adecuado es un factor con suma importancia para
una prolongada vida útil. Por lo tanto, los cambios en la
geometría de los rodillos deben ser estudiados cuidadosamente para determinar los efectos en la vida de trabajo
de los mismos. Específicamente para el caso de laminación en caliente, la temperatura es controlada con líquido
refrigerante y la protección de los baleros a la entrada y
contaminación del líquido es realizada por anillos de sellado montados por interferencia en el cuello de los rodillos.
Sin embargo, estos anillos representan un importante
costo adicional a la fabricación de los rodillos lo que torna
interesante un estudio de modificación de proyecto para
la integración de estos anillos directamente en el cuerpo
del rodillo de trabajo.
La integración de los anillos en el cuerpo del rodillo implica
cambios importantes en la geometría del mismo con modificaciones en los radios de alivio y consecuente aumento en la concentración de tensiones generadas por las
cargas de laminación. El objetivo de este trabajo es el de
realizar un estudio numérico del efecto de concentración
de tensiones en la región de montaje de anillos en rodillos
de laminación con énfasis en la posible integración de los
mismos directamente al cuerpo del rodillo. Para este fin
fueron construidos modelos de elementos finitos del ro-
(a)
dillo con y sin la integración de los anillos. Adicionalmente,
para el caso de anillos integrados, fueron estudiados diferentes radios de alivio de tensiones para evaluar el efecto
de estos cambios en las tensiones máximas generadas.
Los resultados obtenidos con los modelos de elementos
finitos muestran cambios importantes en los valores de
tensiones máximas debidos a la modificación de proyecto. Sin embargo, este aumento puede ser minimizado con
pequeños cambios geométricos de los rodillos en la zona
de integración de anillos. Una primera fase del modelado
fue analizar los efectos de la integración de los anillos sobre la concentración de tensiones en el rodillo. A su vez,
una segunda fase contempló posibles modificaciones
geométricas con el objetivo de disminuir los niveles de
tensiones máximas.
MODELADO POR ELEMENTOS FINITOS
Los rodillos de trabajo ICDP de los castillos F4/F6 del
molino tándem en caliente de ALTOS HORNOS DE
MÉXICO S/A - AHMSA [2] fueron modelados con el
pre-procesador de elementos finitos MSc Patran 2005
[4]. Las Figs. 1 (a) y (b) muestran las geometrías de estos
rodillos, sin la integración del anillo y con anillo integrado
respectivamente. Como se puede observar en la Fig. 1,
con la integración de anillos la geometría cambia considerablemente causando fuerte reducción en los radios de
alivio. Estas alteraciones ocasionan redistribución y probable aumento de las tensiones.
(b)
Figura 1: Geometría del rodillo AHMSA; a) Sin anillos; b) Con anillos.
A su vez, las Figs. 2 (a) y (b) muestran las mallas y condiciones de contorno para el rodillo AHMSA. Las chumaceras fueron inicialmente modeladas con elementos
tipo MPC-RBE2 [4], con el nodo central de cada uno de
estos elementos soportado en las direcciones Y y Z simulando los cojinetes en el cuadro del laminador (ver Fig.
2 (a)). Sin embargo, este procedimiento de modelación
considera una chumacera totalmente rígida y en algunos
casos, produce significativa influencia en los niveles de
tensiones debido a la proximidad de la chumacera a los
radios de alivio de tensiones. Por lo tanto, simulaciones
adicionales consideraron a los rodillos en condición bia15 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO