JP2000288634A - ロール成形方法とロール成形スタンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縁曲げ成形スタンドなど、特に成形負荷が集
中し易い成形スタンドのロールの表面に発生する摩耗を
低減することを目的とし、またエッジ部の局部的な伸び
による縁波などの発生を低減可能なロール成形方法とロ
ール成形スタンドの提供。 【解決手段】 縁曲げ成形スタンドでは素材が下ロール
と接触した瞬間に異常な面圧が発生するが、縁曲げ成形
スタンドの下ロールの上流並びに下流側近傍に、素材の
エッジ部に当接する小型の補助ロールを配置してエッジ
部のパスラインに対する高さを所定高さにすることによ
り、成形荷重の一部が補助ロールに分担されて下ロール
が受ける成形荷重および面圧が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】この発明は、特に、製品外径
が異なる場合でも同一のロールを使用するロール兼用化
がなされたパイプミルにおける、ロール成形方法の改良
に係り、例えば、縁曲げ成形スタンドの下ロールの上流
並びに下流側近傍に、素材のエッジ部に当接する小径の
ロールを設けることにより、該下ロールの局所的な摩耗
を低減でき、また、ロールへの巻き付き現象にて誘発さ
れやすい、縁波などの成形不良の発生を低減したロール
成形方法とロール成形スタンドに関する。

【0002】

【従来の技術】溶接鋼管のロール成形では、成形ロール
を用いて帯状の素板の幅方向に逐次に曲げ加工を加えて
必要な断面形状を作り出す。成形の初期段階であるブレ
ークダウン成形部では、素板を概ね半円状の断面形状に
成形する。その後、クラスタ成形及びフィンパス成形を
経て、素板の縁部が対向した開放型の円筒状となる。

【0003】ブレークダウン成形部の各成形スタンドでは、
通常、上下に配置される一対の凸・凹ロールを用いて内
面および外面から帯鋼を拘束して所要の断面形状に成形
する。ここで十分な成形力または駆動力を得るために、
帯鋼の一部の幅領域において、凸・凹ロールを用いて同
一部位の材料を内・外面から圧下する必要がある。

【0004】従って、これらの成形スタンドでは、通常大き
な成形荷重が発生する。また、荷重が狭い圧下領域に集
中するため、高い面圧がこの部分のロール表面にかかっ
ている。特に、ブレークダウン成形部の初期の帯鋼エッ
ジ部を曲げる縁曲げ成形スタンドでは、下ロール(凹ロ
ール)表面に摩耗現象が著しく、頻繁に研磨する必要が
ある。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】一方、溶接鋼管のロー
ル成形において、ロール交換作業に伴う操業性、生産性
の問題を解決するために、近年、製品外径のある範囲内
でのロールの兼用化についての技術開発が盛んに行われ
てきた。

【0006】特に、特開平3‐12977号及び特開平3‐12976号
に開示されたロール成形法(以下FF成形法という)におい
ては、曲率の連続的又は段階的に変化する伸開曲線をロ
ールの表面形状(ロールカリバー)とする特殊なロール、
およびこれらのロールを移動、回転(ローテーション)さ
せるための位置調整機構を用いることにより、クラスタ
成形部だけではなく、ブレークダウン成形部において
も、ロール兼用化を実現した。

【0007】かかるFF成形法のパイプミルのように完全にロ
ールが兼用化された場合は、ロール摩耗の抑止は大きな
課題となっている。この問題を解決するには、より硬度
の高い材料をロールに使うのが一つの対策であるが、ロ
ールコストが増大するほか、特にブレークダウン成形部
の初段の縁曲げスタンドでは摩耗が厳しく、硬度の高い
材料の使用のみでは抑えきれない場合もある。

【0008】一方、従来から成形中の素材エッジ部の過大な
伸びによる所謂縁波が多く発生することが知られてお
り、特にブレークダウン成形部での縁曲げに際してスタ
ンド間で発生したスプリングバック(Spring‐back)によ
り素材幅エッジ部の空間移動距離がほかの部分より長く
なることが主因であると言われている。

【0009】従来は、スプリングバックを抑止するためにブ
レークダウン成形スタンドの間にサイドロールスタンド
を設ける方法が広く使われている。しかし、サイドロー
ルではこの縁波を十分に低減することができないのが現
状である。

【0010】この発明は、FF成形法に代表されるような製品
外径のある範囲内でのロールの兼用化がなされたパイプ
ミルにおいて、縁曲げ成形スタンドなど、特に成形負荷
が集中し易い成形スタンドのロールの表面に発生する摩
耗を低減することを目的としており、またエッジ部の局
部的な伸びによる縁波などの発生を低減可能なロール成
形方法とロール成形スタンドの提供を目的としている。

