CN109475924B

CN109475924B - 锻制轧辊装置

Info

Publication number: CN109475924B
Application number: CN201780043597.XA
Authority: CN
Inventors: 贺本晋次; 近藤刚一; 小林勇策; 内田英树; 松井友吾; 广田大辅; 松崎俊二
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2037-07-13
Also published as: US20190291170A1; US11453042B2; JP2018008308A; MX2019000414A; CN109475924A; JP6684177B2; WO2018012569A1; BR112018076521A2; EP3485999A4; EP3485999A1

Abstract

提供一种能够沿着辊轴的周向排列配置有多个模具且难以产生材料保持输送部与辊轴之间的干涉的锻制轧辊装置。该锻制轧辊装置具备：一对辊轴(10)，该一对辊轴(10)彼此的轴芯平行地排列，在各辊轴(10)安装有模具；以及材料保持输送部(60)，其用于将被成形材料向一对辊轴之间输送，一对辊轴分别具有沿着周向配置的多个模具安装面(11a～11d)，各辊轴的多个模具安装面中的任两个模具安装面之间的外周面设为相比于以轴芯为中心的圆筒面(L1)更接近于平面的结构。

Description

锻制轧辊装置

技术领域

本发明涉及一种锻制轧辊装置。

背景技术

锻制轧辊装置是对被成形材料施加载荷而成形被成形材料的装置。例如，为了提高锻造品的成品率，锻制轧辊装置在锻造压力机的上游进行被成形材料的预成形。

通常，锻制轧辊装置具备：相对的一对辊轴；多个模具，其安装于一对辊轴；以及机械手(日文：マニプレータ)，其用于输送被成形材料。若一对辊轴旋转，则一对模具相对并靠近。此时，机械手将被成形材料向一对辊轴之间输送。由此，被成形材料被一对模具咬入而成形。

在专利文献1公开有多个模具沿着辊轴的周向排列安装的锻制轧辊装置。根据该结构，通过一对辊轴旋转，多种成对模具依次相对并靠近。由此，能够利用1台锻制轧辊装置进行使用了多种模具的成形。例如，作为多种模具，能够适用具有从被成形材料的原材料形状慢慢地接近于预成形品的完成形状的模具形状的模具。通过依次使用这样的多个模具而进行多次成形，获得精度较高的优质的成形品。

另一方面，即使采用多个模具沿着辊轴的轴向排列安装的结构，也能够利用1台锻制轧辊装置进行使用了多种模具的成形。不过，在该结构中，辊轴的轴长变长，成形时的辊轴的挠曲变大。前述的专利文献1的锻制轧辊装置能够在不增大辊轴的挠曲的情况下进行使用了多种模具的成形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-238218号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1的锻制轧辊装置具有圆柱形状的辊轴。并且，在辊轴的圆筒面状的外周面安装有多个模具。因而，在周向排列的多个模具之间存在辊轴的截面呈圆弧状的外周面。因此，一对辊轴之间的空间变窄，在机械手将被成形材料向一对辊轴之间输送之际，机械手有可能与辊轴发生干涉。

本发明的目的在于提供一种能够沿着辊轴的周向排列配置多个模具且难以产生材料保持输送部(例如机械手)与辊轴之间的干涉的锻制轧辊装置。

用于解决问题的方案

本发明的锻制轧辊装置具备：

一对辊轴，该一对辊轴彼此的轴芯平行地排列，在各辊轴安装有模具；以及

材料保持输送部，其用于将所保持的被成形材料向所述一对辊轴之间输送，

所述一对辊轴分别具有沿着周向配置的多个模具安装面，

各所述辊轴的所述多个模具安装面中的各个模具安装面设为相比于以轴芯为中心的圆筒面更接近于平面的结构，在所述材料保持输送部配置于备用位置时，所述一对辊轴分别停止在使所述多个模具安装面中的未安装模具的模具安装面彼此相对的旋转角度。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够沿着辊轴的周向排列配置多个模具且难以产生材料保持输送部与辊轴之间的干涉的锻制轧辊装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的锻制轧辊装置的立体图。

