JP2004197173A

JP2004197173A - 切断機の素材表面処理方法とその装置

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Publication number: JP2004197173A
Application number: JP2002367905A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Shiokawa; 博康塩川
Original assignee: Manyo Co Ltd
Current assignee: Manyo Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】被切断物である素材表面の油性分等の付着物を取り除くようにしてから切断し、切断精度を向上させる。
【解決手段】素材供給装置２によって切断機３に送り込まれる素材４を切断前にゴムシート、ブラシ、超音波洗浄装置等の払拭装置１ａ、又は洗浄装置等で油性分等の付着物を払拭し、洗浄装置１ｂで洗浄する。この表面処理によって素材は滑らかになり、素材４を滑らせることなく切断できる。切断されたビレットの形状は一定となり、重量誤差が軽減される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切断のため切断機に供給される素材の表面処理に関する。更に詳しくは、せん断によって切断する切断機に供給される素材を供給通路内で払拭洗浄する表面処理技術及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄、非鉄の金属素材、特に棒材から種々の製品を加工するに際し、丸材又は角材等の棒材を適宜の長さに切断することが必要となる。この切断方法については、従来から鋸盤を利用して切断することは周知であり、今も規模の小さい企業においては広く実施されている。又、鍛造目的の素材取り方法として、せん断を利用したいわゆるシャー方式の切断機で棒材を切断することも公知である。
【０００３】
特に熱間鍛造分野での素材取り方法としては、殆どこのシャー方式にのものが利用されている。このシャー方式の切断方法は、長尺の棒材に軸線方向に加圧した状態でシャーにより切断する拘束切断方法が知られている。この拘束切断方法は、高速寸断によりビレットを量産する方法であり、鋸盤等に比し、短時間に大量の材料切断ができ、切断時に切り屑が発生せず材料歩留まりがよい等の利点を有している。又、押し出しビレット等のロッドを洗浄する技術も公知であり、これらシャー方式に関する従来の切断技術も公知であり、同一出願人も提案しており、以下に示す特許文献に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１５５１３６号公報
【特許文献２】
特開平６−２２６５２５号公報
【特許文献３】
特開平８−１７３９２４号公報
【特許文献４】
特開平１０−２９６５２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
切断された切断片はビレットと称し、このためこの切断機をビレットシャーと称することもある。切断機の性能を決定づける要素の一つに「切断精度」がある。他に「切断速度」等もあるが、「切断精度」は、ビレットの精度、品質等を直接決定付けるので切断機の性能を判断する上で最も重要な判断基準を示す。ビレットの「切断精度」は、棒材から切断されたビレット個々の重量あるいは寸法精度であり、細分すると「切断重量精度」、「切断面直角精度」、「切断変形精度」となる。
【０００６】
「切断重量精度」は、切断されたビレット個々の重量が正規のビレット重量に対しての割合を示したものであり、正規のビレット重量に対してのビレット個々の重量との誤差を、正規のビレット重量に対してのパーセントで表したものである。この切断重量精度は、切断する素材の材質や抗張力によって左右され、切断されたビレットの長さによっても変化する。
【０００７】
しかし、棒材の直径の変化に対してはあまり左右されない結果が出ている。精度の基礎条件として、切断長さを直径の２倍の長さで切断した場合の切断精度の例を表１に示す。切断する際、素材は切断方向に対し直角方向、即ち素材の軸線方向にどうしてもズレが生じる。このため切断重量精度（重量誤差）は、材質等により異なってくる。例えば、硬質材料の場合は切断重量精度が小さい値となり、軟質材料の場合は切断重量精度が大きい値となる傾向がある。
【０００８】
【表１】

【０００９】
