ES2264721T3 - Metodo y aparato para texturizar una chapa fina o banda metalica. - Google Patents
Metodo y aparato para texturizar una chapa fina o banda metalica.Info
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Abstract
Un método de texturizar una chapa fina (8) o banda (12) metálica, método que comprende una pluralidad de pasadas secuenciales de texturización, cada una de las cuales se realiza pasando la chapa fina (8) o banda (12) entre por lo menos un par de rodillos (7, 10), en el que por lo menos uno de cada par de rodillos tiene en su superficie una estructura texturizada y la estructura texturizada se transfiere a la chapa fina (8) o banda (12) durante cada pasada de texturización, y en el que la superficie texturizada de la chapa fina (8) o banda (12) que resulta de cada pasada se solapa con la de una o más de otras pasadas formando una estructura texturizada final.
Description
Método y aparato para texturizar una chapa fina
o banda metálica.
Esta invención se refiere a un método y aparato
para texturizar la superficie de una chapa fina o banda metálica,
particularmente, aunque no exclusivamente, una chapa fina o banda
formada de una aleación de aluminio.
Existen diversos métodos para texturizar chapa
finas o bandas de metal o papel. Sin embargo, convencionalmente, la
texturización de una chapa metálica fina se realiza usando un tren
de laminación que implica una reducción del espesor del metal. Si
se hace una sola pasada a través de un conjunto de rodillos sin
reducción del espesor del metal (como se describe en la solicitud
de patente WO-A-97/31783), la
estructura texturizada es insatisfactoria con una cobertura de la
superficie típicamente no mayor que el 35%.
En el campo litográfico, la mayoría de la
impresión litográfica es de planchas de aluminio. Estas tienen
típicamente un espesor de 0,15 a 0,51 mm, dependiendo del tamaño y
tipo de prensa, aunque también se usan chapas más finas
estratificadas a un soporte. La chapa fina de aluminio para planchas
litográficas se produce generalmente por laminación. Ésta origina
una estructura metalúrgica alargada en la dirección de laminación.
La superficie de la chapa fina laminada tiene marcas (líneas de
laminación) que se extienden longitudinalmente y que no son
deseables en el producto graneado final y, para minimizar este
efecto, es necesaria una preparación cuidadosa de los rodillos.
Para hacer que una chapa fina de aluminio sea
adecuada para ser usada como soporte de plancha litográfica, la
superficie necesita ser rugosa para aumentar la adherencia de un
recubrimiento orgánico al soporte y mejorar las propiedades de
retención de agua de la superficie del soporte no recubierto. La
aplicación al soporte de una capa fotosensible después de la
anodización, seguida de irradiación y revelado, origina generalmente
una plancha litográfica que tiene zonas receptoras de tinta que
llevan un recubrimiento orgánico y zonas no formadoras de imagen y
retentivas de agua, siendo estas últimas la superficie del soporte
no recubierto. El coste de la etapa de graneado o formación de
rugosidad es una parte importante de la economía de la fabricación
de soportes de planchas litográficas.
La patente
GB-A-2.345.881 describe gofrar para
conseguir una topografía particular en la superficie del sustrato
de planchas litográficas. La invención descrita se refiere a un
proceso puramente mecánico de formación de rugosidad, en el que la
rugosidad se forma mecánicamente en la superficie con un orillo
gofrador. Esto se consigue con una sola pasada a través de los
rodillos.
La solicitud de patente
WO-95/08408 describe producir una superficie rugosa
en una chapa fina de aluminio mediante un proceso de laminación en
paquete.
La solicitud de patente
WO-A-97/31783 describe una caja
simple de laminación en la que uno o los dos rodillos están
texturizados. La caja está situada al final de un tren de laminación
y reduce el espesor de una plancha litográfica un
0-15%.
La patente
US-A-5.857.373 describe la
aplicación secuencial de estructuras a una superficie metálica por
al menos dos rodillos de trabajo. Las estructuras de la superficie
de los rodillos son deterministas pero se ajustan de modo que se
eliminan efectos de interferencia entre los dos.
La patente
US-A-4.000.242 describe la
aplicación de estructuras gofradas múltiples a una banda de papel
cuando ésta se mueve alrededor de un rodillo soporte grande.
La patente
US-A-3.841.963 describe un
dispositivo de rodillos apilados verticalmente para impartir una
textura rugosa a una banda continua de papel.
La patente
US-A-6.290.632 describe la
texturización de rodillos para laminar una chapa fina, en la que una
chapa o placa fina laminada es texturizada por el rodillo
texturizado. El método preferido es usar uno o los dos rodillos en
un único conjunto de rodillos para aplicar la textura.
La patente
EP-A-0.273.402 describe una banda o
chapa metálica estructurada irregularmente.
La patente
US-A-5.964.115 describe un proceso
para aplicar una rugosidad definida a la superficie de una banda de
acero para evitar la adherencia de la banda durante su recocido
posterior. El proceso incluye laminar en frío la banda en por lo
menos un tren de laminación reversible.
La patente
EP-A-0.456.162 describe un método de
laminar un metal en una pluralidad de cajas de laminación, teniendo
cada una de las cajas dos o más rodillos.
Hay necesidad de un proceso de texturización que
proporcione cobertura satisfactoria de la superficie sin reducir el
espesor de la chapa fina. Esto evitaría distorsión y, por lo tanto,
el uso de equipo costoso de control de la planicidad y permitiría
también el uso de equipo mucho más sencillo y pequeño que un tren de
laminación.
\newpage
La presente invención muestra cómo se puede
producir una superficie texturizada satisfactoria sin usar un tren
de laminación o sin necesidad de equipo costoso de control de la
planicidad. El proceso descrito en la presente memoria permite, por
lo tanto, la descarga del tren de laminación para un servicio más
productivo.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un método de texturizar una chapa fina o
banda metálica, método que comprende una pluralidad de pasadas
secuenciales de texturización, cada una de las cuales se realiza
pasando la chapa fina o banda entre por lo menos un par de rodillos,
en el que por lo menos uno de cada par de rodillos tiene en su
superficie una estructura texturizada, y la estructura texturizada
se transfiere a la chapa fina o banda durante cada pasada de
texturización, y en el que la superficie texturizada de la chapa
fina o banda que resulta de cada pasada se solapa con la de una o
más de otras pasadas formando una estructura texturizada final.