图2是表示辊轴中的模具安装面的部位的局部剖侧视图。

图3是表示模具的安装构造和辊轴的支承构造的局部剖俯视图。

图4是表示用于变更一对辊轴的轴间距离的调整机构的侧视图。

图5A～图5D是分别表示实施方式的锻制轧辊装置的成形工序的第1步骤～第4步骤的图。

图6A～图6D是分别表示实施方式的锻制轧辊装置的成形工序的第5步骤～第8步骤的图。

图7A～图7D是表示实施方式的锻制轧辊装置的成形工序的第9步骤～第12步骤的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的实施方式的锻制轧辊装置的立体图。图2是表示辊轴中的模具安装面的部位的局部剖侧视图。

本发明的实施方式的锻制轧辊装置1是对金属的被成形材料M施加压力而对被成形材料M进行成形的装置。例如为了提高锻造品的成品率而在锻造压力机的上游使用锻制轧辊装置1，进行被成形材料M的预成形。锻制轧辊装置1具备一对辊轴10、多个模具20a、20b、驱动装置30、传递机构40、框架50、调整机构55、机械手60以及控制部70。机械手60相当于本发明的材料保持输送部的一个例子。

一对辊轴10以彼此的轴芯平行的方式排列，借助调整机构55支承于框架50。如图2所示，各辊轴10沿着周向具有多个模具安装面11a～11d。多个模具安装面11a～11d中的、在成形工序中同时安装模具的面是彼此配置在相反方向的两个模具安装面11a、11c(或11b、11d)。因而，在多个模具20a、20b安装于1个辊轴10的情况下，在模具20a、20b所具有的两个模具安装面11a、11c之间配置没有模具的模具安装面11b、11d。以下，将沿着辊轴10的周向未安装模具的区间记作“间隙区间T1”。

模具安装面11a～11d具有包括平面的形状。具体而言，各模具安装面11a～11d的一半以上的区域是平面形状，更具体而言，具有在1个平面形成有键槽D的形状。键槽D沿着辊轴10的周向设于各模具安装面11a～11d的中央。在键槽D紧固有键K。键K相对于模具安装面11a、11c的平面部分沿着辊轴10的半径方向突出，以使模具20a、20b不沿着周向移动的方式与模具20a、20b卡合。

辊轴10在没有模具的间隙区间T1中具有相比于以轴芯CL为中心的圆筒面(在图2中以双点划线L1表示)更接近于平面的外周面。在此，圆筒面是指，如在图2中以双点划线L1所示那样与位于模具安装面11a、11c的周向的一方的缘部具有同一半径的圆筒面。另外，平面是指，将两个模具安装面11a、11c中的沿着周向排列的4个缘部中的相邻的两个缘部连结的1个平面。利用这样的结构，在一对辊轴10的间隙区间T1相对之际，在一对辊轴10之间设有比较宽广的空间。

此外，在本实施方式中，如前所述，辊轴10的间隙区间T1的外周面是未安装模具的模具安装面11b、11d。没有特别限制，但在这些模具安装面11b、11d的键槽D紧固有块B。块B不像键K那样从模具安装面11b、11d沿着半径方向突出。

模具20a、20b在外周侧形成有对被成形材料M施加压力的模，在内周侧(背面侧)具有与模具安装面11a～11d相对应的平面部和供键K嵌入的键槽。键槽设于平面部中的辊轴10的周向的中央。

在多个模具20a、20b包括第1组一对模具20a和第2组一对模具20b。第1组模具20a和第2组模具20b在各辊轴10各安装一个。第1组一对模具20a在一对辊轴10处于预定的旋转角时靠近并相对而进行被成形材料M的第1次成形。第2组一对模具20b在一对辊轴10处于预定的旋转角时靠近并相对而进行被成形材料M的第2次成形。“1次”和“2次”是指，被成形材料M在一对模具之间通过而被成形的次数。

