JP2004195468A - 金属素材の圧延方法及び圧延装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の小型化や騒音問題を解消し、大きな径から小さな径に圧延できるだけでなく、種々の圧延操作を行うこともできる圧延方法及び圧延装置を提供する。
【解決手段】金属製の管素材又は中実棒素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材を製造する圧延方法であり、軸方向中間部に最大径部を有し、軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成され、このロール組体の各圧延ロールを、金属素材に対してその円周方向互いに等角度間隔であって、金属素材の中心軸WAと各圧延ロールの中心軸RAとが互いに平行な平行平面内に配置し、各ロール間距離ｄを互いに等しい値に設定すると共に中心軸RAを上記平行平面内で金属素材の中心軸WAに対して４５°以下の交差角αで交差させ、各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転させ、上記ロール組体で形成される圧延領域内に金属素材を送り込みながら圧延する。
【選択図】 図１
【解決手段】金属製の管素材又は中実棒素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材を製造する圧延方法であり、軸方向中間部に最大径部を有し、軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成され、このロール組体の各圧延ロールを、金属素材に対してその円周方向互いに等角度間隔であって、金属素材の中心軸WAと各圧延ロールの中心軸RAとが互いに平行な平行平面内に配置し、各ロール間距離ｄを互いに等しい値に設定すると共に中心軸RAを上記平行平面内で金属素材の中心軸WAに対して４５°以下の交差角αで交差させ、各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転させ、上記ロール組体で形成される圧延領域内に金属素材を送り込みながら圧延する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間又は冷間で、金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延方法及び圧延装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平11-188,409号公報
【特許文献２】特開2000-312,906号公報
【非特許文献１】株式会社養賢堂発行、鈴木 弘著「圧延百話」第７９話、第442〜446頁（2000年3月30日）
【０００３】
熱間又は冷間で金属素材を圧延して径の異なる製品金属材を製造する方法としては、上下一対の圧延ロールを用いて圧延するコールドピルガーミルによる方法（特許文献１及び２）や、円錐形状の３個の圧延ロールを自転及び公転させながら圧延する３ロールプラネタリーミルによる方法（非特許文献１）とが知られている。
【０００４】
しかしながら、上記のコールドピルガーミルによる方法においては、圧延ロールのロールスタンドを金属素材の長さ方向に亘って往復させる必要があるために、必然的に装置が大型化するほか騒音の問題が不可避であり、しかも、比較的大きな径から比較的小さな径への圧延ができるのみで、例えば比較的小さな径の管素材を圧延して比較的大きな径の製品管材を製造することができない等の問題がある。
【０００５】
また、上記の３ロールプラネタリーミルによる方法においても、金属素材の円周回りに沿って円錐形状の３個の圧延ロールを自転及び公転させる必要があることから、上記のコールドピルガーミルの場合と同様に、必然的に装置が大型化するほか騒音の問題が不可避であり、しかも、比較的大きな径から比較的小さな径への圧延ができるのみで、例えば比較的小さな径の管素材を圧延して比較的大きな径の製品管材を製造することができない等の問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、装置の小型化や騒音問題を解消できるだけでなく、金属素材を比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できることは勿論、その逆の比較的小さな径から大きな径への圧延も可能であり、更には、所定のプラグを用いることにより、円錐台形の管材を製造したり、先端部に厚肉部を有する管材を製造したり、あるいは、厚肉部と薄肉部とを交互に有する管材を製造することも可能な圧延方法及び圧延装置について鋭意検討した結果、本発明に到達した。
【０００７】
従って、本発明は、装置の小型化や騒音問題を解消することができ、しかも、単に比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できるだけでなく種々の圧延操作を行うことができる金属素材の圧延方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明は、装置の小型化や騒音問題を解消することができ、しかも、単に比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できるだけでなく種々の圧延操作を行うことができる金属素材の圧延装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、圧延ロールが形成する圧延領域内に金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を送り込み、この金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延方法であり、軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成されたロール組体を用い、このロール組体の各圧延ロールを、金属素材に対してその円周方向互いに等角度間隔であって、金属素材の中心軸WAと各圧延ロールの中心軸RAとが互いに平行な平行平面内に位置するように配置し、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定すると共に各圧延ロールの中心軸RAを上記平行平面内で金属素材の中心軸WAに対して４５°以下の所定の交差角αで交差させ、次いで各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめることにより、上記ロール組体で形成される圧延領域内に金属素材を送り込みながら圧延することを特徴とする金属素材の圧延方法である。
【００１０】
また、本発明は、圧延ロールが形成する圧延領域内に金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を送り込み、この金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延装置であり、軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成されて圧延領域を形成するロール組体と、このロール組体の各圧延ロールを回転可能に支持する３個以上のロール支持体と、これら各ロール支持体を保持するフレームと、上記各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめる回転駆動手段と、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定するロール間距離設定手段と、各圧延ロールの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させる交差角設定手段とを備えていることを特徴とする金属素材の圧延装置である。
【００１１】
本発明において、使用するロール組体は３個以上の圧延ロールで構成されており、この圧延ロールの数は圧延対象である金属素材の径の大きさと圧延ロールの径の大きさとの関係等により適宜選択し得るものであるが、通常は３〜６個程度であり、好ましくは３個又は４個である。このロール組体に組み込まれた３個以上の圧延ロールが金属素材の円周回りに等角度間隔で当接する領域に、いわゆる圧延領域が形成される。
【００１２】
そして、このようなロール組体を構成してその圧延領域を形成する各圧延ロールについては互いに同じ大きさ及び形状のものが用いられ、また、各圧延ロールの形状は少なくとも軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有するものである。
【００１３】
この圧延ロールの形状については、好ましくは、軸方向中央部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び後端側には最小径部を有して上記最大径部を境にその軸方向先端側と後端側とが互いに同じ大きさの円錐台部に形成されているようなものであるのがよく、また、その材質、最大径部の軸方向幅寸法Ｄ、最大径部の軸方向先端側及び後端側に形成される円錐台部の周面の傾斜角β等については、金属素材の材質、径の大きさ、要求される加工率（縮径率及び拡径率）等を考慮して行われる。
【００１４】
また、本発明の圧延装置においては、上記ロール組体の各圧延ロールはロール支持体にそれぞれ個別に回転可能に支持され、また、これら各ロール支持体はフレームに保持され、更に、各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめる回転駆動手段と、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定するロール間距離設定手段と、各圧延ロールの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させる交差角設定手段とが設けられる。