Así, el método comprende un solo proceso de
transferencia de la superficie texturizada.
Aunque el método puede implicar una pluralidad
de pasadas entre un par de rodillos, preferiblemente implica una
sola pasada entre una pluralidad de diferentes pares de rodillos.
Los rodillos pueden estar dispuestos en tándem.
Preferiblemente, no hay sustancialmente
reducción del espesor de la chapa fina o banda durante cada pasada.
Por lo tanto, la presión de los rodillos se mantiene ventajosamente
dentro de los límites elásticos de la chapa fina. En una
realización preferida, la carga aplicada en cada pasada es 20 a 95%,
aún más preferiblemente 50 a 80% de la carga que originaría en la
chapa fina o banda una reducción medible de su espesor. Típicamente,
se pueden usar fuerzas de laminación por unidad de longitud de
aproximadamente 50 N/mm, por ejemplo, en el caso de aleaciones
AA6016 en estado H19.
En algunas realizaciones, la presente invención
proporciona una cobertura de superficie texturizada en la chapa
fina o banda mayor que la que se podía conseguir anteriormente con
una reducción sustancialmente nula del espesor del metal en una
sola pasada. El área media de cobertura de la superficie de la chapa
fina o banda durante cada pasada es preferiblemente menor que 35%,
más preferiblemente entre 5 y 25%, y aún más preferiblemente entre
10 y 20%.
En una realización preferida, en el método de la
invención se usan tres o más pasadas de texturización, por ejemplo,
entre cinco y siete pasadas de texturización. Cada pasada de
texturización puede producir en la superficie de la chapa fina o
banda una estructura texturizada diferente.
Una ventaja adicional de la presente invención
es que la estructura texturizada producida es más isótropa que
estructuras generadas con reducción de espesor. Esto es debido a
que, por el presente método, durante la reducción de espesor se
elimina el efecto de cizalladura, que alarga la textura en la
dirección de laminación. Este efecto de cizalladura origina erosión
local del metal en la superficie, que puede originar generación
fina o resistencia superficial incrementada que puede ser
perjudicial, por ejemplo, en chapa para automóviles cuando se
suelda por puntos o en chapa litográfica en la que se puede
perjudicar localmente la anodización o graneado electrolítico
posterior.
Otra ventaja adicional es que las fuerzas usadas
durante la texturización son mucho menores que las usadas en
laminación convencional de metales, lo cual significa que la
estructura soporte de la máquina de texturización, descrita en las
realizaciones siguientes, puede ser mucho más ligera y económica que
la de un tren.
Se ha encontrado que es más fácil transferir una
estructura a una chapa fina dura que a una chapa fina más blanda.
Sin estar ligado por teoría alguna, esto puede ser debido a que se
puede usar una mayor fuerza de impresión antes de que ocurra una
reducción del espesor de la chapa fina. Preferiblemente la textura
se aplica inmediatamente antes de una etapa de tratamiento térmico
de solubilización en una línea continua de recocido o en una línea
de acabado de la superficie. En esta posición, el metal es todavía
relativamente duro y también lo es antes de las etapas finales de
limpieza y lavado. Alternativamente, es posible texturizar después
del tratamiento térmico de solubilización y limpieza.
Está comprendido cualquier uso adecuado de la
chapa metálica fina texturizada, por ejemplo, litográfico, para
automóviles, chapa para reflectores, material para botes, etc.
El método puede comprender además la etapa de
granear la chapa fina o banda antes y/o después de la etapa de
texturización. Esto es particularmente aplicable a la realización en
la que la chapa metálica texturizada se usa como plancha
litográfica.
La etapa de graneado se realiza preferiblemente
después de la etapa de texturización. Preferiblemente, el graneado
es 1 a 80% del realizado en chapa fina de aluminio laminada simple
comercial. En una realización, el graneado se puede realizar por
graneado electrolítico, por ejemplo, en un electrólito basado en
ácido nítrico o ácido clorhídrico.
Se puede usar cualquier método de texturización
apropiado conocido en la técnica. Se describen ejemplos en las
patentes GB-A-2.345.881 y
WO-A-97/31783, que se incorporan en
la presente memoria como referencia. La texturización puede
proporcionar una estructura de picaduras rugosas y producir una
superficie uniforme no direccional con un Ra y Rz
especificados.
\newpage
La especificación de Ra y Rz como parámetros de
una superficie es bien conocida por los expertos en la técnica. En
la presente memoria, estos parámetros se miden por medio de
interferometría óptica usando un instrumento Wyko®.
El graneado es preferiblemente graneado
electrolítico. Es apropiado cualquier método de graneado
electrolítico y éste puede tener lugar en ácido nítrico o
clorhídrico.
El graneado produce una estructura en la chapa
fina de aluminio que tiene picaduras finas, estructura que da
buenos resultados de impresión en el soporte de la plancha
litográfica.
Preferiblemente, el graneado es corto comparado
con el realizado en chapa fina de aluminio laminada simple
comercial, esto es, el graneado es más corto que el realizado en una
chapa fina de aluminio laminada simple equivalente de una
composición con la misma designación de la Aluminium Association.
Esto proporciona ventajas económicas significativas como
consecuencia de la reducción del tiempo y energía usados en el
graneado. Típicamente, el graneado puede ser 1 a 80% del realizado
en chapa fina de aluminio laminada simple convencional, por ejemplo,
20 a 70%, más típicamente menor que 50%.
