Modelado y optimización de procesos de laminado con transferencia de textura

Autor: Escribano García, Rubén; 

Tipo de documento: Tesis

Director/es: Pernía Espinoza, Alpha VerónicaLostado Lorza, Rubén

Universidad: Universidad de La Rioja

Año: 2014 

Resumen: Esta tesis presenta una metodología aplicada al estudio, modelado y optimización de procesos de laminado de chapa. Esta línea de investigación surge de un proyecto de investigación financiado por la Comisión Europea que tuvo por objetivo el desarrollo de un nuevo proceso de laminado de chapa de acero. Este proceso, llamado híbrido, es el resultado de la combinación de los procesos de skin-pass y de tension-leveling. El proceso de skin-pass es un tipo de laminado en frío de chapa cuyo objetivo es conseguir una pequeña reducción de espesor (inferior al 2%), unas propiedades mecánicas mejoradas y un buen acabado superficial. Por otro lado, el tensión-levelling es un proceso en frío que consiste en curvar la chapa a un lado y otro alternativamente mediante rodillos. El objetivo es producir chapas metálicas perfectamente planas homogeneizando las fibras longitudinales. El estudio y la optimización de procesos de laminado se realiza mediante metamodelos que combinan el método de los elementos finitos (FEM) y técnicas de minería de datos (DM). El FEM es usado para modelar el proceso considerando la geometría, los materiales, los contactos y las condiciones de trabajo. Después, los resultados obtenidos por el modelo son comparados con datos experimentales para comprobar su validez. Una vez que el modelo es validado, se diseña una batería de simulaciones que son variaciones del mismo proceso con diferentes condiciones de trabajo para generar una base de datos. El FEM puede simular gran variedad de sistemas físicos con buena precisión pero su principal desventaja es el elevado tiempo de cálculo. Por ello, se utiliza DM para determinar expresiones matemáticas que relacionan las entradas con las salidas del proceso. Estas expresiones son fáciles de evaluar, lo que permite plantear la optimización del proceso para alcanzar varios objetivos. En los casos de estudio, estos objetivos son: alcanzar un determinado espesor, maximizar la rugosidad transferida y minimizar y homogeneizar las tensiones residuales. De esta forma, el metamodelado FEM-DM se muestra como una metodología valiosa para el desarrollo y optimización de procesos industriales. Palabras clave: laminado, skin-pass, tension-leveling, transferencia de textura, elementos finitos, minería de datos, diseño de experimentos Abstract This thesis presents a methodology applied to model and optimize some rolled sheet processes. This line of investigation arise from a research project funded by the European Commission, which aim was to develop a new steel sheet rolled process. This process, called hybrid, is the result of the combination of skin-pass process and tension-leveling process. The process of skin-pass or temper -rolling is a type of cold-rolled sheet which aim to achieve a small reduction in thickness (less than 2%), improved mechanical properties and good surface finish. Furthermore, the tension-leveling is a cold process which involves bending the sheet on either side alternately by means of rollers. The aim is to produce perfectly flat metal sheets homogenizing the longitudinal fibers. The study and optimization of rolling processes is performed by metamodels which combine the finite element method (FEM) techniques and data mining (DM). The FEM is used to model the process by considering the geometry, materials, contacts and working conditions. Then, the results obtained by the model are compared with experimental data to test its validity. Once the model is validated, a set of simulations, which are variations of the same process with different working conditions, is designed in order to generate a database. The FEM can simulate a variety of physical systems with good accuracy but its main disadvantage is the high computation time. That is why DM is used to determine a set of mathematical expressions that relate inputs and outputs process. These expressions are easy to evaluate, allowing the process optimization to get several objectives. In the case studies, these objectives are: to achieve a thickness, maximize roughness transfer and minimize residual stresses. Thus, metamodeling FEM-DM is shown as a valuable methodology for the development and optimization of industrial processes