模具20a、20b通过键K的嵌合和辊轴10从轴向的夹持而被固定于辊轴10。详细而言，如图3所示，模具20a、20b的一个侧面借助挡板13与辊轴10的凸缘12接触。另外，在模具20a、20b的另一个侧面设有向越靠近轴芯CL则突出量越增大的方向倾斜的突起F。而且，在辊轴10紧固有与模具20a、20b的突起F接触的楔子15。利用这样的结构，楔子15对突起F进行加压而沿着辊轴10的轴向和半径方向对模具20a、20b施力，模具20a、20b被以较高的强度固定于辊轴10。

驱动装置30(参照图1)具有一对伺服马达(未图示)和一对减速器(未图示)。一对伺服马达借助一对减速器和传递机构40与一对辊轴10分别连结。伺服马达一边对旋转角进行检测一边驱动一对辊轴10。

传递机构40将伺服马达的经由了减速器的旋转运动向辊轴10传递。传递机构40具有万向接头，追随辊轴10的轴间的变化。

框架50借助调整机构55将辊轴10支承成可旋转。

调整机构55是用于改变一对辊轴10的轴间距离的机构。调整机构55具有4个偏心齿轮51以及用于驱动4个偏心齿轮51的减速器52和马达53(参照图1)。在各偏心齿轮51的内周侧设有将辊轴10的一端部10a或者另一端部10b支承成可旋转的轴承51a(参照图3)。偏心齿轮51的旋转中心O1和轴承51a的中心O2偏心(参照图4)。

4个偏心齿轮51分别可旋转地支承于框架50的4个轴承51a。配置到轴向的一侧的两个偏心齿轮51相互啮合而向相反方向旋转。配置到轴向的另一侧的两个偏心齿轮51也同样。减速器52借助齿轮52a与轴向的一侧和另一侧的偏心齿轮51连结。

利用这样的结构，若马达53驱动，则4个偏心齿轮51旋转同一旋转角度。上方的偏心齿轮51和下方的偏心齿轮51相互反向地旋转。若4个偏心齿轮51旋转，则上方的偏心齿轮51的轴承51a和下方的偏心齿轮51的轴承51a在上下方向上相互反向地等量变化。由此，一对辊轴10的轴间距离变化。而且，即使轴间距离变化，通过一对辊轴10之间的中央的直线(通过一对辊轴10的中间的中央的点且沿着辊轴10的周向延伸的直线)也不位移。因而，在机械手60在一对辊轴10之间的中央的直线上进退的情况下，即使一对辊轴10的轴间距离变化，机械手与一对辊轴10之间的距离也不偏向一方。

机械手60具有用于把持被成形材料M的把持部61(参照图2)和用于使把持部61前进和后退的省略图示的进退机构。把持部61配置于机械手60的顶端。进退机构使把持部61沿着一对辊轴10之间的中央的直线SL在该直线上移动。另外，进退机构能够使把持部61沿着以该直线为中心的旋转方向扭转至少90°。

控制部70用于对驱动装置30的伺服马达(未图示)和机械手60的动作进行控制。也可以是，控制部70还对调整机构55的马达53进行控制。

＜成形工序>

接下来，说明由实施方式的锻制轧辊装置1进行的成形工序。

图5A～图7D是表示实施方式的锻制轧辊装置的成形工序的说明图。图5A～图5D表示该成形工序的第1步骤～第4步骤。图6A～图6D表示该成形工序的第5步骤～第8步骤。图7A～图7D表示该成形工序的第9步骤～第12步骤。

如图5A所示，在成形工序开始时，一对辊轴10停止在间隙区间T1相对的旋转角度。然后，机械手60在间隙区间T1之间通过而使把持部61配置于备用位置。备用位置与一对辊轴10充分地分开，机器人R能够在不与模具20a、20b发生干涉的情况下将被成形材料M输送到把持部61。在成形工序开始时，将被成形材料M从机器人R交接给把持部61。

在把持部61把持被成形材料M之后，如图5B所示，机械手60后退而使把持部61移动到一对辊轴10的中间的位置。然后，如图5C、图5D、图6A所示，在驱动装置30的驱动下，一对辊轴10旋转，第1组一对模具20a从一端到另一端依次靠近并相对。与此联动地，机械手60与辊轴10的旋转同步地后退。