「切断重量精度」は、計量により簡便で直ぐ結果が出るので、特に重用視されている。又、傾向として、切断重量精度の良くないものは、「直角精度」、「変形精度」も悪い場合が多い。前述のとおり、切断機の性能評価をする場合、その切断品であるビレットの切断重量精度に左右される。最近は、この精度の向上が強く望まれている。最近の切断機においては、切断重量精度を一定にするため、素材を予め加工仕上げをして切断することも行われている。
【００１０】
素材の棒材は、製鋼所で圧延されたままの状態で冷却されたいわゆる「黒皮材」と称しているものである。その多くは、棒材の表皮に酸化被膜層が存在している。この酸化被膜層は運搬過程で剥がれ落ちることもあり、「黒皮材」の直径は圧延過程の誤差もあり一定しない。従って、このように圧延された棒材を前もって処理をしないで切断すると、切断重量精度に大きなばらつきが生じる。近年鍛造精度の向上に伴って、従来切削で加工されていた部品も鍛造による加工に替わってきている。
【００１１】
このため鍛造部品となる素材から切断されたビレットは、高精密鍛造品の生産のため、高精度のものが要求されている。これを満足するため、前述したように切断する前に素材の直径を一定にするため外形加工を行って滑らかにしている。しかし、この従来の方法は、切断機とは異なる別の機械で加工しなければならず、又コストの高いものになっていた。更に、ピーリングによる切削以外の外形加工を例えば、引き抜き、あるいは矯正ロール加工等によって行う方法もあるが、外形表面は、いずれの加工においても、切削剤、油性分を含む潤滑剤等が使用されている。このため表面粗度は微細で滑らかであるが滑り易くなっている。
【００１２】
切断による切断重量精度を悪くする起因は切断機によるものと、棒材側によるものとがある。切断機に起因するものは、定寸装置が何らかの原因で不安定な状態になり、ビレットの切断長さに変動が生じた場合、固定されている下刃に対して可動刃である上刃が棒材を切断中に棒材の軸方向にズレが発生する場合、棒材の先端を定寸装置に押し付けるピンチローラ装置に異常が生じ、先端が定寸装置に密着しない場合、等がある。
【００１３】
又、棒材側に起因するものでは、棒材の直径公差が均一でなく、定尺内で寸法ばらつきがある場合、棒材の直径公差が均一であっても、定尺内で材料硬度（抗張力）のばらつきがある場合、棒材表面に油性分又はパウダー状の物質が付着している場合等がある。切断機に関するものは、設計上の改善で解決できるが、棒材側のものについて根本的に解決する方策はなされていなかった。
【００１４】
一般に切断対象となる素材の金属は、合金棒鋼材の鉄製品である。この合金棒鋼材は、前述のとおり、製鋼工場で圧延された後、冷却床で自然放冷させたものである。従って、表面には、酸化鉄の被膜層が生じており、この被膜層は下層の鋼とともに剥離し易い。剥離すると、剥離部分の直径は０．２〜０．３ｍｍも小さくなり、表面粗度もよくない。このようなことで、剥離部分を均等に取り除き棒材の表面を滑らかに施しても、油性分が付着していることで、切断重量精度の向上が伴わない問題点が生じていた。
【００１５】
本発明は、前述のような技術的背景に基づいてなされたものであり、下記のような目的を達成する。本発明の目的は、切断する素材の表面を均一にし油性分等の付着物を取り除くようにしてから切断する切断機の素材表面処理方法及びその装置を提供することにある。本発明の他の目的は、構成をコンパクトにし、低コストの切断機の素材表面処理方法及びその装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
発明１の切断機の素材表面処理方法は、交叉する刃物で素材を押し切って切断する切断機と、この切断機に前記素材を送り込む素材供給装置とにおいて、前記素材供給装置で送られた前記素材を前記切断機に送り切断される前に供給通路内で前記素材の表面を払拭する行程と、払拭された前記素材の表面を前記供給通路内で洗浄液により洗浄する行程とからなっている。
【００１７】
発明２の切断機の素材表面処理装置は、交叉する刃物で素材を押し切って切断する切断機と、この切断機に前記素材を送り込む素材供給装置とにおいて、前記切断機の素材挿入側に位置して前記素材供給装置の供給通路内に設けられ、前記素材の表面を払拭する払拭装置と、この払拭装置に隣接して前記供給通路内に設けられ、払拭された前記素材の表面を洗浄液により洗浄する洗浄装置とからなっている
発明３の切断機の素材表面処理装置は、発明２において、前記払拭装置は弾性材に前記素材が通過することで前記素材の表面を払拭する構成のものであることを特徴としている。弾性材は、例えばゴム、熱可塑性合成樹脂弾性体、金属板等の素材でシート状のもの、短冊状のものが良い。
