JP2002205103A - リングローリング圧延機によるリング状被圧延材の圧延方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リングローリング圧延機において良好な製品
リングを得るためのリング状被圧延材の圧延方法を得
る。 【解決手段】 リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下
を行うメインロール及びマンドレルと、リング状被圧延
材の軸方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロー
ルと、リング状被圧延材の外径寸法を検知するトレーサ
とを具備するリングローリング圧延機によるリング状被
圧延材の圧延方法であって、リング状被圧延材の高さ変
化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ
一定値を満たすように断面形状を変化させ、かつ、１回
転あたりの半径方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％にな
る圧延工程を圧延途中の全域又は部分域に含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リングローリング
圧延機によるリング状被圧延材の圧延方法及び制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】リングローリング成形圧延とは、圧延素
材である環状の荒地の肉厚を大径のメインロールと棒状
のマンドレルにより、また高さを円錐状のエッジャーロ
ールによりそれぞれ圧延することによって目標とする半
径方向寸法及び高さ寸法を有する製品に仕上げるもので
ある。

【０００３】このようなリングローリング成形圧延は肉
厚方向と高さ方向を同時に圧延することから、圧延効率
を確保しながら製品の仕上がり精度をよくするのは非常
に難しく、リングローリング圧延機の制御の中核部であ
るどのようなパラメータをいかに設定して圧延進行パタ
ーンを決定するかは熟練者の経験に基づくノウハウにな
っているのが現状である。

【０００４】このようなリングローリング圧延機の制御
方法についての先行技術としては、例えば特開昭５４−
１５５９７７号公報に記載のリング圧延機における圧下
力自動制御方法がある。同公報に開示された制御方法
は、ワークの素材たる荒地の径寸法及び軸方向の幅寸法
から、ワークの製品としての仕上目標の径寸法及び軸方
向寸法の幅寸法に至るまでの圧縮途中の全域又は部分域
における上記両寸法の相関関係情報を予めマイクロコン
ピュータ等からなる情報処理装置に格納しておく一方、
圧延途中においてはワークの実際の両寸法を適時タイミ
ングでサンプリングして情報処理装置に取り込み、各タ
イミングにおけるワークの各サンプリング寸法、すなわ
ち実際のワークの径寸法及び幅寸法の前記相関関係情報
の寸法からの偏りを検知して、該偏りを低減させる方向
に半径方向圧下力及び軸方向圧下力を増減させるという
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開昭５４−１５５９７７号公報においても、径寸法及
び幅寸法の相関関係情報の具体的内容については一切開
示されていない。このため、圧延工程において、上記従
来技術のように例えば径寸法及び幅寸法の相関関係に基
づく圧延を行うとしても、具体的にどのような相関関係
に基づけばよいかは不明であり、結局上記先行例の制御
方法も技術者の経験に基づくノウハウの域を超ていな
い。

【０００６】このように、リング状被圧延材の圧延にお
ける最も重要な制御の核心部分が経験に基づくノウハウ
になっているため、経験・ノウハウの優劣が被圧延材の
成形状態に諸に影響し、ひどい場合には図４に示すよう
なリング状被圧延材１の上下面へこみ（高さ方向へこ
み）１ａ，１ｂや両側面へこみ（肉厚方向へこみ）１
ｃ，１ｄが発生することになる。

【０００７】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、従来はノウハウとされていた圧延進行
パターンを示してリングローリング圧延機によって良好
な製品リングを得るためのリングローリング圧延機によ
るリング状被圧延材の圧延方法及び制御装置を得ること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るリングロー
リング圧延機を用いたリング状被圧延材の圧延方法は、
リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下を行うメインロ
ール及びマンドレルと、リング状被圧延材の軸方向の高
さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールと、リング状
被圧延材の外径寸法を検知するトレーサとを具備するリ
ングローリング圧延機によるリング状被圧延材の圧延方
法であって、リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化
量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たす
ように断面形状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径
方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％になる圧延工程を圧
延途中の全域又は部分域に含むことを特徴とするもので
ある。

