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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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Pierre MONTMITONNET : Ingénieur de l’École centrale des arts et manufactures, Docteur ès sciences - Directeur de recherches au CNRS - Centre de mise en forme des matériaux (CEMEF) - École des mines de Paris
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 ordinateurs 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, pour 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. Ces derniers seront détaillés dans l’article [M 3 066].
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- Version courante de juin 2016 par Pierre MONTMITONNET
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"Mise en forme des métaux et fonderie"
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3. Nature des modèles en fonction des objectifs
Le laminage, au moins dans certains de ses segments comme le laminage de bandes d’acier, est une des industries les plus informatisées qui soient : une foule de modèles « tournent » en permanence pour planifier, réguler et optimiser ces opérations.
Le degré de sophistication des modèles doit évidemment être cohérent avec l’objectif visé. On ne prendra en compte que les phénomènes, couplages et paramètres reconnus influents sur les variables que l’on souhaite déterminer. Les méthodes de résolution, et par conséquent la précision et la complétude de la solution, seront choisies en fonction des temps de réponse jugés acceptables.
3.1 Modèles on line ou off line
La profession distingue en général deux types de modèles.
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Les modèles on-line (en ligne) : ce sont ceux qui, parallèlement aux opérateurs humains et pour leur venir en aide, pilotent, observent, régulent les outils de production. Comme ils doivent réagir en temps réel, ce sont des modèles très rapides donc très simplifiés. Ils prennent en compte très peu de la physique du matériau ou du procédé, ce sont plutôt des formules de régression mathématique, calées soit sur des mesures expérimentales sur l’outil de production, soit sur des plans d’expérience numériques réalisés à l’aide de modèles plus complexes.
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Les modèles off-line (hors ligne) : de sophistication variable, ils visent à produire de la connaissance théorique ou pratique qui sera ensuite soit appliquée à la conception des outils et des machines ou à l’analyse de problèmes, soit « dégradée » – en fait, linéarisée autour d’un point de fonctionnement – pour nourrir les modèles on-line. C’est de ces modèles hors-ligne que nous traitons dans la suite.
3.2 Modèles stationnaires ou incrémentaux
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Par ailleurs, on peut s’intéresser seulement au régime stationnaire, en négligeant les extrémités du produit et les divers transitoires. Construire alors un modèle stationnaire...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - YUN (I.S.), WILSON (W.R.D.), EHMANN (K.F.) - Review of chatter studies in cold rolling. - Int. J. Mach. Tools & Manuf. 38 (1998), 1499-1530.
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(2) - VATNE (H.E.), MARTHINSEN (R.), ØRSUND (R.), NES (E.) - Modelling recristallization kinetics, grain sizes and textures during multipass hot rolling. - Met. Mat. Trans. A 27A (1996), 4133-4144.
-
(3) - PIETRZYK (M.), KEDZIERSKI (Z.), KUSIAK (H.), MADEJ (W.), LENARD (J.G.) - Evolution of the microstructure in the hot rolling process. - Steel Research 64, 11 (1993), 549-556.
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(4) - KARHAUSEN (K.), KOPP (R.), DE SOUZA (M.M.) - Numerical simulation method for designing thermomechanical treatments, illustrated by bar rolling. - Scand. J. Met. 20 (1991), 351-363.
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(5) - NOAT (P.) - Détermination expérimentale et prise en compte dans un code de calcul par éléments finis de l’anisotropie mécanique d’alliages d’aluminium laminés. - Thèse de Doctorat en Science et Génie des Matériaux, École des mines de Paris (1996).
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