Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L'article se propose de montrer quels types de modèles sont requis pour comprendre, individuellement ou dans leurs interactions, les divers processus liés à la déformation du métal dans un laminoir, pour les optimiser, pour corriger les défauts afin de baisser les coûts. Pour ce faire, il examine les spécificités du procédé, ses enjeux, classe les défauts en géométriques, métallurgiques et de surface et liste les champs disciplinaires requis pour la modélisation. Sans en détailler la dérivation ni les équations, il analyse les hypothèses des modèles existants au regard des réalités physiques et tente de juger de leur apport pratique, avéré ou potentiel.
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The present article aims at describing which types of models are needed to understand the many phenomena interacting with metal deformation in the roll gap, to optimize the rolling process, to correct defects and decrease costs. To do so, it examines the specificities of the rolling processes, classifies the defects as geometrical, metallurgical of surface defects and reviews the scientific disciplines required for their modelling. Without going into the details of the derivation or of the equations, the assumptions of existing models are analyzed in regard of physical realities ; their practical impact, actual or potential, is assessed.
Auteur(s)
-
Pierre MONTMITONNET : Directeur de Recherches au CNRS - Centre de Mise en Forme des Matériaux (CEMEF), UMR CNRS 7635, MINES ParisTech, PSL, Sophia-Antipolis, France
INTRODUCTION
Engagée dans une course sans fin à la productivité et à la qualité, l’industrie du laminage fait grande consommation de modèles de toutes sortes. Des modèles « on line » sur ordinateur servant en direct à la conduite de fours ou de laminoirs, aux logiciels « off line » les plus sophistiqués, tournant sur ordinateurs parallèles de dernière génération et destinés à l’accroissement des connaissances techniques, tous les degrés de complexité sont représentés, beaucoup de champs disciplinaires aussi : thermique, mécanique des fluides, mécanique des solides, acoustique et vibrations, mécanique des matériaux, physique du solide, génie chimique, corrosion…
L’article se propose de montrer quels types de modèles sont requis pour comprendre, individuellement ou dans leurs interactions, les divers processus liés à la déformation du métal dans un laminoir, dans le but de les optimiser afin de baisser les coûts, objectif final de toutes ces analyses. Il n’est pas question ici de détailler la dérivation ni les équations de ces modèles (que l’on trouvera dans les références citées), mais d’analyser leurs hypothèses au regard des réalités physiques, et par là de juger de leurs apports pratiques, avérés ou potentiels.
Il est rare que l'on modélise le laminage pour le pur plaisir de la connaissance. On cherche généralement à comprendre pour améliorer le procédé, assurer la qualité du produit, rendre plus rentable une installation, guider les futurs investissements. Il convient donc d'optimiser le rapport qualité / prix de la modélisation elle-même. La première étape de cet article consiste donc à catégoriser les multiples opérations de laminage (produits plats / longs, laminage à chaud / à froid, produits minces / épais) qui présentent des caractéristiques thermomécaniques bien spécifiques et relèvent de ce fait de méthodes différentes de modélisation. Les défauts (géométriques, métallurgiques, de surface) qu'il faut corriger constituent la seconde étape de l'analyse, qui débouche sur un panorama des sujets de modélisation et des domaines de la physique auxquels il sera fait appel. Il reste alors à analyser les méthodes mathématiques qui répondent à ces cahiers des charges, en fonction de la nature précise des objectifs (modèles stationnaires / modélisation des extrémités), des variables auxquelles on veut avoir accès, du temps disponible (modèles « on line » très rapides / modèles « off line » de connaissance) et de la qualité des données physiques dont on peut disposer.
Un glossaire et un tableau de symboles sont présentés en fin d'article.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
mechanical modeling | metal forming | rolling processes
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 2002 par Pierre MONTMITONNET
DOI (Digital Object Identifier)
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Glossaires
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6. Conclusion
La modélisation du laminage est à quelques années de fêter son centenaire, avec celui de l'article de von Karman à l'origine de la méthode des tranches , qui a permis de comprendre la mécanique du laminage et de poser les bases de la conception des laminoirs de tôles. Les grandes évolutions ultérieures pour les produits plats ont porté sur :
-
la déformation des cylindres et son influence sur la force de laminage ou les notions comme la « réduction limite » (ou épaisseur minimale atteignable par laminage). On peut considérer le problème comme réglé, au sens où des méthodes off line satisfaisantes sont disponibles, depuis les années 1960 pour le 2D et les années 1990 pour le 3D ;
-
le passage au 3D pour la modélisation de l'élargissement à chaud, des défauts de profil et l'optimisation des actionneurs de profil et de planéité à froid. Les modèles 3D ne sont devenus fiables qu'avec les éléments finis à partir des années 1980 ;
-
tous les modèles de prédiction des propriétés, microstructure et propriétés mécaniques à chaud, à laquelle se rajoute maintenant la prévision des états de surface, liés à chaud à l'oxydation et au comportement des oxydes, à froid à la lubrification et à l'évolution de la rugosité.
Les produits longs, en l'absence de modélisation 3D, ont longtemps fait l'objet d'approches empiriques destinées à la conception des cannelures. Le progrès essentiel est venu de la méthode des éléments finis dans les années 1980-90. Elle permet d'aborder efficacement pratiquement tous les problèmes, à un coût raisonnable du fait des rapports dimensionnels qui n'exigent pas des maillages énormes. On peut même calculer d'un coup un train complet et aborder sans approximation douteuse les interactions entre ses cages.
Un point peu abordé à ce jour en laminage est l'optimisation automatique de...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROBERTS (W.L.) - Hot Rolling of steels. Manufacturing Engineering and Materials Processing Series. - Vol. 10. Marcel Dekker, New York (1983).
-
(2) - CARRUTH (M.A.), ALLWOOD (J.M.) - The development of a hot rolling process for variable cross-section I-beams. - J. Mat. Process. Tech. 212, 8 1640-1653 (2012).
-
(3) - MEYER (A.), WIETBROCK (B.), HIRT (G.) - Increasing of the drawing depth using tailor rolled blanks – Numerical and experimental analysis. - Int. J. Machine Tools & Manuf. 48 522-531 (2008).
-
(4) - YUN (I.S.), WILSON (W.R.D.), EHMANN (K.F.) - Review of chatter studies in cold rolling. - Int. J. Mach. Tools & Manuf. 38, 1499-1530 (1998).
-
(5) - NGO (Q.T.) - Thermo-elasto-plastic uncoupling model of width variation for online application in automotive cold rolling process. - Thèse de Doctorat, Université Paris-Est (2015).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Les International Rolling Conferences (IRC), qui ont lieu tous les 3 ans, sont le principal lieu de rencontre pour ceux qui s'intéressent au laminage, mais la modélisation du laminage est également traitée régulièrement dans toutes les conférences qui traitent des procédés de fabrication des métaux : NUMIFORM, ESAFORM, Metal Forming, AMPT…
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