【０００９】また、リングローリング圧延機の制御装置
は、リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下を行うメイ
ンロール及びマンドレルと、被圧延材の軸方向の高さ圧
下を行う上下一対のエッジャーロールと、被圧延材の外
径寸法を検知するトレーサとを具備するリングローリン
グ圧延機の制御装置であって、該制御装置は、圧延進行
パターンが記憶され、該圧延進行パターンに基づいて前
記マンドレル及びエッジャーロールの位置制御を行う制
御部を備え、前記圧延進行パターンは、リング状被圧延
材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範
囲内のほぼ一定値を満たすように断面形状を変化させ、
かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率を０．９〜
１．１％になる圧延工程を圧延途中の全域又は部分域に
含むことを特徴とするものである。

【００１０】また、マンドレルの位置を検出するマンド
レル位置検出手段と、エッジャーロールの高さ位置を検
出するエッジャーロール位置検出手段と、トレーサの位
置を検出するトレーサ位置検出手段とを有し、前記制御
部は、これら各検出手段の検出信号を入力して、これら
の信号から圧延途中の被圧延材の形状を演算して、これ
と圧延進行パターンによる被圧延材のあるべき形状とを
比較して、両者にずれがある場合にはそのずれを補正す
るようにマンドレル及びエッジャーロールの位置制御を
行うことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図３は本実施の形態のリングロー
リング圧延機の構成を概略的に示すもので、（ａ）は一
部断面表示を含む側面図、（ｂ）は平面図である。図に
おいて、１はリング状被圧延材、２はメインロール、３
はマンドレル、４はエッジャーロール、５はトレーサロ
ールである。

【００１２】メインロール２は、固定されており、一定
速度で回転しながら圧延材１を一定外周速度で回転させ
る機能を有している。マンドレル３は、従動で、リング
状被圧延材１の内径側に配置され、メインロール２と共
にリング状被圧延材１を挟み付け、メインロール方向に
移動して肉厚方向の圧下を行うようになっている。

【００１３】エッジャーロール４，４は、一般にメイン
ロール２とリング状被圧延材１の中心対称の位置に配置
されて、円錐状のロールをリング状被圧延材１を挟んで
上下に有している。そして、片方または両方のロールが
駆動され、通常、上ロールが下方に移動してリング状被
圧延材１に対し高さ方向の圧下を行うようになってい
る。エッジャーロール４，４を円錐形状としているの
は、圧延対象であるリング状被圧延材１の周速が、その
内周側と外周側で異なり（内周側＜外周側）、その周速
差を吸収させる必要があるためである。従って、エッジ
ャーロール４，４は、円錐状ロールの先端がリング状被
圧延材１の中心に一致するように配置され、リング状被
圧延材１の径の成長とともにロール周面におけるリング
状被圧延材１に対する圧下位置が水平方向（拡径側）に
移動していくようになっている。

【００１４】トレーサロール５は、メインロール２とリ
ング状被圧延材１の中心対称の位置においてリング状被
圧延材１の外周面に転接して、その進退によってリング
状被圧延材１の外径寸法をトレーサロール５及びメイン
ロール２夫々の被圧延材に対する転接面間寸法として捉
えるためのものである。

【００１５】以上のように構成されたリングローリング
圧延機においては、トレーサロール５によりリング状被
圧延材１の径を検出しながら、リング状被圧延材１をメ
インロール２とマンドレル３により半径方向の肉厚圧延
を行い、上下のエッジャーロール４，４により軸方向の
高さ圧延を行う。

【００１６】次に、上記のように構成されたリングロー
リング圧延機における制御装置について説明する。図１
は制御装置の構成の説明図であり、マンドレル３の位置
を検出するマンドレル位置検出手段７、エッジャーロー
ル４の高さ位置を検出するエッジャーロール位置検出手
段８、トレーサロール５の位置を検出するトレーサロー
ル位置検出手段９を備えている。また、これらのマンド
レル位置検出手段７、エッジャーロール位置検出手段
８、トレーサロール位置検出手段９からの信号を入力す
ると共に、マンドレル位置制御部１１及びエッジャーロ
ールの位置制御部１２に制御信号を出力する制御部１３
を備えている。

【００１７】制御部１３には予め設定された圧延進行パ
ターンが記憶されており、制御部１３はこの圧延進行パ
ターンに基づいてマンドレル位置制御部１１及びエッジ
ャーロールの位置制御部１２に対する制御信号を出力す
る。また、マンドレル位置検出手段７、エッジャーロー
ル位置検出手段８、トレーサロール位置検出手段９から
の信号を入力して、これらの信号から実際の被圧延材の
形状を演算して、これと予め設定した圧延進行パターン
による被圧延材のあるべき形状とを比較して、両者にず
れがある場合にはそのずれを補正するようにマンドレル
位置制御部１１及びエッジャーロールの位置制御部１２
に制御信号を出力する。

