Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente quelques fondamentaux de la conception des laminoirs et des gammes de laminage à l'aide de résultats de la modélisation thermique et mécanique. Il se restreint au 2D et aux produits plats, renvoyant à la documentation pour les très importants aspects 3D et pour les produits longs. L'étude par la méthode des tranches de l'effet du diamètre des cylindres, de la réduction, des tensions de bande sur les contraintes, forces et couples, sur l'aplatissement des cylindres, éclaire les choix technologiques des différents laminoirs, fonctions des caractéristiques des produits. Il faut recourir aux éléments finis pour comprendre les hétérogénéités et leurs effets thermiques ou métallurgiques, les contraintes résiduelles, et les mesures prises pour maîtriser les défauts associés.
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This article explains the basics of rolling mills and roll pass design using results from thermal and mechanical modeling. It is mostly restricted to a 2D vision and to flat products. The reader is referred to the documentation for the very important 3D aspects and for long products. The slab method is used to describe the effects of roll diameter, thickness reduction or strip tensions on stresses, roll load and torque, and thus clarifies technological choices for different rolling mills in relation to the characteristics of their products. The finite element method is needed to study heterogeneities and their thermal or metallurgical consequences, the generation of residual stresses and the measures taken to keep the related defects under control.
Auteur(s)
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Pierre MONTMITONNET : Ingénieur de l’École centrale des arts et manufactures, Docteur ès sciences - Directeur de recherches au CNRSCentre de mise en forme des matériaux (CEMEF)École des mines de Paris
INTRODUCTION
Cet article fait suite à l’article Laminage- Objectifs et modélisation. Ce dernier analysait les besoins de modélisation à travers les problèmes rencontrés dans la pratique du laminage et mettait en regard les options de modélisation disponibles. Ici, nous détaillons des résultats sur la mécanique et la thermique des diverses opérations de laminage, nous les comparons à la pratique, nous montrons comment divers types de modèles permettent de passer d’une vision générale du procédé à un regard plus intime sur le comportement de ce système complexe. L’objectif est d’expliquer pourquoi on choisit tel type de cage pour une opération de laminage donnée, comment l’imbrication de considérations économiques et d’arguments techniques conduit à la conception d’une gamme différente pour des métaux différents, et comment ces choix vont ensuite conditionner la qualité des produits. Au-delà de la technique immédiate, on rend plus concret le choix d’une modélisation adaptée à un objectif donné. In fine, il doit en ressortir un état des lieux de la connaissance théorique et des méthodes de modélisation dont on se sert pour faire progresser les procédés de laminage.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
rolling | metal forming | mechanical modelling and applications
VERSIONS
- Version courante de juin 2016 par Pierre MONTMITONNET
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Facteurs de forme géométriques et état mécanique5. Conclusion et perspectives
D’ores et déjà, on peut considérer que pour toutes les opérations de laminage stricto sensu, divers logiciels (éléments finis) sont capables de décrire parfaitement les champs de déformation, contraintes, contraintes résiduelles, températures, pour une passe donnée. C’est ce qui a fait considérablement progresser, ces dernières années, la compréhension de ces phénomènes thermomécaniques spécifiques. Chaque fois que l’on peut négliger les effets d’extrémité, on dispose de logiciels stationnaires, peu coûteux en temps, industriellement applicables, rendant possible l’enchaînement des passes. S’il faut encore rester critique face aux résultats (et il le faut toujours !), c’est parce que les données d’entrée, et tout particulièrement le coefficient de frottement et le coefficient de transfert thermique de contact, sont piètrement connus. Les propriétés mécaniques le sont mieux, mais on peut soupçonner que la détermination de l’anisotropie, ou l’influence des grandes vitesses de déformation à froid, reste insuffisante.
Il reste quelques chantiers de taille. C’est, comme toujours en modélisation, du côté des couplages qu’il faut rechercher les points de blocage. Le phénomène de déformation des cages est bien compris pour les produits plats, mais sa simulation reste lourde, et rien n’a été fait pour les produits longs, car ce point y soulève peu d’intérêt pratique. La prévision de la planéité des tôles et le préréglage des actionneurs restent un problème scientifique ouvert, même si beaucoup de travail a été accompli et a donné lieu à des modèles semi-prédictifs.
D’autre part, comme tout lamineur veut aller vers des vitesses de plus en plus grandes, le broutage (vibration des laminoirs) devient un problème de plus en plus rédhibitoire. Là encore, on commence à bien comprendre sa survenue, mais les modèles totalement prédictifs restent rares ; et encore bien davantage, les solutions !
Comme dans tous les procédés de mise en forme, une des demandes fortes concerne la prévision des microstructures et au-delà des propriétés mécaniques après mise en forme (en particulier des tôles en vue de l’emboutissage). Si de nombreux modèles décrivent les mécanismes d’évolution de la microstructure, on se heurte à la grande diversité des matériaux...
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Conclusion et perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Al SALEHI (F.A.R.), FIRBANK (T.C.), LANCASTER (P.R.) - An experimental determination of the roll pressure distributions in cold rolling (Détermination expérimentale des distributions de pression sur les cylindres en laminage à froid) - . Int. J. Mech. Sci., 15, p. 693-710 (1973).
-
(2) - JESWIET (J.), CAO (X.K.) - The effect of aspect ratio upon friction and normal forces in strip rolling (L’effet du rapport de forme de l’emprise sur le frottement et les forces normales en laminage de tôles) - . J. Mater. Process. Technol. 45, p. 99-104 (1994).
-
(3) - CRANE (F.A.A.), ALEXANDER (J.M.) - Slip Line Field and deformation in hot rolling of strip (Champs de lignes de glissement en laminage à chaud de tôles) - . J. Inst. Metals, 96, p. 289 (1968) .
-
(4) - KUBIE (J.) - Le test de bipoinçonnement - . Thèse, École des Mines de Paris (1980).
-
(5) - ISHIKAWA (T.), TOZAWA (Y.), NAKAMURA (M.), KATO (T.), KATO (N.) - Distribution of rolling pressure measured under various rolling conditions (Distribution de pression de laminage sous diverses conditions) - ....
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