JP2003025006A - テーパ体の形成方法及び圧延装置 - Google Patents

テーパ体の形成方法及び圧延装置

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JP2003025006A
JP2003025006A JP11543699A JP11543699A JP2003025006A JP 2003025006 A JP2003025006 A JP 2003025006A JP 11543699 A JP11543699 A JP 11543699A JP 11543699 A JP11543699 A JP 11543699A JP 2003025006 A JP2003025006 A JP 2003025006A
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roll
rolls
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Iwao Isozaki
巌 磯崎
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PLANT ENGINEERING YOSHIDA KINEN KK
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PLANT ENGINEERING YOSHIDA KINE
PLANT ENGINEERING YOSHIDA KINEN KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性及び品質の優れたテーパ体を低コストで
形成することができるテーパ体の形成方法及びそのため
に用いることができる圧延装置を提供する。 【解決手段】 圧延用の空隙の形成及び開放を行うこと
ができる圧延装置によって、断面の直径が軸心方向で階
段状に変化している素材３５ａを形成し、この素材３５
ａから型鍛造でテーパ状の加工品３５ｂを形成する。こ
のため、断面の直径が軸心方向で一様な素材から型鍛造
のみで加工品３５ｂを形成する場合に比べて、型鍛造の
際の減積量が少なく、しかも、短時間で加工品３５ｂを
形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願の発明は、周面が連続的
に先細り状になっているテーパ体の形成方法とロールで
素材を塑性加工するための圧延装置とに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、テーパ状の棒は断面の直径が軸心
方向で一様な素材に対する型鍛造または切削加工で形成
され、テーパ状の管も上述の型鍛造で形成されるのが、
一般的であった。また、複数のロールの各々の外周面に
囲まれている空隙に素材が挿入されてこの素材が圧延さ
れる圧延装置では、従来から、素材が挿入される圧延用
の空隙が固定的に形成されていて、断面の直径が軸心方
向で一様な加工品しか得られなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、塑性加工であ
る型鍛造に比べると、切削加工では、素材の組織が加工
によって微細化されないので、靱性の高い加工品が得ら
れず、また、後工程として研磨加工等を追加しなければ
表面粗度が低いので、加工品に応力が発生した場合にこ
の応力が表面の粗な部分に集中する。このため、例え
ば、テーパ状の棒鋼に熱処理や曲げ加工を施してコイル
バネを形成しても、強度が設計値よりも低いコイルバネ
しか得られず、これらの点では切削加工よりも型鍛造の
方が圧倒的に有利である。しかも、切削加工では、切屑
分だけ型鍛造よりも歩留が低い。
【０００４】ところが、断面の直径が軸心方向で一様な
素材に対する型鍛造でテーパ状の棒を形成すると、型鍛
造の際の減積量が多い。一方、型鍛造では、型打ちによ
って素材が変形する際に素材の組織同士の摩擦によって
熱が発生するので、減積量が多いと発熱量も多い。この
