Stratégie de modélisation de la séquence cisaillage-laminage en mise en forme à froid des aciers

Strategy of simulation for the edge-trimming and cold rolling sequence of steels

• Auteur / Autrice : Cédric Hubert
• Direction : Laurent Dubar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fissuration

Tribologie (technologie)

Laminage

Mots clés libres

Modèle d’endommagement de Lemaitre

Cisaillage de rives

Stéréo-corrélation d'images

Plasticité non-associée

Coefficient de Poisson plastique

Résumé

Le défaut de rives en dents de scie sont des excroissances de matière qui se développent durant le laminage à froid des bobines d’acier, avec comme initiateur le procédé de cisaillage des rives. Ces travaux se concentrent sur ces deux phases de la production des bobines d’acier, dans le but de comprendre les phénomènes qui conduisent à l’initiation de ce défaut. Deux campagnes expérimentales sont menées sur des éprouvettes de rives cisaillées. L’influence de leur écrouissage initial et des conditions de contact bande/cylindre est étudiée par le biais de l’Upsetting Rolling Test (URT). Ces deux campagnes d'essais montrent que ces paramètres affectent fortement le comportement des rives à la fissuration. L’analyse des éprouvettes ne pouvant se faire que a posteriori, un modèle éléments finis du procédé de cisaillage est créé. Une stratégie de modélisation est mise en place pour la création du modèle d’éprouvette URT et le transfert de l’historique mécanique de la rive cisaillée numériquement. Le modèle ainsi créé permet d’analyser finement le comportement des rives durant leur déformation plastique. Ces modèles éléments finis sont alimentés par un modèle de comportement élastoplastique non-associatif endommageable, calibré grâce à la stéréo-corrélation d’images. Plusieurs critères de rupture sont implémentés puis calibrés, et l’un d’entre est retenu pour la simulation de la séparation du matériau dans le cas du cisaillage de rives. Les résultats montrent que les conditions de contact bande/cylindre ont une forte influence sur la rhéologie des éprouvettes ; les conclusions de ces travaux conduisent à des solutions concrètes pour l’amélioration de la qualité du produit final.

Edge serration defect, also called saw toothed edge condition, are material excrescences that grow during cold rolling of steel coils and is initiated by the edge-trimming process. This research work focuses on these two stages of steel coils manufacturing, in order to understand the phenomena that lead to this defect. Two design of experiments are performed on trimmed edge specimens. The effects of parameters such as strain hardening and part/work-roll contact conditions are studied using the Upsetting Rolling Test (URT). These two design of experiments show that the considered parameters strongly affect the edges behaviour on cracking. Specimens analysis can only be performed a posteriori. Thus, a finite element model of edge- trimming process is built. A strategy of simulation is created in order to model the URT specimens and to transfer the mechanical history from the numerically trimmed edge to the URT specimen model. This new model allows to analyze precisely the edges behaviour during a cold reduction. The finite element models are supplied by a damageable non-associative elastoplastic model, calibrated by 3D Digital Image Correlation (3D-DIC). Several failure criteria are implemented and calibrated; one of them will be selected to simulate material separation in the case of edge-trimming. The results show that the strip/work-roll contact conditions have a major effect on specimens rheology. The conclusions of this work lead to realistic solutions in order to improve the quality of the final product.