Numerical simulation in roll pass design for bar rolling

Simulación numérica en el diseño del paso de rodillos para el laminado de barras

Se estudia la aplicación de la simulación por elementos finitos al problema del diseño de pasadas de rodillo para la laminación de barras redondas. Se han desarrollado dos secuencias de paso de rodillo mediante métodos analíticos y, a continuación, se han optimizado utilizando el método de los elementos finitos (MEF) 2,5D. La primera es un diseño clásico de paso de rodillo ovalado-redondo. La segunda es una combinación de rodillos planos y redondos. Basándose en los datos de simulación obtenidos mediante el MEF, se ajustaron las separaciones entre rodillos para conseguir la forma de barra requerida y la distribución uniforme de la fuerza de laminado entre las pasadas. Se consideraron las ventajas y desventajas de cada diseño de paso de rodillo.

INTRODUCCIÓN

El objetivo principal del diseño de pasadas de laminación es desarrollar la secuencia de pasadas individuales que proporcionen un producto del tamaño y la geometría deseados. La complicada mecánica que interviene en la laminación de formas ha convertido el diseño del proceso en un arte de la experiencia [1]. Por este motivo, se necesitan nuevas herramientas informáticas y métodos de simulación. Este trabajo está dedicado a la aplicación de la simulación por elementos finitos al problema del diseño de pasadas de rodillo para la laminación de barras redondas formadas por dos ranuras simétricas. Los diseños de las pasadas de laminación se desarrollaron según el método de Eriksson [2] basado en la optimización de la sección transversal del material laminado en cada pasada. Los métodos de cálculo de la sección transversal para la laminación en las secuencias de pasadas ovaladas-redondas se consideran en [3], donde los resultados del cálculo se comparan con los datos experimentales obtenidos en un tren de laminación de laboratorio. El cálculo analítico de las fuerzas y momentos de laminación se realizó sobre la base de los métodos propuestos en [4]. Un resumen de las ecuaciones analíticas para la determinación de las fuerzas y momentos de laminación puede encontrarse en [5].

En este estudio se desarrollaron y analizaron dos secuencias de paso. La primera es un diseño clásico de paso de rodillo oval-redondo. La segunda es una combinación de pasadas de rodillos planos y redondos. Cada secuencia de paso se desarrolló en dos etapas. En la primera etapa, la secuencia de pasadas de rodillos y las dimensiones de las ranuras se obtuvieron mediante ecuaciones analíticas. En la segunda etapa, el diseño preliminar de las pasadas de rodillo obtenido se optimizó utilizando el software de elementos finitos SPLEN (Rolling) basado en el método 2,5D. De acuerdo con los resultados de la simulación de elementos finitos, se realizó el ajuste de las separaciones de los rodillos para evitar el desbordamiento de las ranuras en la última pasada y proporcionar así la geometría requerida del producto final.