FORGE® pour le laminage de produits longs et plats

Qu'est-ce que le laminage de produits longs et plats ?

Le laminage est une technique de mise en forme par déformation plastique. Ce procédé est appliqué pour réduire la section d'un produit long en le faisant passer entre deux ou plusieurs outils axisymétriques pivotant autour de leur axe. Grâce au frottement, cette rotation entraîne le produit dans la bonne direction.

Avant d’être laminé, le métal est fabriqué par coulée continue. Le laminage de produits longs permet de fabriquer principalement des tôles, poutrelles, rails, certains types de tubes, etc.

Laminage de produit long avec déformation équivalente - simulation FORGE®

Approches de calcul

L'analyse par éléments finis pour les procédés de laminage à chaud reste un défi, car il est possible d'utiliser différentes approches numériques selon les centres d'intérêt. FORGE® propose les deux approches suivantes : une approche incrémentale (standard) et une approche stationnaire. L'avantage de l'utilisation de la formulation incrémentale est la détection locale des défauts de déformation. Avec l'analyse par éléments finis, il est possible de prévoir les replis, les sous-remplissages, l'étalement du métal, la flexion, les effets des extrémités et le couple.

Laminage industriel

FORGE® permet d'illustrer les configurations industrielles de laminage à chaud, notamment le laminage standard de poutrelles en I et le laminage Kocks qui représente un plus grand défi. Il permet également de mettre en évidence des problèmes typiques, tels que le pincement de la queue ou des défauts d’ondulation, et d'examiner le contrôle de la tension établie entre les cages des laminoirs de finition afin d'éviter les phénomènes d'étirement ou de rupture.

• Évolution de la forme (profils)
• Contrôle du contact produit/rouleau : important pour comprendre l'impact du passage du rouleau sur le profil du produit
• Évolution de la température
• Influence de la géométrie du rouleau dans chaque section
• Forces et couples appliqués aux rouleaux
• Évolution de la déformation et profils (ligne médiane)
• Niveau de déformation
• Les changements métallurgiques comme les transformations de phase
• Défauts potentiels comme les replis, les criques à chaud, les fissures, les effets de torsion ou d’ondulation

FORGE® peut être utilisé pour étudier l’influence de l’espacement des rouleaux ou la chauffe dans le four sur la forme de la pièce laminée. Il permet de suivre l’évolution de le forme carrée à ovale en prenant en compte les défauts de coulée et de réaliser des comparaisons des profils (voir figure ci-dessous). Il est possible de détecter la torsion d'entrée et les ondulations (poutrelles en forme de I).

Influence de la géométrie du rouleau dans chaque partie
Noir : forme actuelle / Orange : forme modifiée

Fonctionnalités de FORGE® pour le laminage de produits longs et plats

• L'utilisation d'une technique de lissage Nagata pour la discrétisation des rouleaux permet d'améliorer le calcul du contact entre le produit et les rouleaux. Cette technique de lissage consiste à améliorer l'espace d'approximation linéaire avec des fonctions du second degré basées sur l'argument de la continuité vectorielle normale.

Laminage de produit long avec répartition de la température - simulation FORGE®

• Le bi-maillage est une technique multigrilles qui permet d'accélérer le calcul pour la simulation de laminage tout en utilisant la formulation incrémentale standard.
• En combinaison avec THERCAST®, il est possible de surveiller les défauts de coulée pendant les procédés de laminage.
• Lors de la fabrication de produits longs, on utilise souvent un ensemble de cages de laminage pour obtenir des cadences de production élevées. FORGE® permet d'utiliser un fichier MPFX afin de définir la cinématique des procédés à passages multiples.
• Grâce à la fonction « Yield Computation » (Calcul du rendement), il est possible d'utiliser des pièces forgées pour déterminer la taille maximale des pièces que vous pouvez obtenir, et de réduire vos pertes de matériau. Cette fonction calcule automatiquement le rendement de vos produits longs et/ou plats en tôle et de vos barres rectangulaires ou rondes fabriquées par laminage et martelage (voir image ci-dessous).

Fonction Yield Computation - simulation FORGE®

Etude de cas - comparer de laminage et de forgeage pour la production de tubes en acier

Dans le but de produire des barres rondes, la société espagnole Tubacex a utilisé FORGE® pour analyser les différences observées sur la répartition de charge, les contraintes effectives, la porosité et la taille de grains entre un procédé de forgeage et de laminage.