JP2002533219A - 管の冷間ピルガー製法用の工具設計 - Google Patents
管の冷間ピルガー製法用の工具設計Info
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills
- B21B21/02—Rollers therefor
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
- Metal Extraction Processes (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Description
おける、冷間ピルガー製管法に適用できる。
手順の効果的な変形スキームを実施することは、形削り工具加工表面の製造品質
、該加工部品接合の平滑さ、および機械装置の可能性によって大きく規定され、
該計算された曲線の形状にかなり近い、実際の加工表面形状を再現する。 利用できるものは、以下のようなピルガー金型であり、これは放物線状に仕上
げられたロールパスリッジをもつミルローラーおよび放物線状の母線をもつ、減
少する断面をもつマンドレルからなり、従って該ロールパスリッジは放物線ファ
クタを有し、これはマンドレル母線の放物線ファクタよりも大きな単位をもつ(
本発明者の発明者証特許USSR-534261、国際分類B21、B21/02、I.E. 41,1976)。
ドレルおよびピルガーローラーを含み、該ローラーは展開の長さ方向に沿って、
圧下ゾーン、マンドレル母線の傾斜角よりも大きな、母線の、マンドレル軸に対
する傾斜角をもつスエージングゾーン、予備的状態調節ゾーンおよび較正ゾーン
をもつ。その上、該予備的状態調節ゾーンの母線は、該マンドレル軸に対する傾
斜角を有し、該傾斜角はマンドレル母線の傾斜角の0.5-0.9であり、また該予備
的状態調節ゾーンの長さは、該スエージングゾーンの長さの0.3-0.6である(本発
明者の発明者証特許USSR-822937、国際分類B21、B21/02、1.B.15, 1981)。 利用できるのは、ジルカロイクラッド管用のピルガー金型(S. Reschke, A. Sc
haa & T. Grimmelsmann, 「VERBESSERUNG DES HERSTELLUNGS-VERFAHRENS FUR ZIR
CALLOY-HULLROHRE」, Metall., 1986, H, 4, S.338-346)であり、その特徴は以下
の通りである:・ その環状ダイの始点は、僅かに減衰するゾーンをもち;・ その最大変形は、展開の前半において起こり;・ その加工部分の端部におけるテーパー角度は、最小である(ロールバレル周長
の10度当たり0.04mm)。
止することは、全く不可能である。 請求の範囲に最も密接する技術は、ピルガー金型の設計であり、そこでは、外
部および内部工具プロフィールの較正に関する展開(evolvement)は、全加工長さ
に沿った、一定の凹型の、主として放物線状の曲線形状を持つ。 この場合、(1) 内部工具の、該一定の主として放物線状の曲線、および外部工
具の該展開は、一つの、同一の数学的な関数によって記載され、かつ同一の放物
線数(parabolic number)をもち、(2) 較正部分にある曲線は、接線方向に伸び、
かつ円筒状のかつテーパー付きの主形状と重なる(FRG特許 1777043,1971)。
諸特性には依存しない。全加工長さに沿った、工具外部および内部プロフィール
の展開の、一定の凹型の形状は、テーパー付きの金型または別の形状を持つ内部
金型の製造を複雑化する(Z.A. Koff, P.M. Soloveytchik, V.A. Aljoshin, M.I.
