Contribuição a simulação númerica da laminação a frio de tiras : modelos de previsão de carga e deflexão do cilindro de trabalho

A simulação numérica tem sido amplamente utilizada nos meios acadêmico e industrial para otimização off­line de processos e fenômenos visando obter produtos com características dimensionais cada vez mais restritas. Nesse sentido, a presente dissertação apresenta o desenvolvimento e aplicação de modelos de elementos finitos destinados à previsão de carga e deflexão elástica do cilindro de trabalho durante a laminação a frio de tiras. Para tal, foram adotados dados industriais de dois laminadores de cinco cadeiras da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) para a construção de modelos em estado plano de deformação (2D) e em três dimensões (3D). Os materiais da tira metálica têm o grau de um aço C­Mn para os quais foram realizados ensaios de tração uniaxial na direção de laminação de uma bobina a quente e decapada, a fim de determinar as curvas de encruamento a cada passe do trem de laminação a frio. No modelo 2D, foi analisada a primeira cadeira de laminação assumindo­se o cilindro de trabalho como corpo rígido por meio de uma superfície analítica. No modelamento 3D, foram adotados dois planos de simetria para descrever os cilindros de encosto e trabalho da última cadeira de laminação assumindo­se um comportamento isotrópico em elasticidade linear. Em ambos os modelos, o contato é definido pela lei de Coulomb para descrever o atrito entre as superfícies cilindro­tira ou cilindro­cilindro. Ademais, os valores industriais das tensões a ré e avante são inseridos como condições prescritas dos modelos de elementos finitos. Todas as simulações numéricas foram realizadas com auxílio do código comercial de elementos finitos ABAQUS/Standard que emprega o método implícito de integração. As previsões numéricas do modelo 2D de carga de laminação apresentaram boa concordância com as medidas industriais na primeira cadeira e o valor do modelo off­line com base no método dos blocos, sendo possível verificar o efeito do deslocamento do valor máximo da pressão ao longo do arco de contato em virtude da aplicação das tensões a ré e avante. Através deste modelo foi também possível evidenciar as condições que garantem a mordida da tira na laminação a frio assim como, a distribuição da tensão equivalente de von Mises ao longo do arco de contato. Por fim, graças ao refinamento de malha de elementos finitos nas regiões de contato cilindrotira e cilindro­cilindro no modelo 3D, foi possível obter um perfil de tensão da tira ao longo da largura com boa concordância entre os valores fornecidos pelo sistema de medição e controle (shapemeter) disponível na saída da última cadeira de laminaçãoThe numerical simulation has been widely used in the academic and industrial to optimization off line of process and phenomenon to obtain product with dimensional characteristic more accuracy. In this way, the present paper show us the development and the application of Finite Element models to determine load and work roll elastic deflection during cold rolling. Thus, it was adopted industrial data of two tandems Mill with five roll stand of the Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) for construction of models in plane state strain (2D) and in three dimensions (3D). The materials of metallic strip has the grade of a steel C­Mn in which has been done tension test in the rolling direction, in the hot rolling condition, to determine hardening curve. In the 2D model, has been analyzed the first stand assuming of work roll as rigid body through analytic surface. In the 3D modeling, has been adopted two plan of symmetry to describe of back and work roll of the last stand rolling assume a isotropic behavior in linear elastic. In both models, the contact is defined by Coulomb law to describe the friction between strip­cylinder or cylinder­cylinder surface. Besides, the industrial value of back and forward tension has been introduced as condition of finite element. Every numeric simulation has been realized by mean commercial code of finite element ABAQUS/Standard which used the implicit integration method. The numeric forecast of 2D model of the rolling load show good concordance with industrial measure in the first stand and off­line model based slab method being possible to check the displacement effect of the maximum pressure value across the roll bite by the back and forward tension application. Through this model has been possible to check the condition which guarantees the roll bite sheet in the cold rolling, as well as the von Mises equivalent tension distribution across the roll bite. Lastly, due to refinement of the finite element mesh in the contact region roll­strip and cylinder­cylinder of the 3D model, was possible to obtain a tension profile of the strip across a good concordance between the value of tension supplied by control and measure system (shapemeter) available in the exit last roll stand71 p