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Erschienen in: Production Engineering 1-2/2014

01.03.2014 | Production Process

Accounting for shear deformation in fast models for plate rolling

verfasst von: S. Seuren, J. Seitz, A. Krämer, M. Bambach, G. Hirt

Erschienen in: Production Engineering | Ausgabe 1-2/2014

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Abstract

For on-line prediction of roll force and torque, fast models have been available for a long time, which are mainly based on the slab method or other solution methods that allow for computing times in the range of seconds. Such fast models typically treat the rolling process as a plane strain problem and neglect shear deformation, which is always present in real processes. The shear deformation results in inhomogeneous strain profiles and thus might lead to inhomogeneity in microstructure over plate thickness. In this paper, a novel method is presented that allows for superposition of shear strain onto the strain state obtained from the slab method. The shear strains are interpolated from an extensive finite element (FE) parameter study of rolling processes that covers the entire parameter range of today’s plate rolling. For the regimes of very thick and thin plates different interpolation functions are introduced. It is shown that when the proposed shear strain model is combined with the slab method, similar results are obtained as with a full-scale FE calculation of the rolling problem but with a calculation time in the range of seconds.

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2.
Zurück zum Zitat Roters F, Eisenlohr P, Hantcherli L, Tjahjanto DD, Bieler TR, Raabe D (2010) Overview of constitutive laws, kinematics, homogenization and multiscale methods in crystal plasticity finite-element modeling: theory, experiments, applications. Acta Mater 58(4):1152–1211CrossRef Roters F, Eisenlohr P, Hantcherli L, Tjahjanto DD, Bieler TR, Raabe D (2010) Overview of constitutive laws, kinematics, homogenization and multiscale methods in crystal plasticity finite-element modeling: theory, experiments, applications. Acta Mater 58(4):1152–1211CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Helm D, Butz A, Raabe D, Gumbsch P (2011) Microstructure-based description of the deformation of metals: theory and application. JOM 63(4):26–33CrossRef Helm D, Butz A, Raabe D, Gumbsch P (2011) Microstructure-based description of the deformation of metals: theory and application. JOM 63(4):26–33CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Brecher C, Esser M, Witt S (2009) Interaction of manufacturing process and machine tool. CIRP Ann Manuf Technol 58(2):588–607CrossRef Brecher C, Esser M, Witt S (2009) Interaction of manufacturing process and machine tool. CIRP Ann Manuf Technol 58(2):588–607CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Crumbach M, Neumann L, Goerdeler M, Aretz H, Gottstein G, Kopp R (2006) Through-process modelling of texture and anisotropy in AA5182. Model Simul Mater Sci Eng 14(5):835–856CrossRef Crumbach M, Neumann L, Goerdeler M, Aretz H, Gottstein G, Kopp R (2006) Through-process modelling of texture and anisotropy in AA5182. Model Simul Mater Sci Eng 14(5):835–856CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Heering C, Li X, Bambach M, Hirt G (2010) Physical and numerical simulation of cold rolling of an AlFeSi alloy in consideration of static recovery. Adv Eng Mater 12(3):141–146CrossRef Heering C, Li X, Bambach M, Hirt G (2010) Physical and numerical simulation of cold rolling of an AlFeSi alloy in consideration of static recovery. Adv Eng Mater 12(3):141–146CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Kármán T (1925) Beitrag zur Theorie des Walzvorganges. Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik 5(2):139–141MATH Kármán T (1925) Beitrag zur Theorie des Walzvorganges. Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik 5(2):139–141MATH
8.