ため、特に、テーパ状の棒の形成時間を短縮するために
単位時間当たりの型打ち回数を増加させると、加工品が
４００〜５００℃程度もの高温になる場合がある。
【０００５】この結果、例えば、テーパ状の棒鋼に熱処
理を施してバネとしての特性を付与しようとしても、鍛
造時の高温によって材質が変化していて、所望の特性を
付与することができないのみならず、鍛造時の高温によ
って組成が変化し、脆性が増して強度が低下する原因に
もなる。また、高炭素系鋼の素材に型鍛造を施すと、鍛
造後に高温から温度が低下することによる低温脆性によ
って加工品の表面や内部にひび割れが発生し、その後の
熱処理時に加工品に欠陥が生じる。従って、断面の直径
が軸心方向で一様な素材に対する型鍛造では、特性及び
品質の優れたテーパ状の棒を形成することが困難であっ
た。
【０００６】また、型鍛造では、一回の型打ちによる素
材の変形量が少なくて加工速度が遅いので、テーパ状の
棒を短時間で形成することが困難である。しかも、上述
の様な型鍛造の際の減積量が多いことによる力学的負荷
と発熱量が多くて高温になることによる熱的負荷とのた
めに、鍛造型が劣化し易い。これらのために、断面の直
径が軸心方向で一様な素材に対する型鍛造では、テーパ
状の棒を低コストで形成することが困難であった。
【０００７】従って、本願の発明は、特性及び品質の優
れたテーパ体を低コストで形成することができるテーパ
体の形成方法及びそのために用いることができる圧延装
置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に係るテーパ体
の形成方法では、断面の直径が軸心方向で階段状に変化
している素材から型鍛造でテーパ体を形成するので、断
面の直径が軸心方向で一様な素材から型鍛造のみでテー
パ体を形成する場合に比べて、型鍛造の際の減積量が少
ない。このため、型鍛造の際の発熱量が少なく、そのた
めにテーパ体が形成されても材質や組成が変化しにく
い。また、型鍛造の際に鍛造型が受ける力学的及び熱的
負荷が少なく、そのために鍛造型が劣化しにくい。
【０００９】しかも、型鍛造に比べて加工速度が速い圧
延によって型鍛造の素材を形成するので、断面の直径が
軸心方向で一様な素材から型鍛造のみでテーパ体を形成
する場合に比べて、テーパ体を短時間で形成することが
できる。
【００１０】請求項２に係る圧延装置では、素材の移送
方向に順次に配置されている複数のロール群における圧
延用の空隙が移送方向で順次に小さくなっており、複数
のロール同士の接近による空隙の形成と複数のロール同
士の離隔による空隙の開放とを行う圧下機構が設けられ
ているので、素材を移送中の任意の時点でロール群によ
る圧延の実行及び中止を制御することができる。
【００１１】請求項３に係る圧延装置では、圧下機構が
空隙の形成及び開放をロール群毎に独立して行うので、
素材の移送方向で互いに隣接しているロール群において
行われる空隙の形成及び開放の時間間隔や順序を制御す
ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、テーパ体の形成方法及びそ
のために用いることができる圧延装置に適用した本願の
発明の一実施形態を、図１〜８を参照しながら説明す
る。図６が、本実施形態による圧延装置１１の全体を示
している。この圧延装置１１では、５個のロール群１２
が、基台１３上で、圧延のための素材の移送方向に順次
に配置されている。各々のロール群１２は外周面に溝が
設けられている４個のロール１４で構成されており、各
々のロール群１２のロール１４には交流サーボモータ１
５が減速機１６や継手１７等を介して接続されている。
【００１３】図７、８が、一つのロール群１２を示して
いる。ロール群１２ではロール１４とその両側面の駆動
歯車２１とが軸受（図示せず）を介してロールチョック
２２に支持されており、ロールチョック２２はフレーム
２３のＸ字状の溝２４内に収容されている。フレーム２
３は複数本のボルト２５で歯車ケース２６に結合されて
おり、継手１７から駆動力を入力してこの駆動力を駆動