【００１８】
発明４の切断機の素材表面処理装置は、発明２において、前記払拭装置はブラシで前記素材の表面を払拭する構成のものであることを特徴としている。
発明５の切断機の素材表面処理装置は、発明２において、前記払拭装置は圧縮空気を吐出させ前記素材の表面を払拭する構成のものであることを特徴としている。
【００１９】
発明６の切断機の素材表面処理装置は、発明２において、前記払拭装置は磁歪振動子の振動で前記洗浄液を振動させて前記素材の表面を洗浄する構成のものであることを特徴とする。
発明７の切断機の素材表面処理装置は、発明２において、前記洗浄装置の洗浄液は洗浄後回収され、洗浄に再利用される構成になっていることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の切断機の素材表面処理装置１を含む素材供給装置２の正面図、図２は、図１の平面図を示している。図１及び図２は、本発明の装置が素材供給装置２上の切断機３側に設置された状態を示している。図において、詳細は図示していないが、切断機３は、素材供給装置２の端部に接続され、素材供給装置２上を供給される素材４を所定寸法受け入れて、切断する構成になっている。
【００２１】
この全体構成を示した例が図３である。この図に示す切断機３は、拘束切断機の例を示しており、供給された素材４を素材４の軸線方向に加圧して拘束し切断するものである。その構成を模式的に図４で示す。この切断機３の構成そのものは、本発明の趣旨とするところでないが、本発明を理解する一助のために概要を説明する。切断機３に素材供給装置２から送り込まれた素材４は、切断機３のストッパー５に突き当て、切断所定長さが決められる。
【００２２】
切断機３は固定刃６と移動刃７を有して、素材４は固定刃６から所定寸法突き出され、ストッパー５に挟持され移動刃７の移動で押し切って切断される。固定刃６は円筒刃になっていて、特殊鋼を鍛造したものを熱処理して仕上げられたものである。固定刃６から突き出し位置決めされた素材４は、前述のように移動刃７の移動で切断される。固定刃６の端面からストッパー５間が、切断される素材４、即ちビレットの所定寸法となる。
【００２３】
２つの刃は、図示はしていないが、１つの刃物ケースに収納したカセット構成になっていて、ワンタッチで２つの刃は同時に交換ができる。刃物ケースは、Ｃ字形状をなす強固な剛性のフレームに組み込まれ、大きな切断力による切断を可能としている。ストッパー５は、検知方式を採用しているので、確実な素材４の突き出し寸法管理ができる。送り込まれた素材４は、切断時に軸方向の移動を規制しかつ剪断面を精密にするため拘束力を与えられている。
【００２４】
これはクランプ装置８のピンチローラーにより素材４に圧縮力を与え、素材４のバックリング等を防止する構成になっている。素材供給装置２の送材ローラーは、特殊鋼を焼き入れしたもので、耐摩耗性を有するものである。又、適宜位置にテンション装置を設けているので、この素材供給装置２は、振動騒音のない構成となっている。これらの切断行程は全自動で行われ、そのための制御が切断機に付随して設けられた制御装置によって行われる。
【００２５】
本発明の目的は、素材に付着する油性分や錆等の付着物を除去し、ビレットの重量誤差を軽減することにあるが、次に重量誤差を生じさせる原因について説明する。図５〜図７は、模式的に示した説明図であるが、図５は、切断の初期段階のもので、移動刃７が矢印方向に移動して素材４を切断する行程に入る直前の状態を示している。素材４はストッパー５で位置決めされ、固定刃６に固定された状態で対峙している。通常切断線９は図示のように想定される。
【００２６】
図６は、切断行程の初段階の状態を示している。素材４は、ビレット部分が切断により圧縮され、移動刃７の食い込みにより切断部分が膨張し、素材４に亀裂１０が生じる。ストッパー５は規制され不動であるので、素材４には軸方向後方に逃げの力が働く。移動刃７部分においてはＡ矢印のように、又固定刃６部分においてはＢ矢印のようにせん断圧力が発生し亀裂１０が発生する。このとき固定刃６側に素材４を軸方向Ｃにずらす力が生じる。
【００２７】
固定刃６のクランプ装置８にこの力に耐えるクランプ力があればずれないが、素材４に油性分や錆等の付着物があると素材４はずれ、そのためせん断による断面形状が変化する。素材４の表面の状態が一定しないと、ビレット毎に断面形状が異なることになる。図７は、ビレット部分が素材４から塑性変形し切断された状態を示している。図の矢印のように素材４がずれると、ビレットの切断面は大きなうねり１１が生じ、前述のように、素材表面に油性分等滑りの原因となる付着物があると、ビレット毎にうねり１１は異なり、従って、重量がビレット毎に異なることになる。