【００１５】
ここで、上記回転駆動手段については、各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転させることができればよく、特に制限されるものではないが、例えば、ユニバーサルジョイント等を介して駆動モータと直結した構成としてもよい。また、上記ロール間距離設定手段については、各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定できるものであればよく、例えば、各ロール支持体にウオームギアを備えたねじ軸を設け、このねじ軸によって各圧延ロールを進退させると共に、各ねじ軸のウオームギアと駆動モータとの間をチェーン、ベルト等の連結手段で連結して各圧延ロールのロール間距離ｄを互いに等しい所定の値に設定できるようにしてもよい。更に、上記交差角設定手段については、各圧延ロールの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させることができればよく、例えば、各ロール支持体に平ギアとラックギアからなる回転機構を設け、この回転機構の各ラックギアの基端をねじ軸に連結し、これら各ねじ軸をチェーン、ベルト等の連結手段で連結して各圧延ロールの交差角αを同時に同じ角度に設定できるようにしてもよい。
【００１６】
本発明における圧延の具体的な方法としては、１つの圧延装置を用いる場合、そのロール組体の圧延領域を１回だけ通過させて所定の圧延操作を行ってもよいが、１回の圧延操作だけでは通常その充分な加工率（縮径率及び拡径率）を得ることができない場合が多いので、好ましくは、繰返し圧延操作（目標の加工率まで複数回繰り返して圧延を行う操作）を行うか、あるいは、往復圧延操作（ロール組体の各圧延ロールを正の交差角+αに設定して金属素材をその一端側から他端側に向けて往路方向に圧延した後、上記ロール組体の各圧延ロールを負の交差角-βに切り替えて金属素材をその他端側から一端側に向けて復路方向に圧延する操作）を少なくとも１往復以上行うか、あるいは、タンデム圧延操作（金属素材の進行方向上流側から下流側にかけて複数のロール組体を直列に配置し、これら各ロール組体を構成する各圧延ロールのロール間距離ｄ及び交差角αや必要により角速度Ｒ等の操作条件を調整し、金属素材を上流側のロール組体から下流側のロール組体まで連続的に通過させて圧延する操作）を行うのがよい。
【００１７】
ここで、金属素材が管素材である場合には、単に比較的大きい径の管素材を圧延して比較的径の小さい管材を製造するだけでなく、例えば、以下に示すような圧延操作が可能である。
【００１８】
すなわち、ロール組体には管素材の進行方向下流側の出口近傍に円錐台形プラグを配設し、管素材がロール組体の圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグが管素材の内部を通過してこの管素材の径を拡大するように圧延し、これによって比較的小さい径の管素材を圧延して比較的径の大きい管材、すなわち径が拡大された管材を製造することができる（以下、この圧延を「拡径圧延」という）。
【００１９】
また、管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、例えば、始めに管素材の先端側を最小径に縮径圧延し、次いで管素材の中間部を中間径に縮径圧延し、更に、管素材の後端部を最大径に縮径圧延して３段階の大きさの径を有する管素材を調整した後、再びこの管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、管素材がロール組体の圧延領域を通過する際に、この管素材の中空部内で上記円錐台形プラグをその最小径部から最大径部まで徐々に押し込み、これによって管素材の先端側から後端側にかけての段差を取り除き、先端側から後端側にかけて円錐台形に形成された管材を製造することができる（以下、この圧延を「テーパ圧延」という）。
【００２０】
このテーパ圧延に際しては、円錐台形プラグを用いて多段に圧延する際に、その最小径部から中間径部を経て最大径部を圧延する場合に限らず、逆に先に最大径部を縮径圧延し、次いで中間径部を縮径圧延した後、最小径部を縮径圧延してもよく、また、中間径部に縮径圧延してから最小径部に縮径圧延し、次いで最大径部に縮径圧延してもよい。また、段差を取り除く操作の際には、ロール組体を構成する各圧延ロールのロール間距離ｄ及び交差角αとロール組体の圧延領域への円錐台形プラグの押込み速度とを例えば油圧機構等を介して無段階に制御してもよく、これによって管素材の先端側から後端側にかけての段差を無段階に取り除き、先端側から後端側にかけてより滑らか円錐台形に形成された管材を製造することができる。
【００２１】
更に、ロール組体には上記管素材の進行方向下流側の出口近傍に円筒形プラグを配設し、管素材の先端部を加熱し、この加熱された先端部がロール組体の圧延領域を通過する際にその先端部を上記円筒形プラグ内に圧入せしめ、この先端部に肉厚が増大した厚肉部を有する管材を製造することができる（以下、この圧延を「圧縮加工」という）。
【００２２】
更にまた、管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、管素材がロール組体の圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグをこのロール組体の圧延領域に間欠的に出没させ、これによって肉厚の厚い厚肉部と薄い薄肉部とを交互に有する管材を製造することができる（以下、この圧延を「バテット加工」という）。
【００２３】
以下、添付図面に基づいて、本発明の圧延方法の基本的な原理を説明すると、以下の通りである。
図１(a)〜図１(c)には、軸方向中央部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び後端側に最小径部を有する３個の圧延ロール1a,1b,1cで構成されたロール組体１を用いて金属素材２を圧延する様子が模式的に示されており、また、図２及び図３には、図１(b)のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cとこのロール組体１で圧延される金属素材２との位置関係が模式的に示されている。
【００２４】
図１(a)は、圧延操作開始前の状態を示しており、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cは、その中心軸RAa,RAb,RAcがいずれも互いに平行な関係に位置し、また、互いに等しい角度間隔に配置されており、この状態で、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cはそのロール間距離ｄが互いに等しい所定の値に設定される。
【００２５】
また、図１(b)においては、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cが形成する圧延領域に図１(b)中左から右方向に金属素材２が送り込まれて圧延されている状態が示されており、上記各各圧延ロール1a,1b,1cは金属素材２に対してその円周方向互いに等しい角度間隔に位置し、また、これら各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAa,RAb,Racは、金属素材２の中心軸WAが位置する平面と平行な平行平面内に位置している（図２参照）と共に、この平行平面内で金属素材２の中心軸WAに対して４５°以下の交差角α（+αとする）で交差している（図３参照）。
【００２６】
そして、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cは、金属素材２との上記位置関係を維持しながら、互いに等しい角速度Ｒで同じ方向〔図１(b)の場合は反時計方向〕に回転しており、これによって、比較的大きい径の金属素材２は、時計方向に回転しつつ図１(b)中左から右方向に移動し、各圧延ロール1a,1b,1cの最大径部に内接する仮想円（その大きさはロール間距離ｄと交差角αの絶対値とによって決まる）に相当する比較的小さい径の製品金属材に圧延される。
【００２７】
また、図１(c)においては、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAa,RAb,Racが、上記図１(b)の場合とは異なり、金属素材２の中心軸WAが位置する平面と平行な平面内で、金属素材２の中心軸WAに対して４５°以下の交差角α（-αとする）で反対方向に交差しており、これによって、比較的大きい径の金属素材２は、時計方向に回転しつつ図１(c)中右から左方向に移動し、図１(b)と同様に、各圧延ロール1a,1b,1cの最大径部に内接する仮想円に相当する比較的小さい径の製品金属材に圧延される。
【００２８】
ここで、本発明の圧延方法で用いる圧延ロールについては、典型的には、例えば図４に示すように、軸方向中央部に最大径部1xを有すると共に軸方向先端側及び後端側にはそれぞれ最小径部1yを有して上記最大径部を境にその軸方向先端側と後端側とが互いに同じ大きさの円錐台部1zに形成されているようなものであるのがよく、上記最大径部1xの軸方向幅寸法Ｄが好ましくは０〜１０mm、より好ましくは０〜５mmであり、更に、この最大径部1xの軸方向先端側及び後端側に形成された円錐台部1zの周面の傾斜角βが１〜２０°、より好ましくは５〜１５°であるのがよい。上記最大径部1xの軸方向幅寸法Ｄが１０mmより大きくなると圧延領域に金属素材を送り込んだ状態でロール間距離ｄを小さく調整する際に大荷重が必要になり、後述する往復圧延等の不具合が生じるという問題が生じ、また、上記円錐台部1z周面の傾斜角βが１°より小さいと金属素材２の送り速度が遅くなり過ぎ、反対に、２０°より大きくなると滑りが発生する場合がある。