歯車２１に伝達する入力歯車２７が歯車ケース２６内に
配置されている。
【００１４】フレーム２３にはロールチョック２２及び
ロール１４に対する圧下機構の一部としての単動型の油
圧ピストン３１が取り付けられており、油圧ピストン３
１に連なる油圧供給口３２が油圧回路（図示せず）に接
続されている。この油圧回路としては、油圧を発生させ
る油圧ポンプ、この油圧ポンプから油圧供給口３２に油
圧を分配する配管、この配管と油圧供給口３２との間に
配置されている切換バルブ、この切換バルブをコンピュ
ータやカム機構等によって所定のタイミングで制御する
制御手段等を含む回路が利用可能である。
【００１５】油圧ピストン３１がロールチョック２２及
びロール１４を圧下し４個のロール１４同士が接近して
それらの外周面が順次に連なると、図７に示されている
様に、これらの外周面に囲まれている円形の空隙３３が
４個のロール１４同士の中心に形成される。圧延される
べき素材はこの空隙３３内に挿入される。５個のロール
群１２における空隙３３は、圧延のための素材の移送方
向で順次に小さくなっている。
【００１６】入力歯車２７は歯車ケース２６内で固定さ
れており、ロール１４が圧下されたときに駆動歯車２１
と入力歯車２７との中心間距離が最小になる様に、歯車
ケース２６内における入力歯車２７の位置が決められて
いる。このため、ロール１４が圧下される際に駆動歯車
２１と入力歯車２７との一方における歯が他方における
歯同士の間に過剰に挿入されることはない。
【００１７】油圧ピストン３１によるロールチョック２
２及びロール１４の圧下を解除すると、空隙３３内に挿
入される素材による油圧ピストン３１側への押圧によっ
てロール１４同士が離隔して、空隙３３が開放される。
油圧ピストン３１によるロールチョック２２及びロール
１４の圧下及び圧下の解除は、ロール群１２毎に独立し
て行うことができる。また、空隙３３内で圧延されてい
る素材に冷却用の油を供給するための冷却油供給口３４
がフレーム２３に設けられている。
【００１８】図１〜５が、本実施形態によるテーパ体の
形成方法を示している。図１〜４では、圧延装置１１中
で圧延のための素材の移送方向に順次に配置されている
５個のロール群１２におけるロール１４が夫々ロール１
４ａ〜１４ｅとして示されており、また、各々のロール
群１２における４個のロール１４のうちで相対向してい
る一対のロール１４のみが示されている。
【００１９】最初は、図１中に実線の矢印で示されてい
る様に、総てのロール１４ａ〜１４ｅが圧下されてい
る。このため、各々のロール群１２におけるロール１４
ａ〜１４ｅ同士の間を素材３５が移送されるに連れて、
図１（ａ）〜（ｅ）に示されている様に、素材３５が圧
延されその直径が順次に細くされ、断面の直径が軸心方
向で階段状に変化している段付形状に素材３５が加工さ
れる。素材３５としては、金属やプラスチックやセラミ
ック等から成る棒や管等が用いられ得る。
【００２０】但し、図１中に実線の矢印で示されている
様に総てのロール１４ａ〜１４ｅが当初から圧下されて
いる必要はなく、上述の様に油圧ピストン３１によるロ
ール１４の圧下はロール群１２毎に独立して行うことが
できるので、少なくとも素材３５の通過よりも前に油圧
ピストン３１によって各々のロール１４ａ〜１４ｅが順
次に圧下されてもよい。
【００２１】その後、素材３５の移送に伴って、図２
（ａ）に示されている様に、素材３５の先端が最後のロ
ール１４ｅを通過してロール１４ｅから所定の距離だけ
離隔した時点で、つまり、素材３５の所定の長さの部分
が最小の直径まで圧延された時点で、図２（ｂ）中に一
点鎖線の矢印で示されている様に、総てのロール１４ａ
〜１４ｅの圧下が同時に解除される。
【００２２】この結果、ロール１４ａ〜１４ｅは素材３
５の外周面に倣うだけで素材３５の圧延を一時的に中止
する。この様な圧延の中止や実行は、油圧回路に制御さ
れる油圧ピストン３１によって任意の時点で行うことが
できる。素材３５の移送量は、ロール１４ａ〜１４ｅの
回転量や、５個のロール群１２の前後に配置されており
素材３５の外周面に接触して回転する測定用のロール