La cantidad de graneado electrolítico se puede
expresar como la densidad de carga requerida para producir una
superficie satisfactoria. Un graneado normal comercial en ácido
nítrico o clorhídrico requiere densidades de carga de
aproximadamente 90-100 kC/m^{2}. Otros
electrolitos pueden necesitar densidades de carga diferentes. Por
ejemplo, los electrolitos basados en HNO_{3} con ácido bórico
pueden granear más lentamente y requieren densidades de carga
mayores mientras que otros que usan adiciones de ácido acético
pueden ser aproximadamente iguales que el ácido clorhídrico
convencional. Para reconocer estas diferencias, la densidad de carga
se expresa probablemente mejor como porcentaje de la requerida en
el correspondiente electrólito con material laminado tal cual.
Esta reducción en el graneado representa un
ahorro significativo en tiempo de graneado, productos químicos,
energía y materiales residuales que se han de desechar.
En la presente memoria, el término
"aluminio" abarca el metal puro y aleaciones en las que el
aluminio es el componente principal. Se pueden usar cualesquiera
aleaciones apropiadas, siendo ejemplos las series AA1000 (por
ejemplo, AA1050A), AA3000 (por ejemplo, AA3103), AA6000 (por
ejemplo, AA6016A) y AA5000 (por ejemplo, AA5182 y AA5754) del
Aluminium Association Register. No obstante, se puede usar una gama
más amplia de aleaciones.
En una realización preferida, en la
texturización se incrementa la longitud total de la banda entre 0 y
0,5%, preferiblemente menos de 0,2%. Preferiblemente, en la
texturización no se incrementa la longitud total de la banda (esto
es, 0% de alargamiento).
Preferiblemente se realiza una pluralidad de
operaciones de texturización, por ejemplo, por una pasada simple de
la banda a través de una pluralidad de pares sucesivos de rodillos,
teniendo por lo menos uno de cada par, en su superficie, una
estructura texturizada microscópica para proporcionar texturización
a la chapa fina de aluminio. En cada realización de la invención,
la texturización produce preferiblemente una superficie uniforme no
direccional de picaduras rugosas en la superficie de la banda.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
presente invención, se proporciona un método de hacer una chapa
litográfica, método que comprende texturizar una banda de aluminio
para proporcionar una estructura texturizada microscópica en la
superficie de aquélla por una pluralidad de operaciones de
texturización.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
presente invención, se proporciona una chapa o banda para
automóviles formada por el método de la invención.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
presente invención, se proporciona una chapa o banda litográfica
formada por el método que incluye la etapa de graneado.
En una realización, particularmente para chapas
de automóviles, el objetivo de la invención es aplicar la
texturización fuera de la línea del proceso de laminación,
descargando el tren de laminación para un trabajo más adecuado a su
diseño.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
presente invención, se proporciona un aparato para texturizar una
chapa fina o banda metálica, comprendiendo el aparato:
- (a)
- por lo menos un par de rodillos, en los que por lo menos uno de cada par de rodillos tiene en su superficie una estructura texturizada, y
- (b)
- medios para proporcionar una pluralidad de pasadas secuenciales de texturización,
aparato en el que, cuando está en
uso, la estructura texturizada se transfiere a la superficie de una
chapa fina o banda que está pasando entre cada par de rodillos y la
estructura texturizada de la chapa fina o banda que resulta de cada
pasada se solapa con la de una o más de otras pasadas formando una
estructura texturizada
final.
Preferiblemente, el aparato comprende una
pluralidad de pares de rodillos y cada par de rodillos puede estar
situado en una posición separada. Preferiblemente los rodillos están
dispuestos en tándem.
El aparato puede comprender además medios para
aplicar una presión a los rodillos, siendo la presión aplicada tal
que no hay sustancialmente reducción del espesor de la chapa fina o
banda durante cada pasada.
Preferiblemente los rodillos pueden proporcionar
un área media de cobertura de la superficie de la chapa fina o
banda menor que 35%, preferiblemente entre 5 y 25%, aún más
preferiblemente entre 10 y 20%.
El aparato puede comprender medios para
proporcionar tres o más pasadas de texturización, preferiblemente
entre cinco y siete pasadas de texturización, por ejemplo, en
posiciones separadas.
En una realización preferida, por lo menos uno
de cada par de rodillos tiene una estructura texturizada que es
diferente de la estructura texturizada de por lo menos uno de cada
uno de los otros pares de rodillos.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
presente invención, se proporciona un método de hacer una chapa
litográfica, método que comprende texturizar una chapa fina o banda
de aluminio para proporcionar en la superficie de ésta una
estructura texturizada microscópica por una pluralidad de
operaciones de texturización.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
presente invención, se proporciona un método de hacer una plancha
litográfica, método que comprende texturizar una chapa fina o banda
de aluminio para proporcionar en la superficie de ésta una
estructura texturizada microscópica por una pluralidad de
operaciones de texturización, opcionalmente granear mediante un
graneado sustractivo y anodizar u opcionalmente granear mediante un
graneado aditivo, tratar opcionalmente con un modificador de la
energía libre de la superficie y recubrir con una capa sensible a
la luz.
Se ha encontrado que la pluralidad de pasadas u
operaciones de texturización produce un acabado uniforme. Así, la
invención utiliza una sucesión de "pasadas", cada una de las
cuales produce una texturización parcial para conseguir una
texturización aceptablemente completa, preferiblemente sin un
incremento significativo de la longitud y su consiguiente problema
de falta de planicidad. Por lo tanto, cada operación de
texturización origina preferiblemente poco o ningún incremento de
la longitud (o alternativamente, reducción del espesor) de la banda
de aluminio. Se ha encontrado que no hay requisito alguno en cuanto
a control de la planicidad de la banda, lo cual es
ventajoso.
ventajoso.
Como se ha mencionado anteriormente, la
texturización se puede realizar por medio de una pluralidad de
pasadas entre un único par de rodillos o por medio de una o más
pasadas entre una pluralidad de pares de rodillos, en los que por
lo menos uno de cada uno de uno o más pares de rodillos tiene en su
superficie una estructura texturizada microscópica.