利用这些动作，进行被成形材料M的第1次成形。详细而言，首先，被把持部61把持着的被成形材料M的一端部被一对模具20a的一端部咬入(图5C)。接下来，一对模具20a的相对的部位从模具20a的一端部向另一端部依次移动，同时，被成形材料M移动而被一对模具20a咬入的部位从一端部向另一端部依次移动(图5D)。之后，被成形材料M从一对模具20a释放而后退到不与模具20a发生干涉的位置(图6A)。在此期间，被成形材料M被一对模具20a加压而被成形。

第1次成形完成之后，辊轴10向同一方向旋转，停止在没有模具的间隙区间T1相对的旋转角度(图6B)。之后，机械手60前进而使被成形材料M向第2次成形开始的位置移动(图6C)。在此，机械手60也可以使被成形材料M在相对于行进方向扭转的方向上旋转90°。由于其旋转，能够使对被成形物施加压力的方向在第1次的成形和第2次的成形中存在90度的不同。

接下来，如图6D、图7A、图7B所示，在驱动装置30的驱动下，一对辊轴10旋转，第2组一对模具20b从一端到另一端依次靠近并相对。与此联动地，机械手60与辊轴10的旋转同步地后退。利用这些动作，进行被成形材料M的第2次成形。详细而言，首先，被把持部61把持着的被成形材料M的一端部被一对模具20b的一端部咬入(图6D)。接下来，一对模具20b的相对的部位从模具20b的一端部向另一端部移动，同时被成形材料M移动而被一对模具20b咬入的部位从一端部向另一端部移动(图7A)。之后，被成形材料M被从一对模具20b释放而后退到不与模具20b发生干涉的位置(图7B)。

接下来，辊轴10向同一方向旋转，停止在没有模具的间隙区间T1相对的旋转角度(图7C)。此外，机械手60后退到被成形材料M的交接部位。然后，机器人R从机械手60接收被成形材料M，1个被成形材料M的成形工序结束(图7D)。

上述的成形工序的辊轴10与机械手60之间的联动的动作通过控制部70对驱动装置30的伺服马达和机械手60进行控制而实现。

＜轴间调整>

接着，对一对辊轴10的轴间距离的调整功能进行说明。

在通过被成形材料M的成形而没有获得预定的尺寸精度的情况下，以提高尺寸精度的目的来进行轴间距离的调整。例如，用户使用锻制轧辊装置1来进行被成形材料M的试成形处理(日文：試しの成形処理)。并且，在试成形处理后，用户对被成形材料M的尺寸进行测定，对是不是获得所期望的尺寸精度进行确认。例如，用户对被成形材料M的厚度成为极大的部分或者成为节的部分等所需的部分的尺寸进行测定，与目标的尺寸进行比较。

在此，若被成形材料M的尺寸比目标的尺寸大，则用户驱动调整机构55而使一对辊轴10的轴间距离缩小。由此，一对模具20a或者模具20b靠近并相对的距离变小。因而，能够增大模具20a或者模具20b施加于被成形材料M的压力。并且，能够使被成形材料M的成形后的尺寸接近目标的尺寸。

另一方面，若被成形材料M的尺寸比目标的尺寸小，则用户驱动调整机构55而增大一对辊轴10的轴间距离。由此，一对模具20a或者模具20b靠近并相对的距离变大。因而，能够缩小模具20a或者模具20b施加于被成形材料M的压力。由此，能够使被成形材料M成形后的尺寸接近目标的尺寸。

此外，辊轴10的轴间调整既可以在试成形处理中的第1组一对模具20a的成形后进行，也可以在第2组一对模具20b的成形后进行。另外，存在适于第1组一对模具20a的成形的轴间长度与适于第2组一对模具20b的成形的轴间长度不同的情况。在该情况下，也可以在一次成形工序的中途追加使一对辊轴10的轴间改变的工序。具体而言，控制部70在图5B的第1次的待机时进行与第1组一对模具20a相对应的轴间的变更、在图6C的第2次的待机时进行与第2组一对模具20b相对应的轴间的变更即可。而且，在该情况下，优选控制部70构成为，预先存储调整机构55的马达的驱动量，在1次成形工序的中途自动地使调整机构55动作。