Zurück zum Zitat Beynon JH, Sellars CM (1992) Modelling microstructure and its effects during multipass hot rolling. ISIJ 32(3):359–367CrossRef Beynon JH, Sellars CM (1992) Modelling microstructure and its effects during multipass hot rolling. ISIJ 32(3):359–367CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Minami K, Siciliano F, Maccagno TM, Jonas JJ (1996) Mathematical modeling of mean flow stress during the hot strip rolling of Nb steels. ISIJ 36(12):1507–1515CrossRef Minami K, Siciliano F, Maccagno TM, Jonas JJ (1996) Mathematical modeling of mean flow stress during the hot strip rolling of Nb steels. ISIJ 36(12):1507–1515CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Montmitonnet P, Buessler P (1991) A Review on theoretical analyses of rolling in Europe. ISIJ 31(6):525–538CrossRef Montmitonnet P, Buessler P (1991) A Review on theoretical analyses of rolling in Europe. ISIJ 31(6):525–538CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Sellars CM (1990) Modelling microstructural development during hot rolling. Mater Sci Technol 6(11):1072–1081CrossRef Sellars CM (1990) Modelling microstructural development during hot rolling. Mater Sci Technol 6(11):1072–1081CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Lehnert W, Cuong ND, Zengler P (1991) Mathemathische und experimentelle Ermittlung der örtlichen Prozeß- und Gefügeparameter in der Umformzone beim Warmwalzen. Neue Hütte 36(2):46–52 Lehnert W, Cuong ND, Zengler P (1991) Mathemathische und experimentelle Ermittlung der örtlichen Prozeß- und Gefügeparameter in der Umformzone beim Warmwalzen. Neue Hütte 36(2):46–52
13.
Zurück zum Zitat McLaren AJ, Sellars CM (1992) Modelling distribution of microstructure during hot rolling of stainless steel. Mater Sci Technol 8(12):1090–1094CrossRef McLaren AJ, Sellars CM (1992) Modelling distribution of microstructure during hot rolling of stainless steel. Mater Sci Technol 8(12):1090–1094CrossRef
14.
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15.
Zurück zum Zitat Mirza MS, Sellars CM, Karhausen KF, Evans P (2001) Multipass rolling of aluminium alloys finite element simulations and microstructural evolution. Mater Sci Technol 17(7):874–879CrossRef Mirza MS, Sellars CM, Karhausen KF, Evans P (2001) Multipass rolling of aluminium alloys finite element simulations and microstructural evolution. Mater Sci Technol 17(7):874–879CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Mukhopadhyay A, Howard IC, Sellars CM (2004) Development and validation of a finite element model for hot rolling using ABAQUS/STANDARD. Mater Sci Technol 20(9):1123–1133CrossRef Mukhopadhyay A, Howard IC, Sellars CM (2004) Development and validation of a finite element model for hot rolling using ABAQUS/STANDARD. Mater Sci Technol 20(9):1123–1133CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Sims RB (1954) The calculation of roll force and torque in hot rolling mills. Proc Inst Mech Eng 168(1):191–200CrossRef Sims RB (1954) The calculation of roll force and torque in hot rolling mills. Proc Inst Mech Eng 168(1):191–200CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Lenard JG, Pietrzyk M, Cser L (1999) Mathematical and physical simulation of the properties of hot rolled products. Elsevier, Kidlington Lenard JG, Pietrzyk M, Cser L (1999) Mathematical and physical simulation of the properties of hot rolled products. Elsevier, Kidlington
19.
Zurück zum Zitat Pawelski O (1963) Umformtechnische Kenngrößen an Warmwalzstraßen. Stahl Eisen 83(23):1440–1451 Pawelski O (1963) Umformtechnische Kenngrößen an Warmwalzstraßen. Stahl Eisen 83(23):1440–1451
20.
Zurück zum Zitat Sandmark P-A (1972) Comparison of different formulae for the calculation of force in hot-rolling mills. Scand J Metall 1(6):313–318 Sandmark P-A (1972) Comparison of different formulae for the calculation of force in hot-rolling mills. Scand J Metall 1(6):313–318
21.
Zurück zum Zitat Schey JA (1984) Workability in rolling. In: Dieter GE (ed) Workability testing techniques. American Society for Metals, Ohio, pp 269–324 Schey JA (1984) Workability in rolling. In: Dieter GE (ed) Workability testing techniques. American Society for Metals, Ohio, pp 269–324
22.