Preferiblemente, la texturización se realiza
corriente abajo del tren de laminación y se puede hacer por medio
de rodillos de arrastre, antes o durante el aplanamiento. En todos
los aspectos relevantes de esta invención, se prefiere realizar la
texturización antes de cualquier etapa de limpieza que, a su vez, se
realiza preferiblemente antes de cualquier etapa de graneado que
pueda haber.
Los rodillos se pueden obtener usando una
diversidad de métodos de texturización, por ejemplo, descarga
eléctrica (EDT), haces de electrones (EBT), tratamiento con haces
de rayos láser (Lasertex) o deposición electrolítica de cromo
(ECD). Los métodos EDT y ECD son los preferidos porque dan
características superficiales distribuidas aleatoriamente. La
superficie de los rodillos tiene preferiblemente una textura
positivamente oblicua, esto es, Rsk es positivo.
La banda de aluminio se puede texturizar en una
sola cara o en las dos caras, según se requiera. Los rodillos de
texturización pueden ser, por ejemplo, de acero o de un polímero y
pueden estar lubricados. Un ejemplo de lubricante adecuado es una
mezcla de agua e isopropanol. Puede estar presente un inhibidor de
la corrosión.
En todos los diversos aspectos de esta invención
en los que hay graneado, se contemplan dos tipos de graneado. Se
puede decapar la chapa fina en un reactivo químico que elimina de la
superficie algo de metal formando picaduras de un tamaño preferido.
En la presente memoria este tipo de graneado se denomina graneado
sustractivo y se puede realizar antes o después de la
texturización. Probablemente es más práctico realizar el graneado
sustractivo después de la texturización. Alternativamente, se puede
aplicar a la superficie texturizada una capa orgánica o inorgánica.
En la presente memoria este tipo de graneado se denomina graneado
aditivo. En una realización, esta capa puede comprender un sol tipo
A, que se deriva de un precursor inorgánico. La capa puede ser
hidrófila, en cuyo caso se puede formar poniendo en contacto la
banda con un líquido que comprende una solución de silicato en la
que está disperso un material en partículas. El graneado aditivo
puede dar una superficie más isótropa que ayuda a la adherencia del
recubrimiento de la imagen sobre el sustrato. Se pueden aplicar
recubrimientos aditivos transparentes o pigmentados y estos pueden
ayudar a la apariencia visual del producto final. Los procesos
descritos en las solicitudes de patentes
WO-A-91/12140 y
WO-A-97/19819 (incorporadas en la
presente memoria como referencia) son ejemplos de graneado aditivo.
En la presente memoria, el graneado incluye cualquiera de estos
procesos. Así, por ejemplo, en el graneado aditivo en el que se
aplica a la superficie una capa orgánica o inorgánica, la capa
puede comprender un sol tipo A que se deriva de un precursor
inorgánico. En una realización, la capa puede ser hidrófila y se
puede formar poniendo en contacto la banda con un líquido que
comprende una solución de silicato en la que está disperso un
material en partículas.
En las aplicaciones en las que no hay graneado,
un acabado menos direccional puede tener ventajas desde un punto de
vista cosmético, por ejemplo, permitiendo al impresor (en un uso
litográfico) examinar la superficie sin que le distraiga la
direccionalidad. Pueden ser importantes dos tipos de plancha. La
plancha tipo Toray emplea dos capas de material, una hidrófila y
otra hidrófoba. La erosión de la capa superior por rayos láser
permite obtener características de impresión diferencial.
En una realización, el tamaño y/o estructura de
cada operación o pasada de texturización pueden ser diferentes de
las de otras operaciones o pasadas de texturización. Por ejemplo, la
primera operación de texturización puede imprimir picaduras
relativamente grandes, es decir, de hasta aproximadamente 50
micrómetros, preferiblemente de 20 micrómetros, y las operaciones
posteriores pueden imprimir picaduras más pequeñas, menores que
aproximadamente 3 micrómetros. Alternativamente, las picaduras
grandes pueden ser impresas después de las más pequeñas o los
rodillos secuenciales pueden estar dispuestos para imprimir las
picaduras en cualquier orden particularmente ventajoso.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
invención, se proporciona un aparato para hacer una chapa
litográfica, comprendiendo el aparato:
- (i)
- una pluralidad de primeros rodillos dispuestos de modo que pueda pasar una banda de aluminio entre pares adyacentes de rodillos, y
- (ii)
- uno o más medios de guía para guiar la banda a y/o desde los primeros rodillos,
aparato en el que por lo menos uno
de los rodillos tiene en su superficie una estructura texturizada
microscópica destinada a texturizar la banda de
aluminio.
Preferiblemente, hay más de dos primeros
rodillos. Preferiblemente están dispuestos adyacentes, por ejemplo,
en una disposición sustancialmente lineal. En una realización, todos
los primeros rodillos pueden tener en su superficie una estructura
texturizada microscópica. Esto permite texturizar las dos caras de
la banda. Si se desea texturizar sólo una cara de la banda, se
puede proporcionar una realización alternativa en la que primeros
rodillos alternos tienen en su superficie una estructura texturizada
microscópica.
Preferiblemente, los medios de guía están en
forma de uno o más segundos rodillos.
Los primeros rodillos se pueden calentar de una
manera controlada para que el bombeo térmico compense cualquier
flexión de los rodillos bajo la carga aplicada y para que se pueda
subir o bajar la temperatura total de las disposiciones de los
primeros rodillos para ajustar la eficiencia de texturización. Este
calentamiento puede ser en lugar o además de cualquier bombeo
rectificado que se pueda aplicar convencionalmente a los
rodillos.
Cada uno de los primeros rodillos puede tener
una estructura igual o diferente.
A continuación se describirá la invención, sólo
a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos, en los
que:
la figura 1 es una vista esquemática en sección
transversal de una caja simple de un aparato de acuerdo con la
presente invención,
la figura 2 es una vista esquemática de frente
de la caja de la figura 1,
la figura 3 es una vista esquemática en sección
transversal de cajas múltiples,
la figura 4 es un dibujo esquemático que ilustra
parte de un aparato alternativo de acuerdo con la invención,
la figura 5 es una gráfica que muestra el área
de cobertura de una banda metálica en función del número de pasadas
de acuerdo con la invención,
las figuras 6A-H muestran la
superficie de una banda metálica después de un número variable de
pasadas,
la figura 7 muestra la superficie de un rodillo
tratado con un proceso Pretex, y
la figura 8 muestra la superficie de una banda
de una aleación después de 10 pasadas.
