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)
-
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.
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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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Conclusion et perspectives4. La déformation élastique des cylindres et ses conséquences
4.1 Analyse des phénomènes : aplatissement et flexion
La figure 4 de Laminage- Objectifs et modélisation schématise ces déformations ; on a accoutumé, par souci pédagogique, de les séparer en deux contributions :
-
flexion, dans le plan transverse-vertical Oyz : déformation de l’axe du cylindre, calculée en général par la théorie des poutres. Le résultat sur la tôle est un maximum d’épaisseur au centre, avec une diminution lente et régulière en allant vers les rives ;
-
aplatissement : diminution locale de la distance à l’axe par compression du métal du cylindre. Dans le plan longitudinal-vertical Oxz, il cause un allongement du contact (donc un accroissement de la force de laminage). Dans le plan transverse-vertical Oyz, le bord du contact avec la tôle se traduit par un décrochement ; le profil du cylindre dans ce voisinage est responsable, sur la tôle, de la « chute d’épaisseur en rive », défaut qui peut affecter quelques dizaines de millimètres sur chaque bord.
Dans les cas les plus sévères (tôles très fines et dures, fort frottement), l’aplatissement peut atteindre la demi-épaisseur de la tôle : inévitablement, les cylindres entrent alors en contact de part et d’autre de celle-ci, phénomène dénommé roll kiss en anglais. La conséquence est double :
-
on ne peut plus mesurer la force de laminage, car la force globale d’écartement des cylindres cumule celle-ci avec la force de contact cylindre-cylindre ;
-
le serrage n’est plus un actionneur de réduction, car il faut, pour un petit incrément de réduction, déformer élastiquement le cylindre d’autant : la courbe force-réduction monte en flèche. C’est ce qui sous-tend la notion de « réduction limite » longtemps débattue dans la littérature du laminage à froid.
4.2 Modèles bidimensionnels d’aplatissement
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La déformation élastique des cylindres et ses conséquences
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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