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.

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ES2264721T3 ES02704956T ES02704956T ES2264721T3 ES 2264721 T3 ES2264721 T3 ES 2264721T3 ES 02704956 T ES02704956 T ES 02704956T ES 02704956 T ES02704956 T ES 02704956T ES 2264721 T3 ES2264721 T3 ES 2264721T3
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Daniel Baruch Miller
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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.
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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.
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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.
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.
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.
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:
TABLA 1
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.
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1
2
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.
TABLA 3 Muestras texturizadas
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.
TABLA 4 Valoración de muestras texturizadas y graneadas
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
3
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.
Ejemplo 4
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):
\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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