Con referencia a la figura 1, se muestra una
caja simple de la presente invención, designada 1. La caja 1
comprende un cilindro hidráulico 2 situado adyacente a una viga 3.
Una articulación de alineación lateral 4 está situada en el
cilindro 2 y sirve para proporcionar alineación lateral a los
rodillos en la caja 1. El soporte longitudinal lo proporciona el
soporte 5.
En la realización mostrada, hay dos conjuntos de
rodillos. Estos incluyen un rodillo soporte 6 recubierto de
poliuretano duro, que está presente para evitar daño al rodillo
texturizado 7. El rodillo 7 tiene típicamente un diámetro de
100-150 mm, por ejemplo, de 100 mm. En una
realización alternativa, el rodillo 6 puede ser sustituido por dos
(o más) rodillos similares salientes, cada uno en contacto con el
rodillo 7, que proporcionan estabilidad lateral a éste. El rodillo
texturizado 7 se puede formar por cualquier método adecuado, por
ejemplo, texturización por descarga de electrones (EDT), bien
conocido en la técnica.
En la figura 1 se ilustra una disposición
idéntica que muestra los componentes 2 a 7 en la mitad inferior de
la caja y dispuesta de modo que los rodillos 7 son adyacentes entre
sí.
Cuando está en uso, se hace pasar una chapa
metálica fina 8 entre los rodillos 7 que transfieren su
texturización a la superficie de la chapa fina 8. El cilindro
hidráulico actúa ajustando la carga sobre la chapa fina 8 de modo
que la reducción de espesor es despreciable, siendo las cargas
típicas de laminación aproximadamente 50 N/mm (una carga de 10
toneladas en el caso de una banda de 2 m de ancho).
La figura 2 muestra una vista de frente de la
caja de la figura 1. Se muestran dos conjuntos de tres rodillos 6,
contactando cada uno con un rodillo texturizado 7, aunque si fuera
necesario se podrían usar más o menos ro-
dillos 6.
dillos 6.
La figura 3 muestra seis cajas 1 adyacentes y
fijadas entre sí para proporcionar estabilidad a la torsión. De
esta manera, las cajas 1 están en tándem para proporcionar el nivel
requerido de texturización. Cuando están en uso, la chapa fina 8
pasa sucesivamente entre los rodillos 8 de cada caja y con ello se
obtiene gradualmente en la chapa fina 8 una superficie texturizada
por aplicación individual de varias estructuras parciales que se
solapan entre sí. De esta manera, se obtiene la textura y se evitan
presiones altas de laminación que podrían distorsionar
permanentemente la superficie de la chapa.
La figura 4 ilustra parte de un aparato
alternativo que se puede usar en la parte del proceso en el que se
texturiza una banda de aluminio. El aparato se designa 9. El aparato
9 comprende una pluralidad de rodillos de trabajo 10 y rodillos
guías arrastrados 11 que preferiblemente son blandos. En la
realización ilustrada, los rodillos de trabajo son de acero y están
dispuestos en una disposición apilada con lo que están unidos entre
sí bajo una fuerza controlada. Los rodillos 10 tienen la textura
requerida para texturizar una banda de aluminio 12 cuando el
aparato está en uso. Los rodillos 10 no tienen necesariamente la
misma textura. Cuando está en uso, se alimenta la banda de aluminio
12 al aparato 9 en el extremo inferior de éste. Los rodillos de
trabajo 10 se mueven usando accionamiento mecánico o eléctrico.
Cuando la banda 12 avanza a través del aparato 9, es guiada por
medio de los rodillos 11 y pasa entre los rodillos 10 como se
muestra. El diámetro de los rodillos 11 se elige para evitar un
alargamiento de la banda 12 o, alternativamente, para alargar
deliberadamente la banda si es deseable un aplanamiento adicional
de ésta. Los rodillos de trabajo 10 se calientan de una manera
controlada.
Cuando la banda 12 pasa entre los rodillos 10,
se texturiza y sufre una sucesión de pasadas de texturización, cada
una de las cuales produce una reducción nula o despreciable de
espesor del material (o alargamiento) en la banda 12. En la
realización mostrada, se aplica a las dos caras de la banda 12 una
superficie texturizada. Sin embargo, si fuera deseable texturizar
sólo una cara, entonces se puede alterar la disposición de los
rodillos 10 de modo que sean de dos tipos que están alternados en
la pila de rodillos. Por ejemplo, el primero puede ser un rodillo
de acero texturizado, el segundo un rodillo con un recubrimiento
blando suave (por ejemplo, de poliuretano), el tercero otro rodillo
de acero, y así sucesivamente. De esta manera, el recubrimiento
suave blando de poliuretano puede no alterar la superficie de la
banda en una cara mientras que los rodillos de acero texturizan la
otra cara de la banda 12. Esto tiene beneficios particulares en el
caso de productos litográficos en los que la direccionalidad de la
superficie de la banda laminada es un inconveniente y usualmente se
requiere sólo una superficie uniforme en una
cara.
cara.
Se pueden conseguir texturas diferentes en las
dos caras de la banda 12 usando rodillos 10 de textura diferente
dispuestos alternativamente en la pila.
El aparato es compacto y da una textura
controlada en cada pasada.
Si se desea, la banda texturizada 12 puede ser
graneada posteriormente mediante un graneado aditivo o mediante un
graneado sustractivo, como un graneado electrolítico.
En la figura 4 también se muestran rodillos
opcionales de apoyo 13, que preferiblemente están texturizados.
