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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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5. Principales méthodes utilisées pour la modélisation du laminage
5.1 Modèles de mécanique d’emprise
• Méthode des lignes de glissement : si elle a permis de bien comprendre les déterminants de la mécanique de l’emprise, sa complexité et son peu de flexibilité font qu’elle n’est pas utilisée.
• Méthode de la borne supérieure : encore utilisée sporadiquement, en particulier pour les produits plats sous la forme de la méthode des fonctions de courant.
• Méthode des tranches : réservée en pratique aux géométries simples (produits plats) en 2D (approximation de la déformation plane), elle reste beaucoup utilisée pour tout le laminage de produits plats à froid, où son rapport coût/précision est excellent (cf. Laminage- Analyse thermomécanique et applications[M 3 066]). On peut considérer que l’équation [1], largement utilisée sur les laminoirs, en est issue.
• Méthode des éléments finis (FEM) : c’est maintenant la méthode reine pour tout ce qui ne peut pas être résolu par la méthode des tranches. Elle ne suppose aucune des hypothèses restrictives imposées aux autres : on l’utilisera donc dans tous les problèmes où des effets 3D significatifs existent (élargissement en laminage à chaud ; déformation de cylindres, profil et planéité ...) ou lorsqu’on s’intéresse aux gradients verticaux ou transverses (de température, de déformation, de contraintes résiduelles...).
Les deux dernières méthodes permettent de traiter toutes les lois de comportements...
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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.
-
(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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