【００２９】
また、金属素材２をロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cが形成する圧延領域に銜え込ませる先付操作は、例えば図５(a)〜(e)に示すように、先ず比較的大きいロール間距離ｄ及び交差角α（+α）で比較的太い径(φA)の金属素材２の先端を各圧延ロール1a,1b,1c間に銜え込ませ（図５(a)参照）、次いで金属素材２の先端部のみを図中左から右方向に少しだけ送り込んで少し小さい径(φB)にまで圧延し（図５(a)及び(b)参照）、ここで各圧延ロール1a,1b,1cの交差角αを零度(０°)にして比較的大きなロール圧を加えてロール間距離ｄをより小さい値に調整し（図５(b)参照）、その後に更に交差角αを図５(a)とは逆方向の-αに切替え（図５(c)参照）、この状態で先端部を所望の比較的小さい径(φC)となるように図５(c)中右から左方向（逆方向）に圧延し（図５(c)及び(d)参照）、この先端部を所望の比較的小さい径(φC)まで圧延した後に再び交差角αを図５(c)とは逆方向の+αに切り替えて再び図４(d)中左から右方向に戻し（図５(d)及び(e)参照）、ロール組体１への金属素材２の先付を行う。このようにしてロール組体１への金属素材２の先付を行った後、図５(e)の状態で圧延操作を進め、比較的太い径(φA)の金属素材２から比較的小さい径(φC)の製品金属材を製造する。
【００３０】
更に、金属素材２をロール組体１で圧延する際の各圧延ロール1a,1b,1cの間のロール間距離ｄ、交差角α及び角速度Ｒについては、金属素材２の材質や外径の大きさ、要求される加工率（縮径率や拡径率）、ロール組体を構成する圧延ロールの数やその設計寸法等により異なり、また、これらのファクターに基づいて設定できるものであり、特に交差角αについては、４５°以下、好ましくは５〜２５°であるのがよい。この交差角αが４５°を超えるとロール滑りを起こして円滑に圧延操作を行うことが難しくなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施例に基づいて、本発明の実施の形態をより具体的に説明する。
【００３２】
図６及び図７に、本発明の実施例に係る圧延装置が示されている。この圧延装置は、基本的には、３個の圧延ロール1a,1b,1cで構成されて圧延領域を形成するロール組体１と、このロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cを回転可能に支持する３個のロール支持体3a,3b,3cと、これら各ロール支持体3a,3b,3cを保持する正六角形状のフレーム４と、上記各圧延ロール1a,1b,1cを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめる回転駆動手段５と、上記各圧延ロール1a,1b,1cのロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定するロール間距離設定手段６と、各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させる交差角設定手段７とを備えている。
【００３３】
上記各ロール支持体3a,3b,3cは、図８に示されているように、フレーム４に固定される支持体本体８と、この支持体本体８に形成されたナット部９に螺合するねじ軸10と、このねじ軸10の下端部に回転可能に連結され、上記ねじ軸10の上下動に伴って上下動する摺動部11と、この摺動部11の下端に設けられて各圧延ロール1a,1b,1cを回転自在に保持する軸受部12とで構成されている。
【００３４】
そして、上記回転駆動手段５は、図６に示されているように、一端が上記各圧延ロール1a,1b,1cの支持軸13に連結された３本のユニバーサルジョイント14と、これら各ユニバーサルジョイント14に回転駆動力を与える駆動モータ15と、上記駆動モータ15に連結された中央ギアと、この中央ギアに噛合うと共に上記各ユニバーサルジョイント14にそれぞれ連結された図示外の３個の周辺ギアとを内蔵し、回転用モータ15からの回転駆動力を減速して同じ回転方向及び各速度で各ユニバーサルジョイント14に伝達する減速機構16とで構成されており、この回転駆動手段５によって各圧延ロール1a,1b,1cに互いに等しい角速度Ｒで同じ方向の回転力を同時に付与できるようになっている。
【００３５】
また、ロール間距離設定手段６は、図８に示されているように、上記支持体本体８の上部に組み込まれ、上記ねじ軸10の上部に連結されたウオームギア17（ウオーム17a及びウオームホイール17b）と、上記各ロール支持体3a,3b,3cを構成する支持体本体８のナット部９及びねじ軸10と、上記ウオームギア17のウオーム17aに回転駆動力を付与する図示外の押圧用モータ及びこの押圧用モータから各ウオーム17aに回転駆動力を伝達する連結チェーン18とで構成されており、このロール間距離設定手段６によって各圧延ロール1a,1b,1cのロール間距離ｄを同時に互いに等しい所定の値に設定できるようになっている。
【００３６】
更に、上記交差角設定手段７は、図８及び図９に示されているように、上記各ロール支持体3a,3b,3cの摺動部11にキー19を介して連結され、この摺動部11とフレーム４との間に回転可能に設けられてラックギア20を構成する平ギア20aと、この平ギア20aに螺合してラックギア20を構成する可動ラック20bと、一端が上記可動ラック20bの一端に連結されたねじ軸21と、このねじ軸21に螺合するナット部材22と、何れかのロール支持体3a(3b,3c)のナット部材22に連結部材23を介して回転駆動力を与える駆動モータ29（図６参照）と、各ロール支持体3a,3b,3cのナット部材22の連結部材23に設けられたスプロケット23aの間に架設され、駆動モータ29に連結された連結部材23から他の連結部材23にそれぞれ駆動モータ29の回転駆動力を与える連結チェーン30とで構成されており、この交差角設定手段７により各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで同時に交差させることができるようになっている。
【００３７】
この実施例の圧延装置によれば、例えば、次のような圧延操作を行うことができる。
【００３８】
〔繰返し圧延〕
先ず、図１０(a)及び(b)に示されているように、比較的大きい径(φA)を有する金属素材２、例えば管素材2aを比較的小さい所望の径(φC)にまで圧延して製品管材2cを製造する際に、径(φA)から径(φC)までの加工率（この場合は「縮径率」である）が大きかったり、材質によって１回の圧延操作では大きな加工率を達成できないような場合には、１回の圧延操作だけでは目標の加工率を達成できない場合がある。このような場合には、先ず、比較的大きい径(φA)の管素材2aを中間の径(φB)まで圧延し（図１０(a)参照）、再び中間の径(φB)を有する管素材2bを所望の径(φC)にまで圧延して製品管材2bを製造する必要がある。この圧延操作の繰返しは、当然のことながら、必要により目標の加工率まで何回でも繰り返して行われる。
【００３９】
そして、この際に、例えば管素材2aの外径だけでなく、内径についても所望の径に調整する必要がある場合には、各圧延操作の際に大きさの異なる円錐台形プラグ24a,24bを適宜選択して用い（図１０(a)及び(b)参照）、圧延時にこの円錐台形プラグ24a,24bをロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cによって形成される圧延領域に臨ませて所定の外径及び内径を有する管素材2aから圧延により所望の外径及び内径を有する製品管材2cを製造することができる。
【００４０】
〔往復圧延〕
また、比較的大きい径(φA)を有する管素材2aを比較的小さい所望の径(φC)にまで圧延して製品管材2cを製造する別の方法として、図１１(a)及び(b)に示されているように、先ず、各圧延ロール1a,1b,1cを図示外の正の交差角+αに設定して径(φA)の管素材2aをその一端側から他端側に向けて往路方向に圧延して径(φB)の管素材2bとし（図１１(a)参照）、次いで、上記各圧延ロール1a,1b,1cを図示外の負の交差角-βに切り替えた後、上記径(φB)の管素材2bその他端側から一端側に向けて復路方向に圧延して所望の径(φC)の製品管材2cを製造する。この往復圧延の操作は、当然のことながら、必要により目標の加工率まで何回でも繰り返して行われる。
【００４１】
この往復圧延は、金属素材の径が大きくて長さが短く、多数回の冷間若しくは熱間の圧延を繰り返して多段階で所望の径の製品金属材にまで仕上げる必要がある場合に特に効果的である。例えば、金属素材の材質がタングステンであり、熱間圧延が必須である場合には、この金属素材の長さについてはこれを長くすると圧延操作の間に温度差が生じるので短くせざるを得ず、必然的に径を大きくして多段階の熱間圧延を繰り返す必要が生じるので、特に効果的である。
【００４２】
〔タンデム圧延〕
更に、例えば長尺の金属素材２を高い加工率（縮径率）で作業性良く圧延したいような場合、例えば図１２に示されているように、各圧延ロール1a,1b,1cで構成された３組のロール組体１を金属素材２の進行方向上流側から下流側にかけて上流位置、中間位置及び下流位置と互いに所定の間隔で配設し、例えば上流位置のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cについては交差角αを１０°、中間位置のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cについては交差角αを１５°及び下流位置のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cについては交差角αを２０°のように設定し、金属素材２をその上流位置のロール組体１から中間位置のロール組体１を経て下流位置のロール組体１まで連続的に通過させて圧延し、比較的大きい径(φA)の金属素材２を、中間の大きさの径(φB1及びφB2)を経て、所望の比較的小さい径(φC)の製品金属材まで圧延する。
