Le cycle de production d'un produit sidérurgique
comprend un passage à l'état solide. Autrefois ce passage se
situait à la coulée en lingots à l'aciérie,
aujourd'hui il se situe pour la grande majorité des produits à la
coulée continue. Les étapes ultérieures du cycle du
produit comprennent des mises en forme successives dans les ateliers de
laminage, à chaud en première étape, puis de laminage
à froid dans une seconde étape.
Comme pour la plupart des autres techniques
métallurgiques, on a su laminer bien avant que la moindre esquisse de
théorie ne vienne expliquer pourquoi on peut laminer. Il ne reste pas
moins que le laminage a fait et continue de faire l'objet d'un nombre
considérable de travaux. Certains visent à une
compréhension plus poussée des phénomènes
thermomécaniques du système ; d'autres s'attachent plus
prosaïquement à la solution de problèmes plus
immédiats qui se posent sur la machine.
En laminage à chaud, les points d'amélioration
du procédé résident dans l'allongement des compagnes de
laminage, la diminution des reprises des cylindres de travail par rectification
et donc dans l'allongement de la durée de vie des cylindres.
La durée de vie des cylindres est limitée par
les conditions de travail sévères en termes de sollicitations
thermomécaniques. Ces dernières résultent du contact
intime entre le cylindre de travail et la pièce. Outre l'usure, les
cylindres de travail sont généralement endommagés par de
la fissuration dite de fatigue thermique. Le mécanisme d'endommagement
par fatigue thermique provient principalement des contraintes d'origine
thermique alternées en compression et en traction à la surface
active des cylindres. Ces dernières résultent des
dilatations/contractions différentielles qui apparaissent lors des
variations brutales de température à la surface de travail des
outils lors du contact outil/pièce.
Ce travail a été réalisé dans le
but d'avoir une connaissance du comportement, de l'endommagement et de la
durée de vie des cylindres de travail à chaud sous sollicitations
thermomécaniques proches de celles subies par la surface active des
outils de travail à chaud.
Cette étude comporte trois chapitres. Le premier
chapitre porte sur des rappels théoriques sur le laminage, le rôle
des cylindres de travail dans le mécanisme de laminage et leur
comportement face aux conditions durs de fonctionnement. Le deuxième
chapitre est consacré à la description des contraintes thermiques
et leurs conséquences sur les cylindres de travail, l'application de la
méthode des éléments finis pour calculer ces contraintes
et le logiciel de calcul utilisé. Nous avons déterminé
numériquement par la méthode des éléments finis les
états, le niveau et la distribution des contraintes thermiques
présentes dans les cylindres de travail. Dans le troisième
chapitre, sont exposés les résultats obtenus tous le log de cette
étude. En fin nous finalisons notre étude par quelques
conclusions.
Historique :
Le laminage est apparu dans l'usine sidérurgique avec
d'autres techniques de mise en forme telles que le forgeage au martinet, au
marteau pilon ou à la presse. L'évolution des techniques de
forgeage et de laminage a historiquement suivi des voies complémentaires
dans la recherche de la productivité. Les premières forges
employaient l'énergie hydraulique et les premiers martinets furent
construits à partir du 12e siècle. Ils furent peu
à peu remplacés par un marteau-pilon entraîné par la
vapeur, dont on trouve le premier exemple à simple action en France en
1842. Le premier marteau à double action sera construit aux Etats-Unis
en 1888. La presse hydraulique est une invention anglaise datant de
l'année 1861.
Le premier laminoir fut employé en France en 1553 pour
travailler l'or et l'argent. Vers 1750 les premières applications des
laminoirs à la mise en forme de l'acier sont citées dans
plusieurs pays européens. Henry Cort en Angleterre introduira à
partir de 1783 les premières augmentations de tailles, de puissance et
de capacité ouvrant ainsi une période d'évolution rapide
des laminoirs. La force motrice sera en premier temps la vapeur
remplacée au 20e siècle par l'énergie
électrique [2].
I.GENERALITES I.1 DEFINITIONS
Le laminage est un des processus de fabrication les plus
importantes, d'une grande diversité, utilisé pour la mise en
forme par déformation plastique d'un volume de matériau plus
grand que ceux que traite n'importe quelle autre technique [1] il
consiste donc à faire passer un métal entre deux cylindres
tournant en sens inverses.
Le laminage commence à chaud quand on doit travailler
un produit de forte section (nécessaire à la rentabilité
des opérations de coulée), donc demandant de fortes puissances de
déformation.
Chauffer un métal, donc le ramollir, revient à
diminuer ces puissances et la taille des installations nécessaires, tout
en lui conférant la ductilité nécessaire aux très
grandes déformations à réaliser.
De nombreux produits (produits long, tôles fortes,
bande à chaud) ne subissent qu'un laminage à chaud, puis des
opérations de finition (traitement thermiques, dressage,
décapage, revêtement, usinage). Le passage à des
opérations à froid est, de manière générale,
nécessaire pour obtenir des tolérances serrées (de l'ordre
de quelques micromètres), des propriétés mécaniques
élevées par écrouissage, et un bon état de surface.
Ne sont laminées à froid pratiquement que les bandes minces.
Le laminage fournit surtout des demi produits, mais avec des
exceptions notables: tôles fortes, poutrelles et rails, certains
tubes...les autres produits long sont destinées à l'usinage
(barres), au tréfilage (fils machines), au forgeage ; quant au produits
plats, ils vont vers des opérations de mise en forme des métaux
en feuilles (emboutissage, découpage fin, repoussage et fluotournage).
[3]
Le laminage des tôles et des plats en acier est
assuré par des cylindres ; leur table cylindrique lisse est
légèrement concave ou convexe. La figure I.1.1 représente
le schéma de fabrication des plats.
Les profilés en acier courants et spéciaux sont
laminés dans des cylindres dont la table comporte des rainures
spéciales obtenues par tournage et qui correspondent à la forme
à donner au métal. Ces rainures circulaires s'appellent
cannelures. Les cannelures des deux cylindres forment l'empreinte
reproduisant le tracé du profilé à obtenir. La figure
I.1.2 représente le schéma de fabrication des rails.
.Figure I.1.1 Fabrication des plats.
Figure I.1.2 Fabrication des rails.