Grishpun, 管の冷間ピルガー製法(Tube Cold Pilgering), Metallurgizdat, Sv
erdlovsk, 1962; Glen Stapleton, 冷間ピルガー製管技術(COLD PILGER TECHNOL
OGY), 1683 W.216th Street, USA 1996)。
関る改善並びに管欠陥の低減に関る問題点を解決する。 この目的は、金属の物理-機械的諸特性および管ビレットの圧延スキームに関
して計算された、加工工具設計の適用により、該管ビレットの最良の変形スキー
ムを創製することによって達成することができる。 本発明の技術的結果は、以下のような事実によって達成される。即ち、外部お
よび内部形状-形成工具として作成された、工具の既知の設計とは対照的に、加
工長さに沿って、放物線状の曲線として形状付与され、数学的な計算により作成
された、外部工具プロフィールおよび内部工具プロフィールの展開の幾何学的曲
線を、種々のスプライン関数のキーポイントにより生成する(I.N. Bronshtein,
K.A. Semendjaev, 数学ハンドブック(Handbook in mathematics), Moscow, Nauk
a, 1986, p. 504; K.De Bor, スプライン実務マニュアル(Spline practical man
ual), Moscow, Radio & Communication, 1985)。
別々の外部または内部工具の、圧延設計の各段階は、統一曲線状態で実施される
。このことは、工具プロフィール製造工程を自動化すること(例えば、CNCの使用
を)可能とする。二次および高次のファクタの計算された曲線に従ってプロット
された、管の冷間ピルガー製造用の、工具の形状-形成プロフィールを作成する
既存の方法は、相互の接合点における理想的に滑らかな転移を与えない。 計算におけるスプライン関数の適用は、既存の装置での、指示した点における
加工表面の転移の滑らかさを与える。
t)に関するファクタkをもつB-スプラインの任意の線形組み合わせであると考え
られるので、その量および列の選択は、しばしば区切り点における好ましい平滑
レベルと、この点におけるキーポイントの量との結合を可能とする。それにもか
かわらず、キーポイントの量が少ないことは、連続状態の数がより多いことに対
応する。 圧延管の物理的-機械的特性の安定性を達成するためには、スプライン関数の
パラメータを計算するように、幾何的パラメータと共に、曲線のキーポイントを
計算する際に、圧延金属の物理的-機械的特性を考慮したファクター、例えば弾
性率、降伏強さ、摩擦因子、並びに圧延スキーム:壁厚による歪速度および管内
径、供給原料体積等が利用される。
ーポイントnを含む、スプライン関数S(x)として仕上げられる。内部工具A1C1の
プロフィールは、モジュラスk1>3をもち、キーポイントn*を含む、スプライン関
数S1(x)として仕上げられる。 スプライン関数S(x)およびS1(x)のキーポイントの量は、適用された圧延装置
の型および外部工具の型:セグメント、環状ダイに依存して、10〜100の範囲で
変動する。延性の低い金属を圧延する場合には、スプライン関数S(x)およびS1(x
)は、最大値に向かう曲率因子を有し、また延性金属の圧延の場合には、最小値
に向かう曲率因子を有する。 圧延金属の安定な物理的-機械的特性を得るためには、スプライン関数S(x)お
よびS1(x)は、外部および内部工具の長さに沿った、歪速度の減少状態に従って
計算される。
圧延は、圧延装置 HPT-55で実施し、その外部金型を、半円盤状に仕上げた。そ
の第二の圧延を、圧延装置 K.PW-25で行い、外部金型を環状ダイとして仕上げ、
第三の圧延を、圧延装置 KPW-18で行い、その外部金型を環状ダイとして仕上げ
た。 圧延装置HPT-55の、内部金型プロフィールおよび外部金型ロールパスリッジの
プロフィールは、種々のスプライン関数:ファクタk=6をもち、キーポイント50
を含むスプライン関数S(x)およびファクタk1=4を有し、キーポイント48を含むス
プライン関数S1(x)によって形成された。 圧延装置KPW-25の、内部金型プロフィールおよび外部金型ロールパスリッジの
プロフィールは、種々のスプライン関数:ファクタk=4をもち、キーポイント100
を含むスプライン関数S(x)およびファクタk1=4を有し、キーポイント80を含むス
プライン関数S1(x)によって形成された。
プロフィールは、種々のスプライン関数:ファクタk=6をもち、キーポイント300