【００４３】
このタンデム圧延においては、上流位置のロール組体１と中間位置のロール組体１との間や中間位置のロール組体１と下流位置のロール組体１との間において、例えば上流位置のロール組体１の送り速度より中間位置のロール組体１の送り速度をより速くに設定し、また、中間位置のロール組体１の送り速度より下流位置のロール組体１の送り速度をより速くに設定した場合、これらロール組体１の送り速度の差に応じて、金属素材２にテンション、バックテンションが作用するが、この金属素材２に発生するテンションは中間位置のロール組体１又は下流位置のロール組体１と金属素材２との間で滑りとして吸収されるので、圧延操作に障害となることはなく、しかも、金属素材２の組織を緻密化して平均化する作用を発揮し、結果として割れ等の欠陥が可及的に少ない製品金属材を容易に製造することができる。
【００４４】
〔管素材の拡径圧延〕
また、図１３に示されているように、例えばロール組体１には、最大径部1xの軸方向先端側に位置する円錐台部1zの高さ寸法と後端側に位置する円錐台部1zの高さ寸法とが互いに異なり、結果として最大径部1xの軸方向先端側及び後端側に形成された各円錐台部1zの周面の傾斜角βが互いに異なる軸方向非対称の各圧延ロール1a,1b,1cを使用し、このロール組体１には管素材2aの進行方向下流側の出口近傍に円錐台形プラグ24を配設し、比較的小さい径(φA)の管素材2aがロール組体１の圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグ24が管素材2aの内部を通過してこの管素材2aの径(φA)を比較的大きい径(φC)に拡大するものであり、これによって比較的小さい径(φA)の管素材2aを圧延して比較的大きい径(φC)の管材、すなわち径が拡大された製品管材を製造する。
【００４５】
〔管素材のテーパ圧延〕
更に、図１４(a)〜(d)に示されているように、管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設し（図１４(a)参照）、始めに管素材2aの先端側を最小径に縮径圧延し（図１４(b)参照）、次いで管素材2aの中間部を中間径に縮径圧延し（図１４(c)参照）、更に、管素材2aの後端側を最大径に縮径圧延し（図１４(d)参照）、再び管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設した後、再びこの管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設し、図示外の油圧機構を介してロール組体１を構成する各圧延ロール1a,1b,1cのロール間距離ｄ及び交差角αとロール組体１の圧延領域への円錐台形プラグ24の押込み速度とを無段階に制御し、これによって管素材の先端側から後端側にかけての段差を無段階に取り除き、先端側から後端側にかけてより滑らか円錐台形に形成された管材を製造する。
【００４６】
〔圧縮加工〕
更に、図１５に示されているように、ロール組体１には上記管素材2aの進行方向下流側の出口近傍に円筒形プラグ25を配設し、管素材2aの先端がロール組体１の圧延領域を通過する際にその先端部を上記円筒形プラグ25内に圧入せしめ、この先端部に肉厚が増大した厚肉部26を有する製品管材2cを製造することができる。この圧縮加工は、金属素材の材質にもよるが、通常、管素材2aの先端部を６００℃程度に加熱して熱間で行われる。
このようにして先端部に厚肉部26が形成された製品管材2cについては、例えばその厚肉部26の外周面に図示外の雄ねじを形成したり、あるいは、厚肉部26の内周面に図示外の雌ねじを形成する等のねじ加工を施すことができる。
【００４７】
〔バテット加工〕
更にまた、管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設し、管素材2aがロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cが形成する圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグ24をこのロール組体１の圧延領域内に出没させ、これによって肉厚の厚い厚肉部27と薄い薄肉部28とを交互に有する製品管材2c製造することができる。
このようにして間欠的に厚肉部27と薄肉部28とを交互に有する製品管材2cについては、例えば厚肉部27にネジ部を設け、外部ネジ付又は内部ネジ付の管接手等を製造するための原材料として用いることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の圧延方法及び圧延装置によれば、装置の小型化や騒音問題を解消することができ、しかも、単に比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できるだけでなく、種々の圧延操作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明方法の基本的な原理を説明するための説明図である。
【図２】図２は、ロール組体を構成する各圧延ロールと金属素材との位置関係を説明するために圧延ロールの側面側からみた説明図である。
【図３】図３は、ロール組体を構成する各圧延ロールと金属素材との位置関係を説明するために圧延ロールの上面側からみた説明図である。
【図４】図４は、本発明で用いる圧延ロールを説明するための側面説明図である。
【図５】図５は、金属素材の先端部をロール組体の圧延領域に先付する際の方法を説明するための説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る圧延装置を示す正面図である。
【図７】図７は、図６の左側面図である。
【図８】図８は、図６の要部を示す断面図である。
【図９】図９は、図６の交差各設定手段を示す部分断面説明図である。
【図１０】図１０は、繰返し圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、往復圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１２】図１２は、タンデム圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１３】図１３は、拡径圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１４】図１４は、テーパ圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１５】図１５は、圧延による圧縮加工の操作方法を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は、圧延によるバテット加工の操作方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ロール組体、1a,1b,1c…圧延ロール、1x…最大径部、1y…最小径部、1z…円錐台部、Ｄ…軸方向幅寸法、β…円錐台部周面の傾斜角、２…金属素材、2a,2b…管素材、2c…製品管材、RAa,RAb,Rac…各圧延ロールの中心軸、WA…金属素材の中心軸、3a,3b,3c…ロール支持体、４…フレーム、５…回転駆動手段、６…押圧手段、７…交差角設定手段、８…支持体本体、９…ナット部、10,21…ねじ軸、11…摺動部、12…軸受部、13…支持軸、14…ユニバーサルジョイント、15…駆動モータ、16…減速機構、17…ウオームギア、17a…ウオーム、17b…ウオームホイール、18,30…連結チェーン、19…キー、20…ラックギア、20a…平ギア、20b…可動ラック、22…ナット部材、23…連結部材、23a…スプロケット、24,24a,24b…円錐台形プラグ、25…円筒形プラグ、26,27…厚肉部、28…薄肉部、29…駆動モータ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間又は冷間で、金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延方法及び圧延装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平11-188,409号公報
【特許文献２】特開2000-312,906号公報
【非特許文献１】株式会社養賢堂発行、鈴木 弘著「圧延百話」第７９話、第442〜446頁（2000年3月30日）
【０００３】
熱間又は冷間で金属素材を圧延して径の異なる製品金属材を製造する方法としては、上下一対の圧延ロールを用いて圧延するコールドピルガーミルによる方法（特許文献１及び２）や、円錐形状の３個の圧延ロールを自転及び公転させながら圧延する３ロールプラネタリーミルによる方法（非特許文献１）とが知られている。
【０００４】
しかしながら、上記のコールドピルガーミルによる方法においては、圧延ロールのロールスタンドを金属素材の長さ方向に亘って往復させる必要があるために、必然的に装置が大型化するほか騒音の問題が不可避であり、しかも、比較的大きな径から比較的小さな径への圧延ができるのみで、例えば比較的小さな径の管素材を圧延して比較的大きな径の製品管材を製造することができない等の問題がある。
【０００５】