【００１８】図２は制御部１３に格納された圧延進行パ
ターンの説明図である。図２において、横軸はリング状
被圧延材の厚さを示しており、初期厚さＴＡ、最終厚さ
ＴＢである。また、縦軸はリング状被圧延材の高さを示
しており、初期高さＨＡ、最終高さＨＢである。したが
って、図２では初期形状ＯＡＢＣのリング断面が圧延に
より最終形状Ｏａｂｃになることをも示している。

【００１９】図２から判るように、本実施の形態の圧延
進行パターンは、圧延途中においてリング状被圧延材の
高さ変化量／肉厚変化量（ＨＡ−ＨＢ）／（ＴＡ−Ｔ
Ｂ）がほぼ一定値で直線的に変化するようにしたもので
ある。換言すれば、図２において初期形状の頂点Ｂが最
終形状の頂点ｂに直線的に変化するような形状変化によ
って初期形状ＯＡＢＣから最終形状がＯａｂｃに至ると
いうものである。そして、さらに本実施の形態の圧延進
行パターンは、上記、高さ変化量／肉厚変化量（ＨＡ−
ＨＢ）／（ＴＡ−ＴＢ）の値として、０．３６〜０．４
７の範囲に設定し、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚
圧下率が０．９〜１．１％になるように圧延するもので
ある。

【００２０】ここで、リング状被圧延材の高さ変化量／
肉厚変化量を０．３６〜０．４７とし、かつ半径方向肉
厚圧下率が０．９〜１．１％になるようにする理由を説
明する。

【００２１】一般的に、リング状被圧延材のような一回
転あたりの圧延が軽圧下圧延においてはダブルバルジ形
状の変形をし、半径方向の圧下率が大きいと、図３に示
すような高さ方向へこみ１ａ，１ｂが生ずることが知ら
れている。また、リング状被圧延材は高さ方向と厚み方
向を同時に圧延するものであり、良好な圧延形状を得る
にはこれらに一定の関係を持たせることが必要となる。

【００２２】これらの知見に基づいて、発明者は、高さ
／肉厚の圧下比について０．２７〜０．５８の範囲で、
また肉厚圧下率について０．８〜１．２の範囲でそれぞ
れ変化させてリング状被圧延材の圧延状態（へこみ箇所
及び量）について検証した。この結果を次の表１に示
す。なお、使用した鋼種はＳ４８Ｃで、リング状被圧延
材の最終製品形状は、外径１４００mm、内径１３００m
m、高さ９０mm、肉厚５０mmである。また、表１にはリ
ングローリング圧延機の制御条件（高さ／肉厚圧下比、
肉厚圧下率）、及び初期外径、初期内径、初期高さ、初
期肉厚と、その圧延条件での実験結果（へこみの有無、
へこみ箇所、へこみ量、判定）を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１を見ると、高さ／肉厚圧下比が０．３
６〜０．４７でかつ肉厚圧下率が０．９〜１．１の圧延
制御条件においてへこみのない最終成形品を圧延するこ
とができることがわかる。以上のように、発明者は、実
験による検証の結果、上記のように、本発明の圧延進行
パターンとして、圧延過程においてリング状被圧延材の
高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内
のほぼ一定値とし、かつ半径方向肉厚圧下率が０．９〜
１．１％の範囲内になるようにすることによって、良好
な製品形状が得られることを見出したのである。

【００２５】次に、上記のように構成された制御装置に
よって、リング状被圧延材を圧延する際の動作について
説明する。まず、目標とする製品寸法を基準として、上
述した圧延進行パターンに基づいて荒素材の断面形状を
決定する。

【００２６】次に、上記のようにして荒素材の断面形状
が決定された後、これを満たす荒素材を選定し、これを
図３に示すリングローリング圧延機にセットして、制御
部１３から、圧延進行パターンが上記のようになるよう
に、マンドレル位置制御部１１及びエッジャーロール高
さ制御部１２に対する制御信号を出力する。そして、圧
延開始後は、制御部１３はマンドレル位置検出手段７、
エッジャーロール位置検出手段８、及びトレーサロール
位置検出手段９からの信号を入力して、これらの信号か
ら実際の被圧延材の形状を演算して、これと予め設定し
た圧延進行パターンによる被圧延材のあるべき形状とを
比較して、両者にずれがある場合にはそのずれを補正す
るようにマンドレル位置制御部１１及びエッジャーロー
ルの位置制御部１２に制御信号を出力する。マンドレル
位置制御部１１及びエッジャーロールの位置制御部１２
は、制御部１３からの信号を入力して、該信号に基づい
てマンドレル３及びエッジャーロール４の位置制御を行
う。