如以上那样，根据本实施方式的锻制轧辊装置1，在各辊轴10中，在供两个模具20a安装的模具安装面11a、11c之间存在未安装模具的间隙区间T1。并且，各辊轴10的间隙区间T1的外周面相比于以辊轴10的轴芯CL为中心的圆筒面(参照图2的双点划线L1)更接近于平面。因而，在一对辊轴10的间隙区间T1的外周面相对时，在其间设有比较大的空间。因而，在机械手60在一对辊轴10之间移动之际，难以产生辊轴10与机械手60之间的干涉。

另外，根据本实施方式的锻制轧辊装置1，各辊轴10的模具安装面11a～11d是包括平面的形状。具体而言，各模具安装面11a～11d的一半以上的区域是平面形状。更具体而言，各模具安装面11a～11d是在1个平面设有键槽D的形状。根据这样的结构，能够将模具20a、20b的背面设为平面状。模具20a、20b是对一体的金属实施切削等加工处理而制造的。因而，模具20a、20b的单面是平面状，从而能够提高加工精度，大幅地降低制造成本。而且，模具安装面11a～11d和模具20a、20b的背面是平面状，因此，在辊轴10的周向上能够在各模具安装面11a～11d的中央配置键K。换言之能够在模具20a、20b的背面配置键K。因而，不会如以往的结构那样在辊轴10的间隙区间T1配置键K。因而，在机械手60在一对辊轴10之间移动之际，机械手60也不会与键K发生干涉。

而且，根据本实施方式的锻制轧辊装置1，在各辊轴10的间隙区间T1设有其他模具安装面11b、11d。安装有模具20a、20b的模具安装面11a、11c施加来自模具20a、20b的较高的压力，因此，随着成形工序的运转次数变多而劣化进展。因而，能够采用如下方法：将模具安装面11a～11d分成两组，在一组模具安装面11a、11c劣化之后，使用另一组模具安装面11b、11d。或者，能够采用交替地使用第1组模具安装面11a、11c和第2组模具安装面11b、11d这样的方法。由此，能够大幅延长一对辊轴10的寿命。

另外，根据本实施方式的锻制轧辊装置1，调整机构55使一对辊轴10这两者等量移动而使轴间位移。因而，即使进行轴间调整，在机械手60与一个辊轴10之间的距离和机械手60与另一个辊轴10之间的距离也不产生偏差。因而，即使进行轴间调整，机械手60进退的路径也不变更，能够避免机械手60与辊轴10之间的干涉。

为了设置使一对辊轴10这两者位移的调整机构55，需要能够沿着一对辊轴排列的方向排列两个偏心齿轮51的空间。偏心齿轮51在内周侧具有轴承51a，且需要经得住较高的压力，因此，沿着半径方向变大。因而，为了排列两个偏心齿轮51需要较大的空间。另一方面，在本实施方式中，能够采用与辊轴10的模具安装面11a～11d相对应地将背面设为平面状的模具20a、20b。背面是平面状的模具20a、20b能够容易地增大辊轴10的半径方向的厚度。其结果，不增大一对辊轴10的直径，就能够容易地将它们的轴间距离设计得较长。因而，根据本实施方式，能够增加一对辊轴10的轴间距离而容易地确保用于排列在半径方向上较大的两个偏心齿轮51的空间，能够容易地设置上述的调整机构55。

另外，根据本实施方式的锻制轧辊装置1，一对辊轴10和机械手60如图5A～图7D所示那样被同步地控制。由此，在一对辊轴10旋转一圈的期间内，能够连续地进行1个被成形材料M的第1次成形和第2次成形。

以上，对本实施方式进行了说明。然而，本发明并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，以各辊轴10的不存在模具的间隙区间T1的外周面是另外的模具安装面11b、11d的结构为例进行了说明。然而，间隙区间T1的外周面也可以不是模具安装面。另外，在上述实施方式中，说明了辊轴10的间隙区间T1的外周面是平面状，但不是平面状，只要为相比于以轴芯CL为中心的圆筒面更接近于平面的形状即可。例如，间隙区间T1的外周面既可以设为相对于平面凹陷的曲面形状，也可以设为接近于平面的凸面形状。另外，间隙区间T1的外周面也可以设为具有凹凸的形状。