また、上記の３ロールプラネタリーミルによる方法においても、金属素材の円周回りに沿って円錐形状の３個の圧延ロールを自転及び公転させる必要があることから、上記のコールドピルガーミルの場合と同様に、必然的に装置が大型化するほか騒音の問題が不可避であり、しかも、比較的大きな径から比較的小さな径への圧延ができるのみで、例えば比較的小さな径の管素材を圧延して比較的大きな径の製品管材を製造することができない等の問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、装置の小型化や騒音問題を解消できるだけでなく、金属素材を比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できることは勿論、その逆の比較的小さな径から大きな径への圧延も可能であり、更には、所定のプラグを用いることにより、円錐台形の管材を製造したり、先端部に厚肉部を有する管材を製造したり、あるいは、厚肉部と薄肉部とを交互に有する管材を製造することも可能な圧延方法及び圧延装置について鋭意検討した結果、本発明に到達した。
【０００７】
従って、本発明は、装置の小型化や騒音問題を解消することができ、しかも、単に比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できるだけでなく種々の圧延操作を行うことができる金属素材の圧延方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明は、装置の小型化や騒音問題を解消することができ、しかも、単に比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できるだけでなく種々の圧延操作を行うことができる金属素材の圧延装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、圧延ロールが形成する圧延領域内に金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を送り込み、この金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延方法であり、軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成されたロール組体を用い、このロール組体の各圧延ロールを、金属素材に対してその円周方向互いに等角度間隔であって、金属素材の中心軸WAと各圧延ロールの中心軸RAとが互いに平行な平行平面内に位置するように配置し、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定すると共に各圧延ロールの中心軸RAを上記平行平面内で金属素材の中心軸WAに対して４５°以下の所定の交差角αで交差させ、次いで各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめることにより、上記ロール組体で形成される圧延領域内に金属素材を送り込みながら圧延することを特徴とする金属素材の圧延方法である。
【００１０】
また、本発明は、圧延ロールが形成する圧延領域内に金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を送り込み、この金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延装置であり、軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成されて圧延領域を形成するロール組体と、このロール組体の各圧延ロールを回転可能に支持する３個以上のロール支持体と、これら各ロール支持体を保持するフレームと、上記各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめる回転駆動手段と、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定するロール間距離設定手段と、各圧延ロールの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させる交差角設定手段とを備えていることを特徴とする金属素材の圧延装置である。
【００１１】
本発明において、使用するロール組体は３個以上の圧延ロールで構成されており、この圧延ロールの数は圧延対象である金属素材の径の大きさと圧延ロールの径の大きさとの関係等により適宜選択し得るものであるが、通常は３〜６個程度であり、好ましくは３個又は４個である。このロール組体に組み込まれた３個以上の圧延ロールが金属素材の円周回りに等角度間隔で当接する領域に、いわゆる圧延領域が形成される。
【００１２】
そして、このようなロール組体を構成してその圧延領域を形成する各圧延ロールについては互いに同じ大きさ及び形状のものが用いられ、また、各圧延ロールの形状は少なくとも軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有するものである。
【００１３】
この圧延ロールの形状については、好ましくは、軸方向中央部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び後端側には最小径部を有して上記最大径部を境にその軸方向先端側と後端側とが互いに同じ大きさの円錐台部に形成されているようなものであるのがよく、また、その材質、最大径部の軸方向幅寸法Ｄ、最大径部の軸方向先端側及び後端側に形成される円錐台部の周面の傾斜角β等については、金属素材の材質、径の大きさ、要求される加工率（縮径率及び拡径率）等を考慮して行われる。
【００１４】
また、本発明の圧延装置においては、上記ロール組体の各圧延ロールはロール支持体にそれぞれ個別に回転可能に支持され、また、これら各ロール支持体はフレームに保持され、更に、各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめる回転駆動手段と、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定するロール間距離設定手段と、各圧延ロールの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させる交差角設定手段とが設けられる。
【００１５】
ここで、上記回転駆動手段については、各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転させることができればよく、特に制限されるものではないが、例えば、ユニバーサルジョイント等を介して駆動モータと直結した構成としてもよい。また、上記ロール間距離設定手段については、各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定できるものであればよく、例えば、各ロール支持体にウオームギアを備えたねじ軸を設け、このねじ軸によって各圧延ロールを進退させると共に、各ねじ軸のウオームギアと駆動モータとの間をチェーン、ベルト等の連結手段で連結して各圧延ロールのロール間距離ｄを互いに等しい所定の値に設定できるようにしてもよい。更に、上記交差角設定手段については、各圧延ロールの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させることができればよく、例えば、各ロール支持体に平ギアとラックギアからなる回転機構を設け、この回転機構の各ラックギアの基端をねじ軸に連結し、これら各ねじ軸をチェーン、ベルト等の連結手段で連結して各圧延ロールの交差角αを同時に同じ角度に設定できるようにしてもよい。
【００１６】
本発明における圧延の具体的な方法としては、１つの圧延装置を用いる場合、そのロール組体の圧延領域を１回だけ通過させて所定の圧延操作を行ってもよいが、１回の圧延操作だけでは通常その充分な加工率（縮径率及び拡径率）を得ることができない場合が多いので、好ましくは、繰返し圧延操作（目標の加工率まで複数回繰り返して圧延を行う操作）を行うか、あるいは、往復圧延操作（ロール組体の各圧延ロールを正の交差角+αに設定して金属素材をその一端側から他端側に向けて往路方向に圧延した後、上記ロール組体の各圧延ロールを負の交差角-βに切り替えて金属素材をその他端側から一端側に向けて復路方向に圧延する操作）を少なくとも１往復以上行うか、あるいは、タンデム圧延操作（金属素材の進行方向上流側から下流側にかけて複数のロール組体を直列に配置し、これら各ロール組体を構成する各圧延ロールのロール間距離ｄ及び交差角αや必要により角速度Ｒ等の操作条件を調整し、金属素材を上流側のロール組体から下流側のロール組体まで連続的に通過させて圧延する操作）を行うのがよい。
【００１７】
ここで、金属素材が管素材である場合には、単に比較的大きい径の管素材を圧延して比較的径の小さい管材を製造するだけでなく、例えば、以下に示すような圧延操作が可能である。
【００１８】
すなわち、ロール組体には管素材の進行方向下流側の出口近傍に円錐台形プラグを配設し、管素材がロール組体の圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグが管素材の内部を通過してこの管素材の径を拡大するように圧延し、これによって比較的小さい径の管素材を圧延して比較的径の大きい管材、すなわち径が拡大された管材を製造することができる（以下、この圧延を「拡径圧延」という）。
【００１９】