【００２８】
次に本発明の主要部をなす素材表面処理装置１の払拭装置１ａと洗浄装置１ｂについて詳述する。本発明の装置は、図１に示すように切断機３に素材４が供給される直前の素材供給装置２上に設置され、ボックス内に納められた構成であるが、その主要部の構成について説明する。図８から図１４は、払拭装置に関わるものである。図８，図９は、ゴムシート１２を２つの鉄板１３で挟んだ構成のもので、合成ゴム、天然ゴム等のゴムシート１２の中央部に円形状に開けられた穴１４に素材４を通過させる構成である。
【００２９】
穴１４の内径は素材４径より小さくし、素材４がこの穴１４を通過するとき強制的に穴４をゴムの弾性力に抗して押し広げる。このときゴムの弾性押圧力で素材４をしごき、素材４に付着している油性分等の付着物を払拭する。この実施の形態の場合は、油性分等比較的付着力が弱く、小さなしごき力でも取り除けるものが対象になる。図１０は、図９に比し更にゴムシート１２穴径を小さくしたもので、素材４に接触するゴムシート１２ａの軸方向の長さＬが長くなるので、範囲の広い素材径に対応できる。又、この方式でゴムの代わりに金属を使用したのが、図１１の例である。図１１は、バネ鋼１５を使用した例で、バネ鋼１５の中央部の穴側から径方向外側に放射状にすり割１６を入れ、バネ鋼１５を屈曲自在にしている。素材４がこのバネ鋼１５の穴を通過するときバネ鋼１５は弾性で撓み素材表面をしごく。
【００３０】
図１２は、ブラシ１７を適用した例を示す。実施の形態においては、素材４の外周方向に４箇所の均等角度位置にブラシ１７を回転できるように配置している。素材４は回転しないのでブラシ１７の数は多い方が払拭のためには効果的である。図示していないが、素材４の軸方向に図１２のブラシ構成を２セット素材円周方向に４５度ずらし隣接して設けると一層効果的である。
【００３１】
図１３，図１４は、高圧の圧縮空気１８を素材４に吹き付ける構成である。圧縮された高圧空気の吐出口１９を素材４の円周方向に沿って設け、素材４が矢印の方向に移動するに伴い払拭して行く。圧縮空気１８は、コンプレッサーから空気分岐装置２０を介して素材４に矢印のように満遍なく吹き付けられる。
【００３２】
次に、図１５に示す洗浄装置１ｂについて説明する。この洗浄装置１ｂは払拭装置１ａに隣接して設けられるが、一体であってもよい。図１５に示したものは、簡素な方法の１つであるが、上部の１箇所に吐出口２１を設け、この吐出口２１から素材４に洗浄水２２を流す構成である。洗浄水２２は素材４の円周方向に沿って付着しながら流れるように流す。この洗浄水２２は、素材供給装置２の下部に設けられた洗浄水供給装置２３からモーター２４の駆動によるポンプ２５を介して供給され、この洗浄水２２は洗浄水タンク２６に収納される（図１参照）。
【００３３】
図１６は、複数の吐出口２７から流すように構成したものである。この場合は、素材４の円周方向に沿って、例えば図１６に示すように４箇所の吐出口２７から洗浄水２２を吐出して払拭された素材４の表面を洗浄し、油性分や払拭時の粉末状のごみ等の付着物を除去する。吐出口２７の配置は本実施の形態に限定されず、素材４の軸方向に沿って複数個千鳥状に配置させてもよい。洗浄された洗浄水２２は、洗浄装置１ｂの下部に溜め、下部に設けられた回収口２９から洗浄装置１ｂ外に回収される。
【００３４】
回収された洗浄水２２は、管路３０を介して洗浄水供給装置２３の洗浄水タンク２６に回収される。洗浄水タンク２６の内部は図示していないが、フィルターが設けられていて、洗浄装置１ｂから回収された洗浄水２２は、このフィルターにより付着物が取り除かれ、再度洗浄水２２として使用される。払拭装置１ａと洗浄装置１ｂは隣接して設けられているが、一体の構成であってもよい。
【００３５】
その一例を図１７，図１８に示す。この図の装置は、素材４外周に沿って磁歪振動子３１を取り付けた構成である。磁歪振動子３１の振動により洗浄液３２にキャビテーションを発生させて、このキュビテーションにより素材４表面の付着物を剥ぎ取り、又は洗浄して付着物を除去する構成である。磁歪振動子３１は、シンプルに構成されたセラミックスであるフェライト、チタン酸バリウム等のように、コイルを巻いて交流電流を流すと、振動子の外形が変化して振動し超音波を発生するものである。
【００３６】
