JP2005111497A

JP2005111497A - 溝型断面材のロール成形方法とその装置

Info

Publication number: JP2005111497A
Application number: JP2003346306A
Authority: JP
Inventors: Hishu O; 飛舟王; Tomoyasu Nakano; 智康中野
Original assignee: Nakata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nakata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】溝型断面材の多種少量生産にもロール共用により対応でき、得られる製品の形状精度、寸法精度にすぐれ、種々寸法の製品、特に厚肉製品であっても残留歪みの少ないすぐれた製品を製造できる溝型断面材のロール成形方法とその装置の提供。
【解決手段】製品断面の二つのコーナー部を分かれた工程でそれぞれ別に成形することで、簡素な機械機構で成形ロールの共用化を実現でき、先に成形したコーナー部のパスラインを一定にして他コーナーをロール成形することにより、製品への歪み履歴を均等にしたことから製品形状精度にすぐれる溝型断面材を提供できる。
【選択図】図6

Description

この発明は、帯材又はシート材より溝型断面材を成形ロールするロール成形方法に関し、溝型断面の二つのコーナー部の一方を先にロール成形し、先に成形したコーナー部のパスラインを一定にして他コーナーをロール成形することにより、一組の共用ロールで異なる製品寸法に対応でき、且つ製品への歪み履歴を均等したことから製品形状精度にすぐれる溝型断面材のロール成形方法とその装置に関する。

通常、溝型(C型、コ字型)断面状を有する長尺材は、ロール成形による製造プロセスでは、例えば帯鋼コイルより巻き戻した素材1を、図1に示すロールフラワーように同一の工程で断面の二つのコーナー部を逐次に成形した後、成形材を走行切断機で所定の長さに切断して製品となしている。

上記ロール成形方法は、図2a〜fに示すごとく、上下一対の成形ロール2,3により順次、図1に示すロールフラワー図ように同時工程で二つのコーナー部を逐次に成形していく。このため製造プロセスは、連続生産が可能で高い生産性を得られる。

図1a,bに示すように同じ板厚み素材1であっても製品幅が異なる場合、成形ロール2,3も同様にサイズの異なるものを用意する必要が有り、ロール共用性の問題がある。

そこで、素材の幅と高さを自由に変えられるロール成形装置として、特開平9-76024には、上下の成形ロールを供に分割型とし、上下4つのロールをそれぞれ片持ち軸支でスタンドに配置し、素材幅方向に位置調整可能にすることでロール共用性を確保している。
特開平9-76024

上記4分割の成形ロールを用いるロール成形装置は、成形荷重が分散しやすい構造のため成形能力が不足し、特に素材の板厚みが厚くなると、成形形状精度が得られないかあるいは成形不能になる問題がある。

そこで、断面形状が相似形のため、コーナー部の内半径を一定とすれば、図3に示すように、従来の一体型の成形ロール2,3の代わりに、幅寸法を拡大した一体型の下ロール4と、2分割で素材幅方向に移動可能にした分割ロール5,6を用いることで、外形寸法と板厚の異なる製品の成形に共用型のロールを用いることが考えられる。

しかし、図3のロール共用方法を実用化する際に、次の問題点が生じる。異なる製品幅に対応するため、分割ロールを用いてその位置を可変にしなければならない。そのため、多くの調整自由度が必要で機械構造と制御システムが複雑となり、高価な設備となるうえに、機械機構と成形ロールのメンテナンスなども非常に煩瑣となる。

また、二つのコーナー部を同時に成形するため、製品の幅寸法から一部のロール寸法と機械設計スペースが制約され、特に厚肉製品の場合は、必要な強度、剛性を得ることが困難になり、製品寸法精度に悪影響を与える。

このように、溝型(C型、コ字型)断面という、最も単純な製品形状でありながら成熟したロール共用技術がまだ確立されていない。そのため、現状では、製品サイズ毎に専用ロールを用いる従来の成形法が依然主流となっているが、多種少量生産の要求に対応できない。