を含むスプライン関数S(x)およびファクタk1=5を有し、キーポイント250を含む
スプライン関数S1(x)によって形成された。キーポイント列の計算は、以下の式
に従って行った: Dn = Kt/[(Kt K)/Dn-1 + K-1] ここで、Dnはn-部分における内部工具の径であり、Kt = f(G,σ0.2, E)は、金属
の物理的-機械的特性に依存するファクタであり、Gは、剪断弾性率であり、σ0. 2 は降伏強さであり、Eは、弾性率であり、K = f(m,μ,Q…)は、圧延条件に依存
したファクタであり、mは金属供給原料の体積であり、μはパス当たりの伸び率
であり、Qは壁厚変形速度対内管径の変形速度の比である。
30mkmまでであり、内径のずれは25mkmを越えなかった。外面および内面には、欠
陥は何等検出されなかった。圧延管の長さおよび断面に沿った機械的特性の評価
は、その値の分布が2%を越えないことを示した。既存の技術的方法に従って製造
した管においては、これら値における分布は、10%に達した。変法2 :チタン合金VT1-0製、φ25.4mmの管の製造 ビレットを2段階に渡り、冷間変形にかけて、最終的寸法の管を製造した。第
一の圧延は、圧延装置HPT-55で行い、その外部金型を、半円盤型に仕上げた。該
第二の圧延は、圧延装置HPT-32で行い、その外部金型は、同様に半円盤型に仕上
げた。
プロフィールは、種々のスプライン関数:ファクタk=4をもち、キーポイント80
を含むスプライン関数S(x)およびファクタk1=6を有し、キーポイント80を含むス
プライン関数S1(x)によって形成された。 圧延装置HPT-32の、内部金型プロフィールおよび外部金型ロールパスリッジの
プロフィールは、種々のスプライン関数:ファクタk=5をもち、キーポイント120
を含むスプライン関数S(x)およびファクタk1=4を有し、キーポイント200を含む
スプライン関数S1(x)によって形成された。 φ25.4mmの管を製造した後、幾何的寸法の検討を行ったところ、外径のずれは
150mkmまでであり、内径のずれは120mkmを越えなかった。外面および内面には、
欠陥は何等検出されなかった。圧延管の長さおよび断面に沿った機械的特性の評
価は、その値の分布が5%を越えないことを示した。既存の技術的方法に従って製
造した管においては、これら値における分布は、10%に達した。
に接続し、かつ圧延金属および圧延スキームの諸特性を考慮している、計算され
た曲線の最適の形状を選択しているために、圧延工程の性能を大幅に改善するこ
とが可能となった。既存装置の外部および内部技術的金型の、計算されたプロフ
ィールの再現を可能とするプログラムが作成され、現在JSC「チェペトスキーメカ
ニカルプラント(Chepetsky Mechanical Plant)」において、首尾良くテストされ
た。 このソフトウエアは、システムCADDS5におけるモジュラスCVMACによって開発
された。圧延装置用の加工金型製造のために、3-および5-配位装置CNC-ファヌク
(Fanuk)およびGG-52を使用した。これらは、計算された金型幾何パラメータと実
際の金型幾何パラメータとの一致を与えた。
す図であり、本図においてABは、外部工具のスエージング部分であり、BCは、外
部工具の較正部分であり、A1B1は、内部工具のスエージング部分であり、B1C1は
、内部工具の較正部分であり、点1,2,3, .,n-1,nは、該外部工具プロフィール
を形成する、スプライン関数のキーポイントであり、点1*,2*, 3*, ,n*-1,n*は
、該内部工具プロフィールを形成する、スプライン関数のキーポイントである。
Claims (3)
- 【請求項1】 外部金型の設計および内部金型プロフィールの展開を、数学的
な計算に基いて、プロットされた曲線として作成することを含み、該外部および
内部金型プロフィールの曲線が、種々のスプライン関数の、キーポイントの幾何
学的位置を表すことを特徴とする、冷間ピルガー工具設計。 - 【請求項2】 各別々の外部または内部金型のスエージングおよび較正部分を
、統一曲線として作成する、請求項1記載の冷間ピルガー工具設計。 - 【請求項3】 計算された曲線の、スプライン関数の幾何パラメータと共に、
圧延材料および圧延スキームの、物理-数学的特性を規定するファクタをも使用
する、請求項1、請求項2記載の冷間ピルガー工具設計。
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