（図示せず）の回転量等によって測定される。
【００２３】その後、図２（ｃ）に示されている様に、
段付形状に加工された素材３５の区切り部３６ａが最初
のロール１４ａを通過してロール１４ａから所定の距離
だけ離隔した時点で、ロール１４ａのみが圧下されて、
図２（ｄ）に示されている様に、ロール１４ａによる圧
延が再開される。素材３５の先端と区切り部３６ａとの
間の部分は素材３５の移送方向へ先細り状になっている
段付形状に加工されており、圧延装置１１の出口に配置
されている舞いカッタ（図示せず）によって、区切り部
３６ａや後に形成される区切り部において素材３５が切
断される。
【００２４】そして、図２（ｅ）に示されている様に、
区切り部３６ａよりも素材３５の後端側であってロール
１４ａによる圧延が再開された最初の部分が２番目のロ
ール１４ｂを通過してロール１４ｂから所定の距離だけ
離隔した時点で、ロール１４ｂが圧下されて、図２
（ｆ）に示されている様に、ロール１４ｂによる圧延も
再開される。
【００２５】その後、図３（ａ）〜図４（ｃ）に示され
ている様に、上述と同様の動作によって、ロール１４ｃ
〜１４ｅによる圧延が順次に再開される。図４（ｃ）に
おけるロール１４ａ〜１４ｅは図２（ａ）におけるロー
ル１４ａ〜１４ｅと同じ状態にあり、この後は、再び、
図２（ｂ）と同様に総てのロール１４ａ〜１４ｅの圧下
が同時に解除される。区切り部３６ａと区切り部３６ｂ
との間の部分は素材３５の移送方向とは逆方向へ先細り
状になっている段付形状に加工されている。
【００２６】以上の様な圧延装置１１による圧延と圧延
装置１１の出口の舞いカッタによる切断とによって、図
５（ａ）に示されている様に、断面の直径が軸心方向で
階段状に変化していて所定の長さに揃えられた素材３５
ａが形成される。本実施形態では、その後、図５（ｂ）
に示されている様に、内面がテーパ状の鍛造型３７内に
素材３５ａを装填する。
【００２７】図５に示されている鍛造型３７は上下方向
に分割されているだけであるが、素材３５ａが軸心方向
に長い場合は、上下方向のみならず装填された素材３５
ａの軸心方向にも分割されている鍛造型が用いられても
よい。そして、図５（ｃ）に示されている様に、鍛造型
３７で素材３５ａを型打ちし、図５（ｄ）に示されてい
る様に、テーパ状の加工品３５ｂを鍛造型３７から取り
出す。
【００２８】図１〜４からも明らかな様に、本実施形態
の圧延工程では、素材３５の移送方向へ先細り状になっ
ている段付形状の部分と素材３５の移送方向とは逆方向
へ先細り状になっている段付形状の部分とに交互に素材
３５が加工されるので、コイル状に巻回されている素材
３５を連続的に加工することができる。このため、型鍛
造に比べて加工速度が速いという圧延の特徴を発揮させ
ることができる。
【００２９】なお、以上の実施形態では、図２（ｂ）の
工程で総てのロール１４ａ〜１４ｅの圧下が同時に解除
されているが、ロール１４ｅからロール１４ａへ向かう
順序で圧下が解除されてもよい。その場合は、ロール１
４ａ〜１４ｅ同士の配置間隔が以上の実施形態と同じで
も、加工された素材３５において断面の直径が軸心方向
で一定である部分が以上の実施形態よりも長くなる。
【００３０】逆に、ロール１４ａからロール１４ｅへ向
かう順序で圧下が解除されると、加工された素材３５に
おいて断面の直径が軸心方向で一定である部分が以上の
実施形態よりも短くなる。更に、ロール１４ａ〜１４ｅ
の圧下が順次に解除される際に、その解除の時間間隔が
均一ではないと、ロール１４ａ〜１４ｅが等間隔に配置
されていても、加工された素材３５において断面の直径
が軸心方向で一定である部分の長さも均一ではなくな
る。
【００３１】また、以上の実施形態では基台１３上で圧
延のための素材３５の移送方向に５個のロール群１２が
順次に配置されているが、素材３５の材質や加工すべき
形状等に応じて５個以外のロール群１２が順次に配置さ
れていてもよい。また、以上の実施形態では各々のロー
ル群１２が４個のロール１４で構成されているが、素材
３５の加工すべき断面形状等に応じて各々のロール群１