Estos rodillos permiten la posibilidad de reforzar la pila de
rodillos y reducir la flexión de la pila bajo la carga de
texturización. Los rodillos 13 no están en contacto directo con los
rodillos 10, lo cual evita el desgaste de la superficie texturizada
de trabajo. Si fuera necesario, se puede aplicar un control térmico
a los rodillos 13 que, debido a su mayor diámetro, podrían dar un
efecto dimensional mayor para una diferencia dada de
temperatura.
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
Ejemplo
1
Se realizaron los siguientes procesos de
texturización en una aleación AA6016, que es una aleación de
aluminio-magnesio-silicio tratable
térmicamente:
Ensayo número | Número de | Fuerzas de laminación (kN) | Alargamiento medido | Fracción de la superficie |
pasadas | (ancho de la muestra 150 mm) | después de la pasada | de acabado de laminación | |
final (%) | remanente después de la | |||
pasada final (%) | ||||
1 | 1 | 7,18 | -0,014 | 92 |
2 | 2 | 7,06, 6,83 | -0,08 | 87 |
3 | 3 | 7,18, 7,10, 6,97 | -0,011 | 77 |
4 | 4 | 6,73, 6,94, 6,93, 7,07 | 0,046 | 72 |
5 | 5 | 7,47, 7,37, 7,31, 7,36, 7,44 | 0,062 | 55 |
Todos los alargamientos medidos fueron menores
que el error de medición, por lo que fueron esencialmente cero. En
la tabla 1, se usó el porcentaje de alargamiento como medida de la
reducción de espesor del metal. Las fuerzas de laminación por
unidad de longitud fueron aproximadamente 50 N/mm. Los resultados se
muestran en la figura 5, junto con los correspondientes a una
fuerza de texturización de 25 N/mm.
Ejemplo
2
Las figuras 6A-H muestran cómo
se consigue la estructura texturizada con siete pasadas por el tren
de laminación, de acuerdo con la presente invención. El material es
AA6016 en estado H19 y, de nuevo, la fuerza usada para producir la
estructura fue 50 N/mm que, como se ha mencionado anteriormente, es
lo suficientemente pequeña para producir una reducción despreciable
de espesor. Se puede ver que hay un buen grado de isotropía en la
textura de la superficie después de cinco o seis pasadas. Se ha
encontrado que el grado de cobertura de la superficie es mayor con
rodillos de texturización con un índice de oblicuidad mayor (véase
más adelante la definición de oblicuidad).
La siguiente tabla 2 muestra la medición de
características de la superficie después de cada pasada usando los
parámetros que se definen a continuación:
Línea media de referencia: la línea media es una
línea recta que va centralmente a través de picos y valles
dividiendo el perfil de modo que encierra áreas iguales arriba y
debajo de la línea. La superficie media de referencia es la
superficie tridimensional de referencia con respecto a la que se
miden las desviaciones topográficas.
Ra: altura media aritmética de las rugosidades
en toda la superficie 3D, medida con respecto a la línea o
superficie media.
Rq: altura media RMS de las rugosidades en toda
la superficie 3D.
Rz: diferencia entre la media de los picos más
altos y los valles más bajos en toda la superficie 3D.
Rt: distancia vertical entre el pico más alto y
el valle más bajo en toda la superficie 3D.
Rsk: oblicuidad (una medida de la asimetría con
respecto a la línea media) de la superficie 3D. La oblicuidad es
una medida de la asimetría del perfil con respecto a la línea media.
Es similar a la media de la rugosidad elevada al cubo. Los puntos
que están lejos de la superficie media tienen proporcionalmente más
peso que los más próximos al nivel de la superficie media.
Rku: curtosis de la superficie 3D. La curtosis
es una medida del apuntamiento del perfil por encima de la línea
media. Proporciona información sobre la "rugosidad" de una
superficie, o la finura de la amplitud de la función de densidad
(ADF), que no significa necesariamente la finura de picos
individuales. El coeficiente de curtosis es alto cuando una
proporción alta de las alturas del perfil cae dentro de un intervalo
estrecho de alturas. La curtosis es también una medida de la
aleatoriedad de alturas del perfil. Una superficie gaussiana o
aleatoria perfecta tendrá un coeficiente de curtosis igual a 3;
cuanto más diferente de 3 sea el coeficiente, menos aleatoria (o
más repetitiva) será la superficie. Los perfiles con menos puntos
extremos altos y bajos que una superficie gaussiana tienen un
coeficiente de curtosis menor que 3 y los que tienen un número
apreciable de extremos altos y bajos tienen un coeficiente de
curtosis mayor que 3.
Índice de superficie: comparación del área de la
superficie lateral (2D) y el área de la superficie (3D) de la
muestra.
Volumen: estimación del volumen ocupado por el
espacio entre una superficie y un plano paralelo al plano de
referencia de la superficie que corta a la(s)
altura(s) máxima(s) de la superficie.
\global\parskip0.990000\baselineskip
Ejemplo
3
Se realizó la laminación en un tren de
laminación en frío de una sola caja provisto de rodillos de trabajo
de acero picado ETD de 157 mm de diámetro en los que la rugosidad de
la superficie era Ra = 2,5 \mum y Rsk = 0. Se fijó el espacio
entre los cilindros de laminación para proporcionar un alargamiento
muy pequeño por pasada. Se pasó repetidamente por el tren de
laminación una banda de aleación AA1050A en estado H19 de 75 mm de
ancho y 0,27 mm de espesor. Se examinaron muestras tomadas después
de un número apropiado de pasadas por interferometría óptica con un
instrumento Wiko NT 2000 y se observaron las características de la
superficie.
Las mediciones se realizaron en modo de
interferometría de exploración vertical (VSI). Las lentes de los
objetivos usados tenían un aumento de 10,2 y un campo de visión de
0,5X, originando una superficie de observación de 1,2 x 0,92
mm.
El porcentaje de acabado de laminación remanente
se calculó usando los datos del histograma. Los puntos del
histograma originados de las picaduras de la superficie se
despreciaron y los puntos restantes, que se atribuyeron al acabado
de laminación, se calcularon como porcentaje del número total de
puntos de datos presentes en la imagen.