また、管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、例えば、始めに管素材の先端側を最小径に縮径圧延し、次いで管素材の中間部を中間径に縮径圧延し、更に、管素材の後端部を最大径に縮径圧延して３段階の大きさの径を有する管素材を調整した後、再びこの管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、管素材がロール組体の圧延領域を通過する際に、この管素材の中空部内で上記円錐台形プラグをその最小径部から最大径部まで徐々に押し込み、これによって管素材の先端側から後端側にかけての段差を取り除き、先端側から後端側にかけて円錐台形に形成された管材を製造することができる（以下、この圧延を「テーパ圧延」という）。
【００２０】
このテーパ圧延に際しては、円錐台形プラグを用いて多段に圧延する際に、その最小径部から中間径部を経て最大径部を圧延する場合に限らず、逆に先に最大径部を縮径圧延し、次いで中間径部を縮径圧延した後、最小径部を縮径圧延してもよく、また、中間径部に縮径圧延してから最小径部に縮径圧延し、次いで最大径部に縮径圧延してもよい。また、段差を取り除く操作の際には、ロール組体を構成する各圧延ロールのロール間距離ｄ及び交差角αとロール組体の圧延領域への円錐台形プラグの押込み速度とを例えば油圧機構等を介して無段階に制御してもよく、これによって管素材の先端側から後端側にかけての段差を無段階に取り除き、先端側から後端側にかけてより滑らか円錐台形に形成された管材を製造することができる。
【００２１】
更に、ロール組体には上記管素材の進行方向下流側の出口近傍に円筒形プラグを配設し、管素材の先端部を加熱し、この加熱された先端部がロール組体の圧延領域を通過する際にその先端部を上記円筒形プラグ内に圧入せしめ、この先端部に肉厚が増大した厚肉部を有する管材を製造することができる（以下、この圧延を「圧縮加工」という）。
【００２２】
更にまた、管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、管素材がロール組体の圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグをこのロール組体の圧延領域に間欠的に出没させ、これによって肉厚の厚い厚肉部と薄い薄肉部とを交互に有する管材を製造することができる（以下、この圧延を「バテット加工」という）。
【００２３】
以下、添付図面に基づいて、本発明の圧延方法の基本的な原理を説明すると、以下の通りである。
図１(a)〜図１(c)には、軸方向中央部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び後端側に最小径部を有する３個の圧延ロール1a,1b,1cで構成されたロール組体１を用いて金属素材２を圧延する様子が模式的に示されており、また、図２及び図３には、図１(b)のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cとこのロール組体１で圧延される金属素材２との位置関係が模式的に示されている。
【００２４】
図１(a)は、圧延操作開始前の状態を示しており、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cは、その中心軸RAa,RAb,RAcがいずれも互いに平行な関係に位置し、また、互いに等しい角度間隔に配置されており、この状態で、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cはそのロール間距離ｄが互いに等しい所定の値に設定される。
【００２５】
また、図１(b)においては、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cが形成する圧延領域に図１(b)中左から右方向に金属素材２が送り込まれて圧延されている状態が示されており、上記各各圧延ロール1a,1b,1cは金属素材２に対してその円周方向互いに等しい角度間隔に位置し、また、これら各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAa,RAb,Racは、金属素材２の中心軸WAが位置する平面と平行な平行平面内に位置している（図２参照）と共に、この平行平面内で金属素材２の中心軸WAに対して４５°以下の交差角α（+αとする）で交差している（図３参照）。
【００２６】
そして、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cは、金属素材２との上記位置関係を維持しながら、互いに等しい角速度Ｒで同じ方向〔図１(b)の場合は反時計方向〕に回転しており、これによって、比較的大きい径の金属素材２は、時計方向に回転しつつ図１(b)中左から右方向に移動し、各圧延ロール1a,1b,1cの最大径部に内接する仮想円（その大きさはロール間距離ｄと交差角αの絶対値とによって決まる）に相当する比較的小さい径の製品金属材に圧延される。
【００２７】
また、図１(c)においては、ロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAa,RAb,Racが、上記図１(b)の場合とは異なり、金属素材２の中心軸WAが位置する平面と平行な平面内で、金属素材２の中心軸WAに対して４５°以下の交差角α（-αとする）で反対方向に交差しており、これによって、比較的大きい径の金属素材２は、時計方向に回転しつつ図１(c)中右から左方向に移動し、図１(b)と同様に、各圧延ロール1a,1b,1cの最大径部に内接する仮想円に相当する比較的小さい径の製品金属材に圧延される。
【００２８】
ここで、本発明の圧延方法で用いる圧延ロールについては、典型的には、例えば図４に示すように、軸方向中央部に最大径部1xを有すると共に軸方向先端側及び後端側にはそれぞれ最小径部1yを有して上記最大径部を境にその軸方向先端側と後端側とが互いに同じ大きさの円錐台部1zに形成されているようなものであるのがよく、上記最大径部1xの軸方向幅寸法Ｄが好ましくは０〜１０mm、より好ましくは０〜５mmであり、更に、この最大径部1xの軸方向先端側及び後端側に形成された円錐台部1zの周面の傾斜角βが１〜２０°、より好ましくは５〜１５°であるのがよい。上記最大径部1xの軸方向幅寸法Ｄが１０mmより大きくなると圧延領域に金属素材を送り込んだ状態でロール間距離ｄを小さく調整する際に大荷重が必要になり、後述する往復圧延等の不具合が生じるという問題が生じ、また、上記円錐台部1z周面の傾斜角βが１°より小さいと金属素材２の送り速度が遅くなり過ぎ、反対に、２０°より大きくなると滑りが発生する場合がある。
【００２９】
また、金属素材２をロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cが形成する圧延領域に銜え込ませる先付操作は、例えば図５(a)〜(e)に示すように、先ず比較的大きいロール間距離ｄ及び交差角α（+α）で比較的太い径(φA)の金属素材２の先端を各圧延ロール1a,1b,1c間に銜え込ませ（図５(a)参照）、次いで金属素材２の先端部のみを図中左から右方向に少しだけ送り込んで少し小さい径(φB)にまで圧延し（図５(a)及び(b)参照）、ここで各圧延ロール1a,1b,1cの交差角αを零度(０°)にして比較的大きなロール圧を加えてロール間距離ｄをより小さい値に調整し（図５(b)参照）、その後に更に交差角αを図５(a)とは逆方向の-αに切替え（図５(c)参照）、この状態で先端部を所望の比較的小さい径(φC)となるように図５(c)中右から左方向（逆方向）に圧延し（図５(c)及び(d)参照）、この先端部を所望の比較的小さい径(φC)まで圧延した後に再び交差角αを図５(c)とは逆方向の+αに切り替えて再び図４(d)中左から右方向に戻し（図５(d)及び(e)参照）、ロール組体１への金属素材２の先付を行う。このようにしてロール組体１への金属素材２の先付を行った後、図５(e)の状態で圧延操作を進め、比較的太い径(φA)の金属素材２から比較的小さい径(φC)の製品金属材を製造する。
【００３０】
更に、金属素材２をロール組体１で圧延する際の各圧延ロール1a,1b,1cの間のロール間距離ｄ、交差角α及び角速度Ｒについては、金属素材２の材質や外径の大きさ、要求される加工率（縮径率や拡径率）、ロール組体を構成する圧延ロールの数やその設計寸法等により異なり、また、これらのファクターに基づいて設定できるものであり、特に交差角αについては、４５°以下、好ましくは５〜２５°であるのがよい。この交差角αが４５°を超えるとロール滑りを起こして円滑に圧延操作を行うことが難しくなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施例に基づいて、本発明の実施の形態をより具体的に説明する。
【００３２】
図６及び図７に、本発明の実施例に係る圧延装置が示されている。この圧延装置は、基本的には、３個の圧延ロール1a,1b,1cで構成されて圧延領域を形成するロール組体１と、このロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cを回転可能に支持する３個のロール支持体3a,3b,3cと、これら各ロール支持体3a,3b,3cを保持する正六角形状のフレーム４と、上記各圧延ロール1a,1b,1cを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめる回転駆動手段５と、上記各圧延ロール1a,1b,1cのロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定するロール間距離設定手段６と、各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させる交差角設定手段７とを備えている。
【００３３】
上記各ロール支持体3a,3b,3cは、図８に示されているように、フレーム４に固定される支持体本体８と、この支持体本体８に形成されたナット部９に螺合するねじ軸10と、このねじ軸10の下端部に回転可能に連結され、上記ねじ軸10の上下動に伴って上下動する摺動部11と、この摺動部11の下端に設けられて各圧延ロール1a,1b,1cを回転自在に保持する軸受部12とで構成されている。
