Modelado y optimización de procesos de laminado con transferencia de textura

Résumé

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.