El alargamiento se calculó volviendo a medir las
líneas paralelas trazadas en la muestra usando una cabeza de cámara
acoplada a una máquina de medición de coordenadas.
La tabla 3 relaciona los resultados obtenidos
con el material examinado en estado laminado tal cual.
Ensayo | Número de pasadas | Alargamiento (%) | Carga media (kN/mm) | Ra (\mum) | Acabado de laminación |
remanente (%) | |||||
1 | 1 | 0,01 | 0,031 | 0,29 | 94 |
2 | 3 | 0 | 0,023 | 0,30 | 93 |
3 | 6 | 0,06 | 0,026 | 0,47 | 84 |
4 | 10 | 0,08 | 0,025 | 0,59 | 70 |
Parte de cada muestra texturizada se limpió y
sometió a un graneado electrolítico en un electrólito de ácido
nítrico bajo condiciones que imitan las usadas en producción
comercial. Las muestras se limpiaron durante 8 segundos en una
solución de hidróxido sódico del 3% mantenida a 60ºC. Después de
enjuagarlas, se montaron en un sistema de microceldas que había
sido preparado para simular un acabado comercial. Las muestras se
granearon electrolíticamente durante 15 ó 30 segundos en una
solución de ácido clorhídrico del 1% (peso/peso) a 35ºC. Treinta
segundos es el tiempo normal necesario para granear completamente
una chapa litográfica estándar de AA1050A H18. La disposición es un
diseño de celda doble y se granearon las muestras en modo de
contacto con el líquido. Se emplearon contraelectrodos de grafito y
el espacio entre la muestra de aluminio y el electrodo de grafito
fue 15 mm. Se usó un voltaje de 19 V y la densidad media de
corriente fue 3,1 kA/m^{2} que da una densidad de carga de 93
kC/m^{2}. En los experimentos con tiempos más cortos, estos
valores fueron respectivamente 3,5 kA/m^{2} y 52 kC/m^{2}
siendo estos, como media, ligeramente mayores porque la corriente
disminuye cuando se desarrolla el graneado debido al hollín formado
en la superficie de las muestras.
Muestra | Tiempo de graneado (segundos) | Valoración (*) |
1050A normal laminada tal cual | 15 | X |
1050A normal laminada tal cual | 30 | OOO |
Ensayo 3 (6 pasadas) | 15 | OO |
Ensayo 4 (10 pasadas) | 15 | OO |
(*) Valoradas por fotografías SEM, inspección visual e interferometría óptica | ||
X \hskip0.7cm graneado inadecuado | ||
O \hskip0.7cm graneado adecuado | ||
OO \hskip0.4cm graneado bueno | ||
OOO \hskip0.15cm graneado excelente |
Comparando la muestra estándar graneada durante
30 segundos y la muestra de 10 pasadas (ensayo 4) graneada durante
15 segundos, se observa que el Rz, índice de superficie y volumen
son bastante similares y el Ra no es demasiado diferente pero la
oblicuidad es bastante diferente. Esta muestra se califica como al
menos aceptable.
Se realizó otro experimento con un tipo
alternativo de superficie de rodillos texturizados en los que la
superficie de los rodillos se preparó por deposición electrolítica
de cromo. Éste es un proceso de texturización de la superficie,
conocido y disponible comercialmente, que se ha usado con reducción
del espesor para texturizar chapas finas de acero. El proceso de
deposición electrolítica de cromo produce en la superficie de los
rodillos muchas características esféricas positivas que, si están
todas a una altura similar por encima de la superficie de los
rodillos, son ideales para un proceso de texturización elástica o en
tándem. Esto es debido a que se puede usar una mayor proporción de
la superficie para imprimir la superficie de la chapa con
características negativas. La figura 7 muestra la superficie de los
rodillos tratados con el proceso de deposición electrolítica de
cromo.
Los parámetros de la superficie son, en este
caso, los siguientes (las sombras de la figura 7 son contornos de
altura y la consistencia de alturas de características positivas
viene indicada por el hecho de que tienen la misma
sombra):
sombra):
\vskip1.000000\baselineskip
Ra = 1,69 \mum
Rq = 1,98 \mum
Rz = 17,49 \mum
Rt = 24,55 \mum.
\vskip1.000000\baselineskip
Se laminó una banda de aleación 6016 de 1 mm de
espesor y endurecida H9 a través de estos rodillos usando una
fuerza cuidadosamente controlada de 50 N/mm y, después de diez
pasadas, la banda estaba como se muestra en la figura 8.
Los parámetros de esta superficie son los
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Ra | Rq | Rz | Rt | Rsk | Rku | Índice de superficie | Volumen (\mum^{3}) | Picos/cm |
(\mum) | (\mum) | (\mum) | (\mum) | |||||
0,49 | 0,61 | 6,69 | 11,56 | -0,1 | 3,27 | 1,0262 | 13,95 | 144 |
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5
Se laminó una muestra de la chapa litográfica
laminada final de 0,28 mm de espesor como en el ejemplo anterior
con un acabado Pretex. La carga usada fue 17 N/mm. No se produjo
alargamiento en ninguna de las diez pasadas usadas.
Es importante que una chapa litográfica pueda
retener agua en su superficie y un parámetro clave para esto es el
volumen total de huecos cerrados presentes en la superficie. Este es
un valor derivado de los datos de interferometría Wyko en la que se
sube progresivamente un plano de referencia por toda la superficie y
se calcula el volumen de huecos (o, en la práctica, solución
mojadora que es atrapada por el rodillo de mantilla para offset).
El método lo describen M. Pfestorf, U. Engel y M. Geiger en Blech
Rohre Profile, 43, 689-693 (1996). Usando esta
técnica, se hallaron los siguientes datos con algunos materiales
comerciales típicos y las muestras generadas por el proceso de
texturización en tándem.