【００２７】上記のような圧延進行パターンに基づくフ
ィードバック制御による圧延を続行して、初期及び中期
の主圧延工程が終了し、最終形状の近くになったら仕上
げ工程として、外径成長速度が一定となるような制御に
切り替えて、製品形状になるように形状を整える圧延を
行う。そして、トレーサロール位置検出手段からの情報
に基づいて、リング状被圧延材の外径が目標値になった
ことを確認すると圧延を終了する。

【００２８】以上のように、本実施の形態によれば、従
来は熟練者のノウハウとされていた圧延進行パターン
が、一定の明確な基準として示され、経験及びノウハウ
のないものであってもへこみのない良好なリング状被圧
延材の圧延が可能となる。

【００２９】なお、上記の実施の形態においては、リン
グ状被圧延材の外径寸法を検知するトレーサとしてリン
グ状被圧延材に転接するトレーサロールを例に挙げた
が、トレーサとしては例えば光学的手段を用いた非接触
型のものであってもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、リング状
被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４
７の範囲内のほぼ一定値を満たすように断面形状を変化
させ、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率が０．
９〜１．１％になるようにして圧延するので、経験及び
ノウハウのないものであってもへこみのない良好なリン
グ状被圧延材の圧延が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態である制御装置の構成の
説明図である。

【図２】 本発明の実施の形態の圧延進行パターンの説
明図である。

【図３】 本発明の実施の形態のリングローリング圧延
機の槻念図である。

【図４】 リングローリング成形の課題の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ リング状被圧延材 ２ メインロール ３ マンドレル ４ エッジャーロール ５ トレーサロール ７ マンドレル位置検出手段 ８ エッジャーロール位置検出手段 ９ トレーサロール位置検出手段 １１ マンドレル位置制御部 １２ エッジャーロール位置制御部 １３ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 升田 貞和 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 山田 猛志 神奈川県川崎市川崎区小島町４番６号 エ ヌケー金属加工株式会社内 (72)発明者 安藤 正一 神奈川県川崎市川崎区小島町４番６号 エ ヌケー金属加工株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下
   を行うメインロール及びマンドレルと、リング状被圧延
   材の軸方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロー
   ルと、リング状被圧延材の外径寸法を検知するトレーサ
   とを具備するリングローリング圧延機によるリング状被
   圧延材の圧延方法であって、 リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６
   〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たすように断面形
   状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下
   率が０．９〜１．１％になる圧延工程を圧延途中の全域
   又は部分域に含むことを特徴とするリング状被圧延材の
   圧延方法。
2. 【請求項２】 リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下
   を行うメインロール及びマンドレルと、被圧延材の軸方
   向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールと、被
   圧延材の外径寸法を検知するトレーサとを具備するリン
   グローリング圧延機の制御装置であって、 該制御装置は、圧延進行パターンが記憶され、該圧延進
   行パターンに基づいて前記マンドレル及びエッジャーロ
   ールの位置制御を行う制御部を備え、前記圧延進行パタ
   ーンは、リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が
   ０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たすよう
   に断面形状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径方向
   肉厚圧下率を０．９〜１．１％になる圧延工程を圧延途
   中の全域又は部分域に含むことを特徴とするリングロー
   リング圧延機の制御装置。
3. 【請求項３】 マンドレルの位置を検出するマンドレル
   位置検出手段と、エッジャーロールの高さ位置を検出す
   るエッジャーロール位置検出手段と、トレーサの位置を
   検出するトレーサ位置検出手段とを有し、前記制御部は
   は、これら各検出手段の検出信号を入力して、これらの
   信号から圧延途中の被圧延材の形状を演算して、これと
   圧延進行パターンによる被圧延材のあるべき形状とを比
   較して、両者にずれがある場合にはそのずれを補正する
   ようにマンドレル及びエッジャーロールの位置制御を行
   うことを特徴とする請求項２記載のリングローリング圧
   延機の制御装置。