一方、切断の問題に関しては、まず、走行中の製品を切断するため、制御と機構が複雑な走行切断機が必要で、設備コストがかかる。次に、切断刃物などによるランニングコストが高い。例えば、通常よく採用されるプレス型切断機の場合は、製品外形寸法に応じた多くの専用の金型が必要であり、そのメンテナンスも常に行わなければならない。

また、このような切断方式では、切断面の変形やバリの発生がしばしば問題となり、切断面品質改善のための精整工程が必要となる場合がある。更に、成形中の素材が3次元的に変形するというロール成形法の特徴により、切断時の残留応力の開放により製品先末端の寸法が変化する現象が避けられない。

一般に、成形段数が多いほど、3次元的変形の特徴、ひいては残留応力が小さくなり、残留応力の開放による製品先末端の寸法変化が小さくなるが、しかし、機械及びロールコストの制約で限られた段数で成形が行われるケースが多い。その場合、長手方向に均一な断面寸法精度を得難く、矯正工程を設けざるを得ないことが多い。特に、図3のような装置的に高価な設備を用いると、成形段数に対するコスト面での制約がより厳しくなる。

この発明は、溝型(C型、コ字型)断面形状材のロール成形に関する上述の問題を解消し、溝型断面材の多種少量生産にもロール共用により対応でき、得られる製品の形状精度、寸法精度にすぐれ、種々寸法の製品、特に厚肉製品であっても残留歪みの少ないすぐれた製品を製造できる溝型断面材のロール成形方法とその装置の提供を目的としている。

発明者らは、ロール共用化と厚肉製品であっても残留歪みの少ないすぐれた製品を製造できる成形方法を目的に鋭意検討した結果、製品断面の二つのコーナー部を分かれた工程でそれぞれ別に成形することで、簡素な機械機構で成形ロールの共用化を実現できることを知見した。

また、発明者らは、製品断面の二つのコーナー部を分かれた工程でそれぞれ別に成形する際に、先に成形したコーナー部のパスラインを一定にして他コーナーをロール成形することにより、製品への歪み履歴を均等にしたことから製品形状精度にすぐれる溝型断面材を提供できることを知見し、この発明を完成した。

すなわち、この発明は、溝型断面形状を有する長尺材を、コイルより巻き戻した帯材または所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を二つの分かれた工程でそれぞれロール成形する方法であり、全成形過程において製品の底部となる素板部分が常に水平または一定の傾斜角度に維持され、各コーナー部を成形するロール群が底部対称面の両側に対称に配置されることを特徴とする溝型断面材のロール成形方法である。

また、この発明は、溝型断面形状を有する長尺材を、コイルより巻き戻した帯材または所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を二つの分かれた工程でそれぞれロール成形する方法であり、先の工程を終えてコーナー部が成形された中間製品の位置を幅方向にシフトし、後の工程に投入することを特徴とする溝型断面材のロール成形方法である。

さらに、この発明は、溝型断面形状を有する長尺材を、コイルより巻き戻した帯材又は所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を分かれた工程でそれぞれロール成形する装置であり、全成形過程において製品の底部となる素板部分が常に水平または一定の傾斜角度に維持され、各コーナー部を成形するロール群が底部対称面の両側に対称に配置され、少なくとも一方のロール成形スタンド群がラインセンタとの間隔を調整可能にしたことを特徴とするロール成形装置である。

また、この発明は、溝型断面形状を有する長尺材を、所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を分かれた工程でそれぞれロール成形する装置であり、最初のコーナー部を成形するロール成形スタンド群の後に、該コーナー部が成形された中間製品の位置を幅方向にシフトする装置を配置し、両ロール成形スタンド群がインライン配置されたことを特徴とするロール成形装置である。

この発明では、素材の成形に際し、二つのコーナー部の成形はそれぞれ分かれた工程で単独で行うように構成することで、機械設計スペースに対する制約が大幅に緩和されると共に、ロールの共用性も大きく改善され、一組のロールで広範囲な製品サイズに対応可能となる。

この発明によると、機械構造が非常に簡素で且つ厚肉製品の成形に必要な強度、剛性を得やすくなり、特に従来のロール共用方法に比べて、設備コストが大幅に下がる利点がある。