Zurück zum Zitat Seuren S, Bambach M, Hirt G, Heeg R, Philipp M (2010) Geometric factors for fast calculation of roll force in plate rolling. In: 10th international conference on steel. Metallurgical Industry Press, Beijing Seuren S, Bambach M, Hirt G, Heeg R, Philipp M (2010) Geometric factors for fast calculation of roll force in plate rolling. In: 10th international conference on steel. Metallurgical Industry Press, Beijing
23.
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24.
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25.
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26.
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27.
Zurück zum Zitat Ponter ARS, Li XK, Beynon JH (1993) Using the Eulerian finite element method to model hot metal rolling. In: 1st international conference on modelling of metal rolling processes. Imperial College, pp 16–29 Ponter ARS, Li XK, Beynon JH (1993) Using the Eulerian finite element method to model hot metal rolling. In: 1st international conference on modelling of metal rolling processes. Imperial College, pp 16–29
28.
Zurück zum Zitat Kim SH, Lee JH, Kwak WJ, Hwang SM (2005) Dimensional analysis of hot strip rolling for on-line prediction of thermo-mechanical behavior of roll-strip system. ISIJ 45(2):199–208CrossRef Kim SH, Lee JH, Kwak WJ, Hwang SM (2005) Dimensional analysis of hot strip rolling for on-line prediction of thermo-mechanical behavior of roll-strip system. ISIJ 45(2):199–208CrossRef
29.
Zurück zum Zitat Moon C, Lee Y (2009) An approximate model for local strain variation over material thickness and its applications to thick plate rolling process. ISIJ 49(3):402–407CrossRefMathSciNet Moon C, Lee Y (2009) An approximate model for local strain variation over material thickness and its applications to thick plate rolling process. ISIJ 49(3):402–407CrossRefMathSciNet
30.
Zurück zum Zitat Mukhopadhyay A, Howard IC, Sellars CM (2005) Finite element modelling of effects of roll gap geometry in hot rolling. Mater Sci Technol 21(8):901–911CrossRef Mukhopadhyay A, Howard IC, Sellars CM (2005) Finite element modelling of effects of roll gap geometry in hot rolling. Mater Sci Technol 21(8):901–911CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Tarnovskii IY, Pozdeyev AA, Lyashkov VB (1965) Deformation of metals during rolling. Pergamon Press, Oxford Tarnovskii IY, Pozdeyev AA, Lyashkov VB (1965) Deformation of metals during rolling. Pergamon Press, Oxford
32.
Zurück zum Zitat Seuren S, Romans T, Recker D, Rosenstock D, Bambach M, Hirt G (2012) Void closure in heavy ingots: a comparison of rolling and open die forging. In: 1st international conference on ingot casting, rolling and forging: ICRF 2012 Seuren S, Romans T, Recker D, Rosenstock D, Bambach M, Hirt G (2012) Void closure in heavy ingots: a comparison of rolling and open die forging. In: 1st international conference on ingot casting, rolling and forging: ICRF 2012
33.
Zurück zum Zitat Seuren S, Willkomm J, Bücker M, Bambach M, Hirt G (2012) Sensitivity analysis of a force and Microstructure model for plate rolling. In: Kusiak J, Majta J, Szeliga D (eds) Proceedings of the 14th international conference on metal forming: steel research international, WILEY-VCH Verlag, Weinheim, pp 91–94 Seuren S, Willkomm J, Bücker M, Bambach M, Hirt G (2012) Sensitivity analysis of a force and Microstructure model for plate rolling. In: Kusiak J, Majta J, Szeliga D (eds) Proceedings of the 14th international conference on metal forming: steel research international, WILEY-VCH Verlag, Weinheim, pp 91–94
34.
Zurück zum Zitat Dubčáková R (2011) Eureqa: software review. Genet Program Evolvable Mach 12(2):173–178CrossRef Dubčáková R (2011) Eureqa: software review. Genet Program Evolvable Mach 12(2):173–178CrossRef
Metadaten
Titel
Accounting for shear deformation in fast models for plate rolling
verfasst von
S. Seuren
J. Seitz
A. Krämer
M. Bambach
G. Hirt
Publikationsdatum
01.03.2014
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Production Engineering / Ausgabe 1-2/2014
Print ISSN: 0944-6524
Elektronische ISSN: 1863-7353
DOI
https://doi.org/10.1007/s11740-013-0500-4

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