２が２個や３個等のロール１４で構成されていてもよ
い。
【００３２】また、以上の実施形態ではロールチョック
２２及びロール１４に対する圧下機構として油圧ピスト
ン３１等が用いられているが、モータで制御される送り
ネジ等が圧下機構として用いられてもよい。また、以上
の実施形態では鍛造型３７でテーパ状の加工品３５ｂを
形成するための素材３５ａを形成するために圧延装置１
１で素材３５を加工しているが、断面の直径が軸心方向
で階段状に変化している素材３５ａを最終加工品として
形成するためにのみ圧延装置１１が用いられても当然に
よい。
【００３３】
【発明の効果】請求項１に係るテーパ体の形成方法で
は、テーパ体が形成されても材質や組成が変化しにくい
ので、特性及び品質の優れたテーパ体を形成することが
できる。しかも、テーパ体を短時間で形成することがで
き且つ鍛造型が劣化しにくいので、テーパ体を低コスト
で形成することができる。
【００３４】請求項２に係る圧延装置では、素材を移送
中の任意の時点でロール群による圧延の実行及び中止を
制御することができるので、断面形状が軸心方向で一様
ではない加工品に素材を圧延することができる。
【００３５】請求項３に係る圧延装置では、素材の移送
方向で互いに隣接しているロール群において行われる空
隙の形成及び開放の時間間隔や順序を制御することがで
きるので、異なる断面形状が軸心方向で現れる順序や同
一の断面形状が軸心方向で続く長さが制御された加工品
に素材を圧延することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の発明の一実施形態によるテーパ体の形成
方法における圧延工程の第１期の概略図である。
【図２】一実施形態によるテーパ体の形成方法における
圧延工程の第２期の概略図である。
【図３】一実施形態によるテーパ体の形成方法における
圧延工程の第３期の概略図である。
【図４】一実施形態によるテーパ体の形成方法における
圧延工程の第４期の概略図である。
【図５】一実施形態によるテーパ体の形成方法における
型鍛造工程の概略図である。
【図６】一実施形態による圧延装置の全体の斜視図であ
る。
【図７】一実施形態による圧延装置の要部の部分断面正
面図である。
【図８】一実施形態による圧延装置の要部の部分断面図
である。
【符号の説明】
１１…圧延装置、１２…ロール群、１４…ロール、３１
…油圧ピストン（圧下機構）、３２…油圧供給口（圧下
機構）、３３…空隙、３５、３５ａ…素材、３５ｂ…加
工品（テーパ体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E002 AC13 AC14 BB01 BB10 BC05 CA19 4E087 AA08 AA09 AA10 BA18 CA11 CB01 DB11 EC01 EC03 FA21 HB02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 断面の直径が軸心方向で階段状に変化し
    ている素材を圧延で形成する工程と、前記素材から型鍛
    造でテーパ体を形成する工程とを具備するテーパ体の形
    成方法。
  2. 【請求項２】 順次に連なる各々の外周面に囲まれてい
    る空隙に素材が挿入されてこの素材が圧延される複数の
    ロールが設けられており、各々が前記複数のロールで構
    成されている複数のロール群が前記圧延のための前記素
    材の移送方向に順次に配置されており、各々の前記ロー
    ル群における前記空隙が前記移送方向で順次に小さくな
    っており、前記複数のロール同士の接近による前記空隙
    の形成と前記複数のロール同士の離隔による前記空隙の
    開放とを行う圧下機構が設けられている圧延装置。
  3. 【請求項３】 前記圧下機構が前記形成及び前記開放を
    前記ロール群毎に独立して行う請求項２記載の圧延装
    置。
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