【0011】

【課題を解決するための手段】発明者は、成形ロールの
表面に発生する摩耗を低減することを目的にロール配置
について種々検討した結果、例えば、縁曲げ成形スタン
ドでは素材が下ロールと接触した瞬間に異常な面圧が発
生するが、縁曲げ成形スタンドの下ロールの上流並びに
下流側近傍に、素材のエッジ部に当接する小型の補助ロ
ールを配置してエッジ部のパスラインに対する高さを所
定高さにすることにより、成形荷重の一部が補助ロール
に分担されて下ロールが受ける成形荷重および面圧が低
減されることを知見し、この発明を完成した。

【0012】この発明は、例えば、ブレークダウン成形部の
成形スタンドにおいて、当該スタンドの下ロールの上流
及び下流側近傍に、下ロールの支持フレームに素材のエ
ッジ部に当接する補助ロールを配設した成形スタンドを
用い、成形ロールスタンドの所要成形ロールの上流及び
下流側近傍に、素材のエッジ部に当接するロールを配設
して、予め設定した素材のパスラインに対するエッジ部
の高さ(軌跡)を保持して成形することを特徴とするロー
ル成形方法である。

【0013】

【発明の実施の形態】この発明によるロール成形方法を
図面に基づいて詳述する。図2A,Bに示すごとく、パイプ
ミルのブレークダウン成形部の縁曲げスタンドでは、上
下ロール直下に接近するにつれて、帯鋼、すなわち成形
素材エッジ部が徐々に立上がる。ロール直下では、上下
ロールの拘束でエッジ部の外表面がほぼ下ロール面に馴
染み面接触となるが、接触開始からしばらくの間、素材
の鋭い外縁角のみが下ロール面に当たる。

【0014】この段階では、ほぼ点接触状態であるため、異
常な面圧によるロール摩耗が発生し易い。これを避ける
ために、図1Aに示すように、下ロールに接近した上流側
及び下流側にそれぞれ一対の無駆動の小型の補助ロール
を配置し、素材外縁角に当てて素材のエッジ部を支え
る。

【0015】上述のごとく上流側に補助ロールを設置する
と、成形ロールと接触する前に、素材の外縁角が先に補
助ロールと接触するため、ロール孔型に進入する際に素
材エッジ部が既にある程度立上がり、下ロールと接触し
た後、接触面積が急速に増え、異常な面圧が発生するこ
とがなくなる。

【0016】また、補助ロールと接触することにより、素材
の外縁角が鈍化され、異常面圧が発生する可能性がより
低くなる。さらに補助ロールの設置により、成形荷重の
一部が補助ロールに分担され、下ロールが受ける成形荷
重および面圧が低減されることになる。

【0017】ここで、上流側にのみ補助ロールが設置された
場合は、上ロールを支点に帯鋼が長手方向に回転し、上
記補助ロールの効果が弱まる可能性があるため、成形ス
タンドの下流側にも補助ロールを設置し、長手方向に素
材をしっかり拘束することが望ましい。

【0018】この発明において、補助ロール自身の摩耗は避
けられず、成形条件によっては摩耗が酷くなる場合もあ
る。ところが、この発明の補助ロールは小型で無駆動で
あるため、成形用ロールに較べてロール自体並びにその
支持機構を極めて簡単な構成とすることができ、設置や
維持コストが遥かに低く、また研磨するための交換作業
も非常に簡単である。

【0019】また、補助ロールの役割があくまで素材エッジ
部を設定した高さに支持するだけであり、且つ素材の縁
角としか接触しないため、摩耗しても成形性または製品
品質に悪影響を与えない場合が多い。このような場合
は、当然、補助ロールを研磨、交換する必要がない。

【0020】上記補助ロールは、成形ロールの摩耗を抑える
ほか、成形中の素材エッジ部の過大な伸びによる所謂縁
波の防止にも効果が大きい。縁伸びの発生は、ブレーク
ダウン成形部で最も顕著である。

【0021】従来、スタンド間で発生したスプリングバック
により素材幅エッジ部の空間移動距離がほかの部分より
長くなることが、縁波発生の主な原因であると言われて
いるが、発明者らによる実験および解析結果から見る
と、上記の空間軌跡の差に対するスプリングバックの影
響はそれほど大きくなく、ロールヘの巻き付きによるエ
ッジ部の局部的な伸びが、縁波発生の最大の原因である
と思われる。

【0022】図2Bに示すように、素材がロール孔型に進入す
る時に、エッジ部が下ロール面に巻き付いて立上がる。
この短い段階においてエッジ部が描いたS字型の空間軌
跡が他の部分が描いた直線に近い軌跡より遥かに長いた
め、大きなの縁伸び歪みが生じる。また、このような縁
伸びにより、ロール孔型を出た材料の長手方向に下反り
が発生し、次のスタンドで大きな巻き付きを誘起する。

【0023】ロールヘの巻きつきを緩和するには、ロール孔
形に進入する前のエッジ部の高さをロール直下でのエッ
ジ部と同じ、あるいはそれより高い位置に設定し、エッ
ジ部の軌跡をできるだけ直線化するのが一つの方法と思
われる。