\newpage
Volumen total de huecos cerrados (\mum^{3}/m^{2}) | |
Chapa litográfica 1050A laminada comercialmente | 2-3 x 10^{10} |
Chapa litográfica graneada electrolíticamente | \sim 4-6 x 10^{11} |
Chapa 1050A laminada EDT | |
(como la del ejemplo 3) | |
H19 acabado de laminación + graneado de 15 segundos | 2,47 x 10^{11} |
H19 acabado de laminación + graneado de 30 segundos | 3,60 x 10^{11} |
H19 + 6 pasadas + graneado de 15 segundos | 4,99 x 10^{11} |
H19 + 10 pasadas + graneado de 15 segundos | 3,81 x 10^{11} |
Chapa 6016A laminada EDT | |
(como la del ejemplo 1) | |
50 N/mm (2 pasadas) | 4,10 x 10^{11} |
50 N/mm (4 pasadas) | 6,08 x 10^{11} |
35 N/mm (4 pasadas) | 4,01 x 10^{11} |
25 N/mm (7 pasadas) | 6,02 x 10^{11} |
Chapa fina 1050A con acabado Pretex (descrita anteriormente; | 2,56 x 10^{11} |
10 pasadas) |
Se puede ver que, eligiendo un acabado adecuado
de la superficie de los rodillos, se pueden conseguir volúmenes de
huecos del orden apropiado, con o sin graneado. También, una
texturización en tándem más un graneado reducido (15 segundos se
refiere a aproximadamente la mitad de la carga usada para un
graneado completo, en este caso de 30 segundos) permite conseguir
acabados adecuados que también tienen las buenas características de
adherencia requeridas en impresión litográfica en la película
orgánica de la zona de imagen.
Claims (28)
1. Un método de texturizar una chapa fina (8) o
banda (12) metálica, método que comprende una pluralidad de pasadas
secuenciales de texturización, cada una de las cuales se realiza
pasando la chapa fina (8) o banda (12) entre por lo menos un par de
rodillos (7, 10), en el que por lo menos uno de cada par de rodillos
tiene en su superficie una estructura texturizada y la estructura
texturizada se transfiere a la chapa fina (8) o banda (12) durante
cada pasada de texturización, y en el que la superficie texturizada
de la chapa fina (8) o banda (12) que resulta de cada pasada se
solapa con la de una o más de otras pasadas formando una estructura
texturizada final.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la chapa fina (8) o banda (12) se pasa entre una
pluralidad de pares de rodillos (7, 10).
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2,
en el que los rodillos (7, 10) están dispuestos en tándem.
4. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que no hay sustancialmente
reducción del espesor de la chapa fina (8) o banda (12) durante
cada pasada.
5. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que la carga aplicada durante cada
pasada es 20 a 95% de la carga que originaría una reducción medible
de espesor.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que la carga aplicada durante cada pasada es 50 a 80% de la
carga que originaría una reducción medible de espesor.
7. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que el área media de cobertura de
la superficie de la chapa fina (8) o banda (12) durante cada pasada
es menor que 35%.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que el área media de cobertura es entre 5 y 25%.
9. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, que comprende tres o más pasadas de
texturización.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación
9, que comprende entre cinco y siete pasadas de texturización.
11. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que cada pasada de texturización
produce una estructura texturizada diferente en la superficie de la
chapa fina (8) o banda (12).
12. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, que comprende además tratar térmicamente
la banda (12) con una solución inmediatamente después de
texturizarla.
13. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, que comprende además la etapa de granear
la chapa fina (8) o banda (12) antes y/o después de la etapa de
texturización.
14. Un método de acuerdo con la reivindicación
13, en el que la etapa de graneado se realiza después de la etapa
de texturización.
15. Un método de acuerdo con la reivindicación
13 o la reivindicación 14, en el que la etapa de graneado comprende
aplicar una capa orgánica o inorgánica a la superficie.
16. Un método de acuerdo con la reivindicación
15, en el que la capa comprende un sol tipo A, que se deriva de un
precursor inorgánico.
17. Un método de acuerdo con la reivindicación
15 ó 16, en el que la capa es hidrófila.
18. Un método de acuerdo con la reivindicación
17, en el que la capa hidrófila se forma poniendo en contacto la
banda con un líquido que comprende una solución de silicato en la
que está disperso un material en partículas.
19. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 18, en el que el graneado es 1 a 80% del
realizado en chapa fina de aluminio laminada simple comercial.
20. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 19, en el que el graneado se realiza por
graneado electrolítico en un electrolito basado en ácido nítrico o
clorhídrico.
21. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que la longitud total de la banda
(12) se incrementa durante la texturización entre 0 y 0,5%.
22. Un método de acuerdo con la reivindicación
21, en el que la longitud total de la banda (12) no se incrementa
durante la texturización.
23. Uso del método de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente para formar una chapa fina para
automóviles.
24. Un aparato para texturizar una chapa fina
(8) o banda (12) metálica, comprendiendo el aparato:
- (a)
- por lo menos un par de rodillos (7, 10), en los que por lo menos uno de cada par de rodillos (7, 10) tiene en su superficie una estructura texturizada, y
- (b)
- medios para proporcionar una pluralidad de pasadas secuenciales de texturización,
aparato en el que, cuando está en
uso, la estructura texturizada se transfiere a la superficie de una
chapa fina (8) o banda (12) que está pasando entre cada par de
rodillos (7, 10) y la estructura texturizada de la chapa fina (8) o
banda (12) que resulta de cada pasada se solapa con la de una o más
de otras pasadas formando una estructura texturizada
final.
25. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
24, que comprende una pluralidad de pares de rodillos (7, 10).
26. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
25, en el que los rodillos (7, 10) están dispuestos en tándem.
27. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 24 a 28, que comprende además medios (2) para
aplicar una presión a los rodillos (7, 10) y en el que la presión
aplicada es tal que no hay sustancialmente reducción del espesor de
la chapa fina (8) o banda (12) durante cada pasada.
28. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 24 a 27, en el que, cuando está en uso, los
rodillos (7, 10) pueden proporcionar un área media de cobertura de
la superficie de la chapa fina (8) o banda (12) menor que 35%.
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