另外，在上述实施方式中，模具安装面11a～11d设为在平面具有键槽的形状。不过，模具安装面也可以例如设为以截面成为多边形形状的方式包括多个平面的形状，也可以是在平面的周围具有倒角的圆度的形状等局部包含曲面的形状。若模具安装面的一半以上的范围是平面，则是有效果的。

另外，在上述实施方式中，示出了沿着辊轴10的周向每隔旋转角90°的范围排列有供模具安装的模具安装面11a、11c和间隙区间T1的结构。不过，例如，也可以设为沿着辊轴10的周向每隔旋转角120°的范围排列模具安装面、间隙区间T1、模具安装面的结构。另外，也可以设为沿着辊轴的周向每隔旋转角60°的范围交替地排列模具安装面和间隙区间的结构。另外，各模具安装面所占的角度范围与各间隙区间T1所占的角度范围也可以不相等。

另外，在上述实施方式中，表示了在机械手60后退时成形被成形材料M的结构，但也可以设为机械手60在行进时成形被成形材料M的结构。另外，在上述实施方式中，以一对辊轴10上下排列配置的结构为例而对各部的方向和各部的动作方向进行了说明。不过，一对辊轴10排列的方向也可以是与水平方向等不同的方向。在该情况下，说明中所示的各部的方向和各部的动作方向与一对辊轴10所排列的方向相对应地改称为别的方向即可。

另外，在上述实施方式中所示的调整机构55也可以省略，也可以采用省略传递机构40而驱动装置30与辊轴10直接连接的结构。

另外，在上述实施方式中，以将锻制轧辊装置使用于被成形物的预成形的结构为例进行了说明，但锻制轧辊装置也可以使用于除了预成形以外的成形(例如正式成形)。此外，在实施方式中所示的细节可在不脱离发明的主旨的范围内适当变更。

产业上的可利用性

本发明能够利用于锻制轧辊装置。

附图标记说明

1、锻制轧辊装置；10、辊轴；11a～11d、模具安装面；20a、第1组一对模具；20b、第2组一对模具；55、调整机构；60、机械手(材料保持输送部)；70、控制部；CL、轴芯。

Claims

1.一种锻制轧辊装置，其具备：

一对辊轴，该一对辊轴彼此的轴芯平行地排列，并且在各辊轴安装有模具；以及

所述一对辊轴分别具有沿着周向配置的多个模具安装面，

各所述辊轴的所述多个模具安装面中的各个模具安装面相比于以轴芯为中心的圆筒面更接近于平面，

在所述材料保持输送部配置于备用位置时，所述一对辊轴分别停止在使所述多个模具安装面中的未安装模具的模具安装面彼此相对的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的锻制轧辊装置，其中，

所述模具安装面是包括平面的形状。

3.根据权利要求1或2所述的锻制轧辊装置，其中，

该锻制轧辊装置还具备能够使所述一对辊轴中的一者和另一者位移而变更所述一对辊轴的轴间的距离的调整机构。

4.根据权利要求1或2所述的锻制轧辊装置，其中，

该锻制轧辊装置还具备：

伺服马达，其用于使所述一对辊轴旋转；以及

控制部，其用于对所述材料保持输送部和所述伺服马达的动作进行控制，

在所述一对辊轴安装有至少第1组一对模具和第2组一对模具，

所述控制部以如下方式对所述伺服马达进行控制，即，使所述一对辊轴旋转而依次进行以下动作：使所述第1组一对模具相对；使所述一对辊轴各自的接近于所述平面的外周面相对；使所述第2组一对模具相对，并且，

所述控制部以如下方式对所述材料保持输送部进行控制，即，使所述材料保持输送部与所述一对辊轴的旋转联动，向被所述一对辊轴各自的接近于所述平面的外周面夹着的空间前进或从所述空间后退，在将所述被成形材料输送到所述第1组一对模具之间之后，向所述第2组一对模具之间输送。