【００３４】
そして、上記回転駆動手段５は、図６に示されているように、一端が上記各圧延ロール1a,1b,1cの支持軸13に連結された３本のユニバーサルジョイント14と、これら各ユニバーサルジョイント14に回転駆動力を与える駆動モータ15と、上記駆動モータ15に連結された中央ギアと、この中央ギアに噛合うと共に上記各ユニバーサルジョイント14にそれぞれ連結された図示外の３個の周辺ギアとを内蔵し、回転用モータ15からの回転駆動力を減速して同じ回転方向及び各速度で各ユニバーサルジョイント14に伝達する減速機構16とで構成されており、この回転駆動手段５によって各圧延ロール1a,1b,1cに互いに等しい角速度Ｒで同じ方向の回転力を同時に付与できるようになっている。
【００３５】
また、ロール間距離設定手段６は、図８に示されているように、上記支持体本体８の上部に組み込まれ、上記ねじ軸10の上部に連結されたウオームギア17（ウオーム17a及びウオームホイール17b）と、上記各ロール支持体3a,3b,3cを構成する支持体本体８のナット部９及びねじ軸10と、上記ウオームギア17のウオーム17aに回転駆動力を付与する図示外の押圧用モータ及びこの押圧用モータから各ウオーム17aに回転駆動力を伝達する連結チェーン18とで構成されており、このロール間距離設定手段６によって各圧延ロール1a,1b,1cのロール間距離ｄを同時に互いに等しい所定の値に設定できるようになっている。
【００３６】
更に、上記交差角設定手段７は、図８及び図９に示されているように、上記各ロール支持体3a,3b,3cの摺動部11にキー19を介して連結され、この摺動部11とフレーム４との間に回転可能に設けられてラックギア20を構成する平ギア20aと、この平ギア20aに螺合してラックギア20を構成する可動ラック20bと、一端が上記可動ラック20bの一端に連結されたねじ軸21と、このねじ軸21に螺合するナット部材22と、何れかのロール支持体3a(3b,3c)のナット部材22に連結部材23を介して回転駆動力を与える駆動モータ29（図６参照）と、各ロール支持体3a,3b,3cのナット部材22の連結部材23に設けられたスプロケット23aの間に架設され、駆動モータ29に連結された連結部材23から他の連結部材23にそれぞれ駆動モータ29の回転駆動力を与える連結チェーン30とで構成されており、この交差角設定手段７により各圧延ロール1a,1b,1cの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで同時に交差させることができるようになっている。
【００３７】
この実施例の圧延装置によれば、例えば、次のような圧延操作を行うことができる。
【００３８】
〔繰返し圧延〕
先ず、図１０(a)及び(b)に示されているように、比較的大きい径(φA)を有する金属素材２、例えば管素材2aを比較的小さい所望の径(φC)にまで圧延して製品管材2cを製造する際に、径(φA)から径(φC)までの加工率（この場合は「縮径率」である）が大きかったり、材質によって１回の圧延操作では大きな加工率を達成できないような場合には、１回の圧延操作だけでは目標の加工率を達成できない場合がある。このような場合には、先ず、比較的大きい径(φA)の管素材2aを中間の径(φB)まで圧延し（図１０(a)参照）、再び中間の径(φB)を有する管素材2bを所望の径(φC)にまで圧延して製品管材2bを製造する必要がある。この圧延操作の繰返しは、当然のことながら、必要により目標の加工率まで何回でも繰り返して行われる。
【００３９】
そして、この際に、例えば管素材2aの外径だけでなく、内径についても所望の径に調整する必要がある場合には、各圧延操作の際に大きさの異なる円錐台形プラグ24a,24bを適宜選択して用い（図１０(a)及び(b)参照）、圧延時にこの円錐台形プラグ24a,24bをロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cによって形成される圧延領域に臨ませて所定の外径及び内径を有する管素材2aから圧延により所望の外径及び内径を有する製品管材2cを製造することができる。
【００４０】
〔往復圧延〕
また、比較的大きい径(φA)を有する管素材2aを比較的小さい所望の径(φC)にまで圧延して製品管材2cを製造する別の方法として、図１１(a)及び(b)に示されているように、先ず、各圧延ロール1a,1b,1cを図示外の正の交差角+αに設定して径(φA)の管素材2aをその一端側から他端側に向けて往路方向に圧延して径(φB)の管素材2bとし（図１１(a)参照）、次いで、上記各圧延ロール1a,1b,1cを図示外の負の交差角-βに切り替えた後、上記径(φB)の管素材2bその他端側から一端側に向けて復路方向に圧延して所望の径(φC)の製品管材2cを製造する。この往復圧延の操作は、当然のことながら、必要により目標の加工率まで何回でも繰り返して行われる。
【００４１】
この往復圧延は、金属素材の径が大きくて長さが短く、多数回の冷間若しくは熱間の圧延を繰り返して多段階で所望の径の製品金属材にまで仕上げる必要がある場合に特に効果的である。例えば、金属素材の材質がタングステンであり、熱間圧延が必須である場合には、この金属素材の長さについてはこれを長くすると圧延操作の間に温度差が生じるので短くせざるを得ず、必然的に径を大きくして多段階の熱間圧延を繰り返す必要が生じるので、特に効果的である。
【００４２】
〔タンデム圧延〕
更に、例えば長尺の金属素材２を高い加工率（縮径率）で作業性良く圧延したいような場合、例えば図１２に示されているように、各圧延ロール1a,1b,1cで構成された３組のロール組体１を金属素材２の進行方向上流側から下流側にかけて上流位置、中間位置及び下流位置と互いに所定の間隔で配設し、例えば上流位置のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cについては交差角αを１０°、中間位置のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cについては交差角αを１５°及び下流位置のロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cについては交差角αを２０°のように設定し、金属素材２をその上流位置のロール組体１から中間位置のロール組体１を経て下流位置のロール組体１まで連続的に通過させて圧延し、比較的大きい径(φA)の金属素材２を、中間の大きさの径(φB1及びφB2)を経て、所望の比較的小さい径(φC)の製品金属材まで圧延する。
【００４３】
このタンデム圧延においては、上流位置のロール組体１と中間位置のロール組体１との間や中間位置のロール組体１と下流位置のロール組体１との間において、例えば上流位置のロール組体１の送り速度より中間位置のロール組体１の送り速度をより速くに設定し、また、中間位置のロール組体１の送り速度より下流位置のロール組体１の送り速度をより速くに設定した場合、これらロール組体１の送り速度の差に応じて、金属素材２にテンション、バックテンションが作用するが、この金属素材２に発生するテンションは中間位置のロール組体１又は下流位置のロール組体１と金属素材２との間で滑りとして吸収されるので、圧延操作に障害となることはなく、しかも、金属素材２の組織を緻密化して平均化する作用を発揮し、結果として割れ等の欠陥が可及的に少ない製品金属材を容易に製造することができる。
【００４４】
〔管素材の拡径圧延〕
また、図１３に示されているように、例えばロール組体１には、最大径部1xの軸方向先端側に位置する円錐台部1zの高さ寸法と後端側に位置する円錐台部1zの高さ寸法とが互いに異なり、結果として最大径部1xの軸方向先端側及び後端側に形成された各円錐台部1zの周面の傾斜角βが互いに異なる軸方向非対称の各圧延ロール1a,1b,1cを使用し、このロール組体１には管素材2aの進行方向下流側の出口近傍に円錐台形プラグ24を配設し、比較的小さい径(φA)の管素材2aがロール組体１の圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグ24が管素材2aの内部を通過してこの管素材2aの径(φA)を比較的大きい径(φC)に拡大するものであり、これによって比較的小さい径(φA)の管素材2aを圧延して比較的大きい径(φC)の管材、すなわち径が拡大された製品管材を製造する。
【００４５】
〔管素材のテーパ圧延〕
更に、図１４(a)〜(d)に示されているように、管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設し（図１４(a)参照）、始めに管素材2aの先端側を最小径に縮径圧延し（図１４(b)参照）、次いで管素材2aの中間部を中間径に縮径圧延し（図１４(c)参照）、更に、管素材2aの後端側を最大径に縮径圧延し（図１４(d)参照）、再び管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設した後、再びこの管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設し、図示外の油圧機構を介してロール組体１を構成する各圧延ロール1a,1b,1cのロール間距離ｄ及び交差角αとロール組体１の圧延領域への円錐台形プラグ24の押込み速度とを無段階に制御し、これによって管素材の先端側から後端側にかけての段差を無段階に取り除き、先端側から後端側にかけてより滑らか円錐台形に形成された管材を製造する。
【００４６】
〔圧縮加工〕