また、この発明によると、ロール及び設備のコストを低減でき、同じコストで製品の残留応力を低減するように多くの成形段数を用いて丁寧な成形を行うことが可能となり、製品先末端の寸法精度を大幅に改善し、矯正工程をなくすことができる。

前述の如く、従来のように二つのコーナー部を同時成形しようとすることは、ロール共用のネックとなっていた。そこでこの発明では、図4のロールフラワー図、並びに図5のs1〜s11工程ごとの素材1の断面変形形状を示すように、素材1の成形に際し、二つのコーナー部の成形はそれぞれ分かれた工程、すなわち、第1工程のs2〜s6工程、第2工程のs7〜s11工程で単独で行うように構成することで、機械設計スペースに対する制約が大幅に緩和されると共に、ロールの共用性も大きく改善され、一組のロールで広範囲な製品サイズに対応可能となる。なお、s1工程は素材を準備する工程である。

また、この発明によると、必要な調整自由度はロール軸間距離のみである上下2ロールタイプのスタンドを用いて製品コーナー部を逐次に成形することが可能なため、機械構造が非常に簡素で且つ厚肉製品の成形に必要な強度、剛性を得やすくなり、特に、分割ロールによるロール共用方法に比べて、設備コストが大幅に下がる利点がある。

また、この発明によるロール共用方法は、ロールのコストが削減される上、設備コストの顕著な上昇も伴わないため、製品の残留応力を低減するように多くの成形段数を用いて丁寧な成形を行うことが可能となる。そのため、製品先末端の寸法精度を大幅に改善し、矯正工程をなくすことができる。

換言すると、より多くの成形段数を用いることが可能であることは、コイルの代りに製品と同じ長さの切り板を素材として使用し、所謂シート・バイ・シート生産方式を採用できることを意味している。

この生産方式は、非連続生産性となり生産性が若干落ちるが、上記したロール共用方法と併用すれば、多種少量生産に非常に柔軟な対応が可能となる。また、設備コストとランニングコストのかかる走行切断が不要となり、切断面品質の問題も回避できる。例えコイルを使用しても、ロール成形工程の前に、製品形状・寸法に応じた専用の刃物が必要としない定置式の切断機を設ければ、製品と同じ長さの切り板を容易に得ることができる。

しかし、切り板成形の最大の問題点は、製品先末端の形状、寸法精度である。この問題点の根底も、前述したロール成形方法の本質にある。つまり、ロール成形中の素板が二次元的に変形、境界条件が他の部分と異なる製品の先末端は、非定常変形領域となるため、他の部分と同じ均一な断面形状と寸法を得ることは難しい。このような形状と寸法上の差も、成形段数と繁密な関係にある。充分な成形段数を持って二次元的変形特徴が顕著に出ないように成形すれば、その差を製品の許容公差範囲内に抑えることができる。

製品寸法毎に専用ロールセットが必要な従来の成形法では、ロールコストが非常に高くなり、図3に示すロール共用方法では、設備コストが非常に高くなるため、いずれも成形段数に対するコスト面での制約が厳しく、シート・バイ・シート生産方式を採用し難い。

ところが、この発明のロール成形方法は、成形段数の増加に伴う設備コストとロールコストの上昇が顕著でなく、走行切断機の不要によるコストダウンの効果がより大きいので、シート・バイ・シート生産方式を採用する多くのメリットが得られる。

この発明において、ロール成形装置は、特に限定されるものでないが、各コーナー部を成形するロール群が各コーナー部を成形するロール群が底部対称面の両側に対称に配置されラインセンタとの間隔を調整可能にした構成を採用する。また、各ロール成形スタンドはそれ自体を個別にあるいはスタンド群を一群で位置調整可能にすることができる。

また、各ロール成形スタンドは、上下2ロールの圧下量の調整が可能な公知の一般的な構成が採用できる。また、帯材のラインセンタは、溝型断面の製品底外面が帯材上面となるように設定された構成、溝型断面の製品底内面が帯材上面となるように設定された構成、先に成形するコーナー部の角部である構成を採用することができ、これに併せて各ロール成形スタンドのロール支持構成を適宜選定する。

