COS'È LA LAMINAZIONE DI PRODOTTI LUNGHI E PIANI?
La laminazione è un'operazione di sagomatura per deformazione plastica volta a ridurre la sezione di un semilavorato da colata continua facendolo passare tra due o più utensili assialsimmetrici che ruotano attorno al loro asse; la rotazione degli utensili spinge il prodotto nella giusta direzione per attrito.
La laminazione viene eseguita sul semilavorato as-cast prodotto da colata continua. Da billette e blumi (prodotti lunghi) si ottengono barre, rotaie e travi di varie forme, oltre a tubi senza saldatura. Dalle bramme (prodotti piani), si ottengono lamiere di vario spessore e nastri.
Laminazione di una billetta: calcolo delle deformazioni equivalenti - simulazione FORGE®
APPROCCI DI CALCOLO
L'analisi ad elementi finiti per i processi di laminazione a caldo rimane una sfida perché si possono utilizzare diversi approcci numerici a seconda dell'obiettivo dell'analisi stessa. In FORGE® esistono due approcci: la formulazione incrementale standard e il nuovo metodo allo stato stazionario. Il vantaggio di utilizzare la formulazione incrementale è quello di poter rilevare con grande precisioni i difetti di forma locali. Utilizzando l'analisi ad elementi finiti, è possibile prevedere le pieghe, il riempimento insufficiente, la diffusione, l'incurvamento, gli effetti di estremità e la coppia.
LAMINAZIONE SU SCALA INDUSTRIALE
FORGE® permette di studiare le configurazioni della laminazione a caldo industriale, come ad esempio la laminazione standard di travi a doppio T e la difficile laminazione Kocks, che spesso rappresenta una sfida. È in grado di evidenziare problemi tipici, come cricche o i difetti di ondulazione, e studiare il controllo della tensione intergabbia del laminatoio di finitura allo scopo di evitare fenomeni di stiramento o lacerazione.
VANTAGGI DELLA SIMULAZIONE PREDITTIVA
La simulazione fornisce informazioni importanti sull'intero processo di laminazione. FORGE® permette di ottenere una previsione accurata di:- Evoluzione della forma (profili) in qualsiasi momento del processo
- Verifica del contatto prodotto/rullo: importante per capire l'impatto del passaggio del rullo sul profilo del prodotto
- Evoluzione della temperatura per ogni passaggio
- Influenza della geometria del rullo in ogni sezione
- Forze e coppie applicate ai rulli
- Evoluzione della deformazione e profili (linea centrata)
- Livello di deformazione
- Cambiamenti metallurgici come la trasformazione di fase
- Difetti potenziali, come pieghe, cricche a caldo, spaccature, torsioni o effetti di ondulazione
FORGE® può essere utilizzato per la simulazione della laminazione e per verificare l'influenza della distanza tra i rulli e del gradiente termico nel forno. Consente di seguire l'evoluzione della forma, ad esempio da quadrata a ovale, tenendo conto anche l'evoluzione dei difetti di colata e di effettuare confronti tra i profili (Figura 3). Infine può rilevare la torsione d'ingresso e le ondulazioni (travi a doppio T).
Influenza della geometria del rullo in ogni sezione
Nero: forma attuale / Arancione: forma modificata
CARATTERISTICHE COMPETITIVE DI FORGE® PER LA LAMINAZIONE DI PRODOTTI LUNGHI E PIANI
- Il calcolo del contatto tra il prodotto e i rulli è migliorato grazie all'uso di una tecnica di smoothing (Nagata) nella discretizzazione dei rulli, specifica per la risoluzione del contatto in presenza di grandi deformazioni. Questa tecnica consiste nell'arricchire lo spazio di approssimazione lineare con funzioni del 2° ordine basate sull'argomento della continuità del vettore normale.
- Il bi-meshing è una tecnica multi-grid che può essere applicata per ridurre il tempo di calcolo per la simulazione della laminazione, utilizzando la formulazione incrementale standard.
- In combinazione con THERCAST® (software di simulazione per applicazioni di colata) è possibile monitorare i difetti generati in colata continua durante i processi di laminazione.
- Durante la produzione di manufatti lunghi, è comune utilizzare una serie di gabbie di laminazione per ottenere elevati tassi di produzione. Con FORGE® è possibile utilizzare un file MPFX per impostare la cinematica dei processi multi-passaggio.
Funzione di calcolo della resa
CASO DI STUDIO - CONFRONTO TRA PROCESSO DI LAMINAZIONE E FORGIATURA PER LA PRODUZIONE DI BARRE DI ACCIAIO
Per produrre barre tonde di acciaio inossidabile, l'azienda spagnola Tubacex ha utilizzato FORGE® per analizzare le differenze osservate nella distribuzione del carico, nella sollecitazione effettiva, nella porosità e nell'evoluzione della dimensione del grano tra un processo di forgiatura e uno di laminazione.