【0024】しかし、実際にこのようなパスラインを設定し
ても、図2Cに示すように、ロールの拘束により素材の他
の部分の高さが下がるため、エッジ部も設定したパスか
ら離れ、他の部分とバランスを取れる位置まで下がる。
その後、エッジ部が再び下ロール面に沿って上る。結果
として、パスライン設定による巻き付き緩和の効果が非
常に小さい。

【0025】以上の分析から明らかなように、ロール孔型に
進入する前に、素材エッジ部自身の剛性だけでは設定し
たパスラインを維持することができない。しかし、図1
に示した補助ロールの配置は、この問題点を解決するこ
とができる。

【0026】この発明において、補助ロールは製品の成形に
直接関与しないため、成形ロールと同じように製品寸法
と関連してロールカリバーを設計する必要がない。フラ
ットロールを用いても、素材の縁角を必要な位置で支持
できればよい。また、これらの補助ロールは、その前後
に配置する成形スタンドに簡単な支持装置で固定すれば
よく、専用のスタンドを用いる必要はない。

【0027】この発明において、補助ロールの配置は、素材
縁角の支持位置から下ロール直下位置までの距離(ピッ
チ)が短いほど補助ロールによる種々の効果が大きいた
め、補助ロールを下ロールと同一のスタンドに配置する
方が短いピッチが得られる。さらに短いピッチを得るた
めには、図1に示すように、補助ロールの軸を長手方向
に下ロール直下位置へ傾斜させる方法が非常に有効であ
る。

【0028】製品サイズが変わるとき、同じ補助ロールで対
応できない場合は、当然ロール交換を行う必要がある
が、ロールフラワーを設計するときに、各製品サイズの
成形におけるエッジ部(縁角)の位置を予め設定するルー
ルに従って設計すれば、補助ロールを兼用することも可
能である。

【0029】

【実施例】実施例1 FF成形法によるブレークダウン成形部で、BD1〜BD3の3
機の成形スタンドを使用する溶接鋼管のパイプミルを使
用して、図1に示すごとくスタンドの前後に補助ロール
を脱着可能に配置した。当該ブレークダウン成形部の各
スタンドにおける帯鋼の縁伸びを測定した。表1には補
助ロールなしの場合、BD1前後に補助ロールを配置した
場合、BD1,BD2前後に補助ロールを配置した場合を示し
ている。

【0030】補助ロールが配置されていない場合は、BD1,2
スタンドでは、大きな縁伸びひずみが発生した。一方、
BD1スタンドの前後に補助ロールが配置された場合は、
縁伸びひずみを完全に無くすことができないが、その値
はBD1では半分以下、BD2では約1/4となった。

【0031】さらに、BD2スタンドの前後にも補助ロールを
設けて帯鋼エッジ部を支持すると、BD2での縁伸びひず
みがさらに半分となった。この結果から、縁伸びの抑止
に対する補助ロールの効果が非常に大きいことが分か
る。

【0032】実施例2 さらに、BD2スタンドにおける推力と成形反力に対する
補助ロールの影響を調べた結果を表2に示す。表2の解析
結果より、BD1スタンド前後に補助ロールが設置されて
いない場合と設置された場合のBD2スタンドにおける推
力および下ロールに加わる成形反力が大きく異なること
が分かる。

【0033】すなわち、補助ロールの効果によってロールヘ
の巻き付きおよび反りなどが大きく緩和されることによ
り、材料のロール孔型への誘込性が大きく改善され、推
力ひいては成形ロールにかかる成形反力も小さくなる。

【0034】

【表1】

【0035】

【表2】

【0036】

【発明の効果】この発明は、実施例に示すごとく、ブレ
ークダウン成形部の所要下ロールの上流並びに下流側近
傍に、素材のエッジ部に当接する小径のロールを設ける
ことにより、エッジ部のパスラインに対する高さを所定
高さに設定でき、成形荷重の一部が補助ロールに分担さ
れて下ロールが受ける成形荷重および面圧が低減され、
該下ロールの局所的な摩耗などが低減され、さらにロー
ルヘの巻き付きによるエッジ部の局部的な伸びが主因の
縁波などの成形不良の発生を著しく低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】ブレークダウン成形部のスタンドに補助ロール
を配置した場合を示す説明図であり、Aは正面説明図、B
は側面説明図である。

【図2】ブレークダウン成形部のスタンドでの成形素材
のエッジ部の通過軌跡を示す説明図であり、A、Bはロー
ルフラワーのボトムが直線となるようパスラインが設定
された場合の側面説明図と上面説明図、Cはエッジ部の
通過軌跡が直線となるようにパスラインを設定した場合
の側面説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 成形ロールスタンドの所要成形ロールの
   上流及び下流側近傍に、素材のエッジ部に当接するロー
   ルを配設して、予め設定した素材のパスラインに対する
   エッジ部の高さを所定高さに保持して成形するロール成
   形方法。
2. 【請求項2】 パイプミルにおけるブレークダウン成形
   部の成形スタンドであり、当該スタンドの下ロールの上
   流及び下流側近傍に、下ロールの支持フレームに素材の
   エッジ部に当接する補助ロールを配設したロール成形ス
   タンド。