図6aに広幅の溝型断面材、図6bに狭幅の溝型断面材をそれぞれ得るための工程s1〜s11を、工程ごとに素材1と各成形ロール10,11、20,21を図示している。第一工程s2〜s6では左コーナー部を、第二工程s7〜s11では右コーナーを成形するようなライン構成となっている。なお、s1工程は素材を準備する工程である。

第一工程s1〜s6の各スタンドでは、上下の成形ロール10,11の軸間距離の調整のみで異なる製品肉厚に対応できるようにロール軸を傾斜させる構成からなる。

第二工程s7〜s11の各スタンドでは、上下ロール軸間距離の調整のみで異なる製品肉厚に対応できるようにロール軸を傾斜させる構成とともに、異なる製品幅に対応するために、製品幅方向の位置を調整可能にする機構を備えている。

ロール成形に際しての素材1のラインセンタは、図示のごとく、溝型断面の製品底外面が帯材上面となり、かつ第一工程で成形されるコーナー部の角部に位置するように設定して、コイルから巻き戻された素材1をロール成形した。このラインセンタを設定することで、素材1幅方向のいずれの位置も塑性変形の歪みの履歴が一定で均等となり、得られる製品の断面形状精度が大きく向上する。

また、上述の構成のロール成形装置において、シート・バイ・シー卜生産方式を採用できる。この場合、前記第一工程と第二工程の間に、左コーナー部が成形された中間製品の位置を幅方向にシフトする装置を配置することで、素材幅が変更になる場合であっても前述の第二工程のスタンド位置調整機構が不要となる。

この発明によると、溝型断面形状を有する長尺材をコイルより巻き戻した帯材又は所要長さに切断した帯材のいずれからもロール成形でき、ロール成形装置としても、少段数成形、多段成形のいずれも採用可能であり、ロールの共用範囲も広く、又、製品断面の形状性、寸法精度も優れ、多品種少量生産も可能である。

a,bは溝型断面材を従来方法でロール成形するためのロールフラワー図である。 a〜fは従来方法でロール成形する工程を示す、素材と上下ロールの説明図である。 a,bは溝型断面材のロール成形装置の想定構成例を示す説明図である。溝型断面材をこの発明による方法でロール成形するためのロールフラワー図であり、a,cは第1工程、b,d第2工程を示す。 a,bはこの発明による方法でロール成形する際の素材断面形状を工程ごとに示す説明図である。 aは広幅の溝型断面材、bは狭幅の溝型断面材をそれぞれ得るための工程s1〜s11を、工程ごとに素材と各成形ロールとの関係を示す説明図である。

符号の説明

1 素材
2,3,10,11,20,21 成形ロール
4 下ロール
5,6 分割ロール

Claims

溝型断面形状を有する長尺材を、コイルより巻き戻した帯材または所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を二つの分かれた工程でそれぞれロール成形する方法であり、全成形過程において製品の底部となる素板部分が常に水平または一定の傾斜角度に維持され、各コーナー部を成形するロール群が底部対称面の両側に対称に配置される溝型断面材のロール成形方法。
溝型断面形状を有する長尺材を、コイルより巻き戻した帯材または所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を二つの分かれた工程でそれぞれロール成形する方法であり、先の工程を終えてコーナー部が成形された中間製品の位置を幅方向にシフトし、後の工程に投入する溝型断面材のロール成形方法。
溝型断面形状を有する長尺材を、コイルより巻き戻した帯材又は所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を二つの分かれた工程でそれぞれロール成形する装置であり、全成形過程において製品の底部となる素板部分が常に水平または一定の傾斜角度に維持され、各コーナー部を成形するロール群が底部対称面の両側に対称に配置され少なくとも一方のロール成形スタンド群がラインセンタとの間隔を調整可能にしたロール成形装置。
溝型断面形状を有する長尺材を、所要長さに切断した帯材よりロール成形するに際し、製品断面の二つのコーナー部の成形を分かれた工程でそれぞれロール成形する装置であり、最初のコーナー部を成形するロール成形スタンド群の後に、該コーナー部が成形された中間製品の位置を幅方向にシフトする装置を配置し、両ロール成形スタンド群がインライン配置されたロール成形装置。