Vers une prédiction du profil de rugosité à l'échelle mésoscopique lors de l'opération de laminage à froid

Toward strip roughness prediction at mesoscopic scale during cold rolling

• Auteur / Autrice : Anastasia Belotserkovets
• Direction : Laurent Dubar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction fluide-structure

Rugosité

Laminage

Propriétés mécaniques

Acier inoxydable

Résumé

Une méthodologie originale, prenant en compte la présence de lubrifiant lors du laminage à froid, est développée pour mieux contrôler la rugosité finale de la bande. Pour alimenter ce modèle, il est indispensable de connaître la rhéologie de l’acier de la bande ainsi que celle de la couche grenaillée. Elle est déterminée par une méthode inverse couplant MEF et des essais de Vickers. Pour permettre de déterminer le comportement à la déformation plastique, une relation entre les conditions mécaniques de contact est établie à partir du modèle éléments finis. Le modèle de laminage à froid est composé de la bande avec ses aspérités, du lubrifiant et du cylindre de travail. Les aspérités de la bande sont modélisées en 2D (forme de trapèze) en créant des vallées et des plateaux. Un couplage fluide-structure fort est proposé pour étudier l’écrasement des aspérités de la bande d’acier lors du laminage à froid. D’abord la pression du fluide est obtenue en utilisant un modèle fluide-structure. Elle est hydrostatique. Ensuite, l’effet dynamique du débit de fluide est ajouté en mettant à jour le volume. Il est obtenu en utilisant l’équation de Reynolds locale. Le lubrifiant circule à travers la rugosité secondaire des plateaux des aspérités. Donc, le volume du lubrifiant emprisonné et sa pression sont mis à jour dans le modèle de laminage à froid. Le long des calculs, l’aspérité se déforme de l’entrée à la sortie avant de prendre sa forme finale. Les paramètres globaux tels que la traction, la contre-traction, les vitesses sont pris en compte ainsi que les comportements rhéologique (fluide, solide) et tribologique. La méthodologie proposée est appliquée pour déterminer le profil de surface de la bande après le laminage à froid. Elle permet de déterminer les conditions du laminage à froid plus adaptées pour mieux contrôler la rugosité finale de la bande

An original methodology, which takes into account the presence of lubricant during cold rolling, is developed in order to reduce friction and to better control workpiece final roughness. To supply this model, it is essential to know the rheology of the strip as one of the blasted layer. It is given by an inverse methodology using FEM and Vickers test. To make it possible to determine plastic deformation behaviour, a relation between the mechanical conditions of contact is established from the finite elements model. The cold rolling model involves the strip with its asperities, the lubricant and the working roll. The strip asperities are modelled in 2D (trapezoidal shape) forming valleys and plateaus. A fluid-structure strong coupling is proposed to study the flattening of steel strip asperity during a cold rolling sequence. First the fluid pressure is obtained using a fluid structure model. This pressure is hydrostatic one. Then the dynamic effect of the fluid flow is added using an updating of the volume. This is obtained using local Reynolds’ equation. The lubricant flows through the secondary roughness of the top of the asperities. Thus, the volume of lubricant trapped and its pressure are updated on the cold rolling model. During computations, the asperity is deformed from the entry to the exit to obtain its final shape. Global parameters such as front, back tensions, speeds are taken into account but also rheological (fluid, solid) and tribological behaviours. The proposed methodology is applied to determine the strip surface profile after rolling. It makes it possible to determine the conditions of the cold rolling more adapted to better control strip final roughness.