更に、図１５に示されているように、ロール組体１には上記管素材2aの進行方向下流側の出口近傍に円筒形プラグ25を配設し、管素材2aの先端がロール組体１の圧延領域を通過する際にその先端部を上記円筒形プラグ25内に圧入せしめ、この先端部に肉厚が増大した厚肉部26を有する製品管材2cを製造することができる。この圧縮加工は、金属素材の材質にもよるが、通常、管素材2aの先端部を６００℃程度に加熱して熱間で行われる。
このようにして先端部に厚肉部26が形成された製品管材2cについては、例えばその厚肉部26の外周面に図示外の雄ねじを形成したり、あるいは、厚肉部26の内周面に図示外の雌ねじを形成する等のねじ加工を施すことができる。
【００４７】
〔バテット加工〕
更にまた、管素材2aの中空部内に円錐台形プラグ24を配設し、管素材2aがロール組体１の各圧延ロール1a,1b,1cが形成する圧延領域を通過する際に、上記円錐台形プラグ24をこのロール組体１の圧延領域内に出没させ、これによって肉厚の厚い厚肉部27と薄い薄肉部28とを交互に有する製品管材2c製造することができる。
このようにして間欠的に厚肉部27と薄肉部28とを交互に有する製品管材2cについては、例えば厚肉部27にネジ部を設け、外部ネジ付又は内部ネジ付の管接手等を製造するための原材料として用いることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の圧延方法及び圧延装置によれば、装置の小型化や騒音問題を解消することができ、しかも、単に比較的大きな径から比較的小さな径に圧延できるだけでなく、種々の圧延操作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明方法の基本的な原理を説明するための説明図である。
【図２】図２は、ロール組体を構成する各圧延ロールと金属素材との位置関係を説明するために圧延ロールの側面側からみた説明図である。
【図３】図３は、ロール組体を構成する各圧延ロールと金属素材との位置関係を説明するために圧延ロールの上面側からみた説明図である。
【図４】図４は、本発明で用いる圧延ロールを説明するための側面説明図である。
【図５】図５は、金属素材の先端部をロール組体の圧延領域に先付する際の方法を説明するための説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る圧延装置を示す正面図である。
【図７】図７は、図６の左側面図である。
【図８】図８は、図６の要部を示す断面図である。
【図９】図９は、図６の交差各設定手段を示す部分断面説明図である。
【図１０】図１０は、繰返し圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、往復圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１２】図１２は、タンデム圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１３】図１３は、拡径圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１４】図１４は、テーパ圧延の操作方法を説明するための説明図である。
【図１５】図１５は、圧延による圧縮加工の操作方法を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は、圧延によるバテット加工の操作方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ロール組体、1a,1b,1c…圧延ロール、1x…最大径部、1y…最小径部、1z…円錐台部、Ｄ…軸方向幅寸法、β…円錐台部周面の傾斜角、２…金属素材、2a,2b…管素材、2c…製品管材、RAa,RAb,Rac…各圧延ロールの中心軸、WA…金属素材の中心軸、3a,3b,3c…ロール支持体、４…フレーム、５…回転駆動手段、６…押圧手段、７…交差角設定手段、８…支持体本体、９…ナット部、10,21…ねじ軸、11…摺動部、12…軸受部、13…支持軸、14…ユニバーサルジョイント、15…駆動モータ、16…減速機構、17…ウオームギア、17a…ウオーム、17b…ウオームホイール、18,30…連結チェーン、19…キー、20…ラックギア、20a…平ギア、20b…可動ラック、22…ナット部材、23…連結部材、23a…スプロケット、24,24a,24b…円錐台形プラグ、25…円筒形プラグ、26,27…厚肉部、28…薄肉部、29…駆動モータ。
Claims (8)
- 圧延ロールが形成する圧延領域内に金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を送り込み、この金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延方法であり、軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成されたロール組体を用い、このロール組体の各圧延ロールを、金属素材に対してその円周方向互いに等角度間隔であって、金属素材の中心軸WAと各圧延ロールの中心軸RAとが互いに平行な平行平面内に位置するように配置し、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定すると共に各圧延ロールの中心軸RAを上記平行平面内で金属素材の中心軸WAに対して４５°以下の所定の交差角αで交差させ、次いで各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめることにより、上記ロール組体で形成される圧延領域内に金属素材を送り込みながら圧延することを特徴とする金属素材の圧延方法。
- ロール組体の各圧延ロールを正の交差角+αに設定して金属素材をその一端側から他端側に向けて往路方向に圧延した後、上記ロール組体の各圧延ロールを負の交差角-αに切り替えて金属素材をその他端側から一端側に向けて復路方向に圧延する往復圧延操作を、少なくとも１往復以上行う請求項１に記載の金属素材の圧延方法。
- 金属素材の進行方向上流側から下流側にかけて複数のロール組体を直列に配置し、これら各ロール組体を構成する各圧延ロールのロール間距離ｄ及び交差角αを調整し、金属素材を上流側のロール組体から下流側のロール組体まで連続的に通過させる請求項１に記載の金属素材の圧延方法。
- 金属素材が管素材であり、ロール組体には上記管素材の進行方向下流側の出口近傍に円錐台形プラグを配設し、上記管素材がロール組体の圧延領域を通過する際に上記円錐台形プラグが管素材の内部を通過するようにして、径が拡大された管材を製造する請求項１に記載の金属素材の圧延方法。
- 金属素材が管素材であり、この管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、ロール組体を通過する管素材の中空部内で上記円錐台形プラグをロール組体の圧延領域に出没させ、内径が上記円錐台形プラグの外径に略々倣った円錐台形の管材を製造する請求項１に記載の金属素材の圧延方法。
- 金属素材が管素材であり、ロール組体には上記管素材の進行方向下流側の出口近傍に円筒形プラグを配設し、上記ロール組体の圧延領域を通過した管素材の先端部を上記円筒形プラグ内に圧入せしめ、先端部に厚肉部を有する管材を製造する請求項１に記載の金属素材の圧延方法。
- 金属素材が管素材であり、この管素材の中空部内に円錐台形プラグを配設し、上記管素材の中空部内で上記円錐台形プラグをロール組体の圧延領域に出没させ、厚肉部と薄肉部とを交互に有する管材を製造する請求項１に記載の金属素材の圧延方法。
- 圧延ロールが形成する圧延領域内に金属製の管素材又は中実棒素材からなる金属素材を送り込み、この金属素材を圧延して径の異なる管材又は中実棒材からなる製品金属材を製造する金属素材の圧延装置であり、軸方向中間部に最大径部を有すると共に軸方向先端側及び／又は後端側に最小径部を有する３個以上の圧延ロールで構成されて圧延領域を形成するロール組体と、このロール組体の各圧延ロールを回転可能に支持する３個以上のロール支持体と、これら各ロール支持体を保持するフレームと、上記各圧延ロールを互いに等しい角速度Ｒで同じ方向に回転せしめる回転駆動手段と、上記各圧延ロールの間のロール間距離ｄを互いに等しい値に維持しながら所定の値に設定するロール間距離設定手段と、各圧延ロールの中心軸RAを金属素材の中心軸WAに対して互いに等しい交差角αで交差させる交差角設定手段とを備えていることを特徴とする金属素材の圧延装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002363400A JP2004195468A (ja) | 2002-12-16 | 2002-12-16 | 金属素材の圧延方法及び圧延装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| JP2002363400A Pending JP2004195468A (ja) | 2002-12-16 | 2002-12-16 | 金属素材の圧延方法及び圧延装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004195468A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160044397A (ko) * | 2014-10-15 | 2016-04-25 | 산-에키 리미티드 | 압연장치 및 압연방법 |
| CN115891018A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-04-04 | 河北一川胶带集团有限公司 | 一种输送带成型系统 |
-
2002
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