磁歪振動子３１が最も効率よく動作する領域の高周波数の電流をコイルに流すと、振幅が大きく安定した超音波が得られる。この磁歪振動子３１の近傍に洗浄水吐出口３３を設けて洗浄液３２を定常的に流す構成が好ましい。フェライトの場合は電気抵抗が大きく、渦電流によるエネルギー損失を抑え、発熱が少ない利点がある。この構成は、払拭装置１ａと洗浄装置１ｂが一体の構成になるので、装置は小さくコンパクトになる。前述のようにこの装置を軸方向に複数個位相をずらして設置すれば一層効果がある。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明は、素材の表面を払拭し、洗浄液により洗浄することにより、素材の表面から油性分等が取り除かれ、又表面は一定になって滑らかになり、切断時にこの素材を軸方向にずれることなく強固にクランプすることができる。この結果、切断される各ビレットは形状が安定し、重量誤差が軽減され、以降の行程の成型誤差がなくなり均一な製品ができるようになった。又装置は、コンパクトな構成であるので低コストの装置となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の素材表面処理装置を組み込んだ切断機の素材供給装置の正面図である。
【図２】図２は、図１の平面図である。
【図３】図３は、切断機と素材供給装置の全体構成図である。
【図４】図４は、切断構成を示す説明図である。
【図５】図５は、切断直前の状態を示す素材の切断過程説明図である。
【図６】図６は、切断初段階の状態を示す素材の切断過程説明図である。
【図７】図７は、切断後の状態を示す素材の切断行程説明図である。
【図８】図８は、ゴムシートによる払拭装置の外観図である。
【図９】図９は、ゴムシートによる払拭装置の断面図である。
【図１０】図１０は、範囲の広い素材径に対応したゴムシートによる払拭装置の軸方向の部分断面図である。
【図１１】図１１は、バネ鋼による払拭装置の径方向の部分断面図である。
【図１２】図１２は、ブラシによる払拭装置のゴムシートによる払拭装置の径方向の部分断面図である。
【図１３】図１３は、圧縮空気による払拭装置の軸方向の部分断面図である。
【図１４】図１４は、圧縮空気による払拭装置の径方向の部分断面図である。
【図１５】図１５は、吐出口が１箇所による場合の洗浄装置の断面図である。
【図１６】図１６は、吐出口が複数箇所による場合の洗浄装置の断面図である。
【図１７】図１７は、磁歪振動子を適用した払拭装置と洗浄装置の径方向の部分断面図である。
【図１８】図１８は、磁歪振動子を適用した払拭装置と洗浄装置の軸方向の部分断面図である。
【符号の説明】
１…素材表面処理装置
１ａ…払拭装置
１ｂ…洗浄装置
２…素材供給装置
３…切断機
４…素材
５…ストッパー
６…固定刃
７…移動刃
８…クランプ装置
１２…ゴムシート
１７…ブラシ
２３…洗浄水供給装置
３１…磁歪振動子

Claims

交叉する刃物で素材を押し切って切断する切断機と、
この切断機に前記素材を送り込む素材供給装置とにおいて、
前記素材供給装置で送られた前記素材を前記切断機に送り切断される前に供給通路内で前記素材の表面を払拭する行程と、
払拭された前記素材の表面を前記供給通路内で洗浄液により洗浄する行程と
からなる切断機の素材表面処理方法。
交叉する刃物で素材を押し切って切断する切断機と、
この切断機に前記素材を送り込む素材供給装置とにおいて、
前記切断機の素材挿入側に位置して前記素材供給装置の供給通路内に設けられ、前記素材の表面を払拭する払拭装置と、
この払拭装置に隣接して前記供給通路内に設けられ、払拭された前記素材の表面を洗浄液により洗浄する洗浄装置と
からなる切断機の素材表面処理装置。
請求項２に記載の切断機の素材表面処理装置において、
前記払拭装置は弾性材に前記素材が通過することで前記素材の表面を払拭する構成のものであることを特徴とする切断機の素材表面処理装置。
請求項２に記載の切断機の素材表面処理装置において、
前記払拭装置はブラシで前記素材の表面を払拭する構成のものであることを特徴とする切断機の素材表面処理装置。
請求項２に記載の切断機の素材表面処理装置において、
前記払拭装置は圧縮空気を吐出させ前記素材の表面を払拭する構成のものであることを特徴とする切断機の素材表面処理装置。
請求項２に記載の切断機の素材表面処理装置において、
前記払拭装置は磁歪振動子の振動で前記洗浄液を振動させて前記素材の表面を洗浄する構成のものであることを特徴とする切断機の素材表面処理装置。
請求項２に記載の切断機の素材表面処理装置において、
前記洗浄装置の洗浄液は洗浄後回収され、洗浄に再利用される構成になっていることを特徴とする切断機の素材表面処理装置。