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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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MOTS-CLÉS
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- Version courante de juin 2016 par Pierre MONTMITONNET
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Principales méthodes utilisées pour la modélisation du laminageArticle inclus dans l'offre
"Mise en forme des métaux et fonderie"
(125 articles)
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4. Qualité des données physiques d’entrée
Tout modèle donne des résultats dont la précision est au mieux celle des données d’entrée. Parmi celles-ci, les dimensions géométriques (des outils comme des ébauches) peuvent le plus souvent être supposées connues avec précision. Le facteur limitant est généralement considéré se trouver dans les données physiques de toutes sortes.
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Données rhéologiques
Le comportement réel d’un métal est toujours plus compliqué qu’on ne croit. On prend trop rarement en compte son anisotropie, souvent bien réelle dès le laminage à chaud, évidente lors du laminage à froid. On sait que le fractionnement de la déformation, les sauts de vitesse, peuvent avoir un impact – rarement pris en compte. Peu d’intérêt a été porté au fait que le métal subit des combinaisons d’élongations et de cisaillement, en proportion variable qui plus est entre le cœur et la peau. Les déformations cycliques de faible amplitude ont leur propre loi. On est donc toujours amené à négliger, à simplifier.
On rencontre deux approches.
• La loi de comportement « macroscopique », exprimant la contrainte en fonction de la déformation, de la vitesse, de la température. La difficulté est que la matière se laisse rarement enfermer dans un formalisme aussi restrictif, pourtant de loin le plus utilisé.
• La loi « avec couplage physique », qui repose sur des variables microstructurales, dont il faut connaître les lois d’évolution, ainsi que l’influence sur le comportement. Le problème est que les variables microstructurales pertinentes dépendent des conditions de déformations (grandes ou petites déformations, température), et que les lois sont aussi variées que les matériaux, et pas toujours connues avec une précision suffisante – d’autant que de nombreuses interactions existent entre divers phénomènes (précipitation et recristallisation ou croissance de grains...).
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Données tribologiques
Elles sont bien plus incertaines. La raison est à rechercher dans la très grande sensibilité du frottement à toutes les caractéristiques du système (insistons bien, de tout le système : le coefficient de frottement du laiton à 120 C, ça n’existe pas !) : propriétés des matériaux, du lubrifiant s’il existe, conditions de contact. Pour une mesure...
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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.
-
(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.
-
(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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