Généralités sur le laminage des tôles métalliques

Dans ce chapitre sont regroupées et résumées toutes les informations nécessaires concernant le laminage et les définitions de certaines terminologies, en se limitant à celles qui seront utiles dans le cadre des travaux détaillés dans le présent document. Divers supports sont utilisés pour dégager ces renseignements, mais les généralités sur le laminage exposées dans les paragraphes qui suivent, ont été principalement extraites des références [ L’opération de laminage consiste à entraîner par effet de frottement une bande (tôle) métal- lique sous deux outils cylindriques (cylindres de travail : cf. § l’épaisseur de la tôle en sortie de l’emprise1. L’épaisseur du produit fini est obtenue progres-sivement par une succession de passes de lami-nage (cf. figure 1-2). Les premières séries de réduction s’effectuent à chaud afin d’exploiter la baisse de la résistance mécanique avec la température à des fins d’économies d’énergie, et pour ajuster les caractéristiques métallurgi-ques du produit. A ce niveau, une brame est transformée en une bobine de tôle fine, passant au fil des réductions de quelques centimètres à quelques millimètres d’épaisseurs (pour l’acier, on part généralement de 250mm pour arriver à une épaisseur entre 1.5 et 6mm). Pour les aciers, le laminage à chaud commence vers 1200 – Lors de la deuxième phase à froid, le procédé de laminage est orienté vers des gammes d’épaisseurs plus faibles, qui sont inaccessibles par le laminage à chaud et qui peuvent descendre en dessous de la centaine de micromètres (de 3~4mm jusqu’à 0.7~0.8 mm pour les tôles de cons- truction automobile) [ 6]. A ce stade, les caractéristiques mécaniques (emboutissabilité, résis- tance…), l’aspect de surface (aptitude aux traitements de surface et à l’emboutissage, rugosité contrôlée…) et la planéité, font l’objet d’une attention constante. En dépit du haut niveau d’expérience acquise au cours de décennies de pratique, des études et recherches très actives res- tent nécessaires pour améliorer la qualité dans des conditions toujours plus difficiles, du fait de l’augmentation des vitesses et de la dureté des nouveaux alliages.

Origine des défauts de planéité

Sous les chargements intenses du laminage à froid, la déformation des cylindres (définis dans les paragraphes 1.3.3) peut atteindre des déplacements verticaux supérieurs à l’épaisseur de la tôle. On conçoit que cela doit avoir des effets significatifs sur le laminage. On analyse sou- vent cette déformation des cylindres en termes de flexion (de l’axe du cylindre considéré comme une poutre) et d’aplatissement (raccourcissement d’un rayon sous l’effet de la contrainte de contact compressive) ; à ces effets élastiques s’ajoute le bombé thermique, produit de la dilata- tion hétérogène liée au champ de température complexe du cylindre. La figure 1-4 illustre ces composantes. La forme résultante du cylindre de travail dans l’emprise provoque un gradient transverse d’élongation du produit laminé en sortie de l’emprise. Ce phénomène engendre des contraintes en intercage, qui peuvent demeurer suffisamment compressives dans certains endroits de la tôle et entraîner le flambage, désigné dans ce contexte comme défaut de planéité non déve- loppable (figure 1-3).

Il n’y a pas que la déformation des cy-lindres qui contribue aux défauts géo-métriques de la tôle. En effet, une ano-malie de distribution des vitesses ou des efforts de frottement entre les deux faces de la tôle – c’est-à-dire entre les com-partiments supérieur et inférieur de la cage (à cause d’un mauvais contrôle des vitesses des cylindres ou de la lubrifica-tion par exemple) – entraîne une hété-rogénéité de l’élongation dans l’épaisseur de la bande. Ce type d’anomalie engendre également l’apparition de contraintes résiduelles hétérogènes dans l’épaisseur de la tôle, particulièrement dans le cas de faibles réductions. Le moment fléchissant ainsi créé entraîne une flexion générale de la tôle. On ne peut pas parler de flambage, car celui-ci se définit comme un déplacement hors plan d’un point de la bande, en réponse à des contraintes de compression dans le plan de celle-ci. On parlera donc ici de flexion qui donne naissance aux défauts de planéité développables (cintre, tuile, etc. : cf. fi- gure 1-3).