JP2007260836A - 形鋼の加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延または溶接により製造された形鋼に、高能率かつ高精度で切断や切削等の加工を施して、寸法精度に優れた形鋼を得る。
【解決手段】フランジ２ｂ幅方向の位置決め機構５を備えた加工具７と、ウエブ２ａを両側面から挟み込むようにウエブ２ａの両側に対向配置された一対の倣い治具４と、これら加工具７と倣い治具４を搭載して形鋼２の長さ方向に移動させる移動台車３とからなる形鋼の加工装置１用い、フランジ２ｂ幅方向の位置決めを行った加工具７を、位置決め状態を維持しながら、前記倣いに伴って形鋼２の長さ方向に移動させてフランジ２ｂ部の加工を行う。
【効果】大掛かりな装置を用いることなく、形鋼のフランジ幅のサイズダウンを、寸法測定や装置の調整にほとんど時間をかけずに高精度に実施することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧延または溶接により製造された形鋼のフランジ部を長手方向に切断加工する方法、およびこの加工方法の実施に供する装置に関するものである。

Ｈ形鋼を圧延によって製造する場合、溶接によって製造する場合と同程度の品質が要求される一方、多品種小ロット生産による品質の低下や余剰在庫が多く発生するという問題がある。

例えば外形寸法が一定のＨ形鋼を圧延によって製造する場合、客先の要望として小ロット・多品種・短納期化が進む一方、圧延の段取り回数の増加に伴う非操業時間の増加や圧延ライン搬送テーブルの間隔や圧延安定性の観点から延ばし長さの最小値が決まってしまう。したがって、最少延ばし長さよりも注文長さが短い場合は、残った製品は余剰在庫となってしまうという問題があった。

また、ウエブ中心の偏りやフランジ幅の許容差を外れたＨ形鋼は、一般的には屑処理されるが、フランジ幅が所定の寸法よりも大きい場合は、フランジ幅の切断や切削等の加工によってサイズダウン（以下、フランジ幅を所定の寸法に切断または切削することをサイズダウンという）し、所定の寸法公差内に収める救済処置が採られている。

但し、前記フランジ幅をサイズダウンした場合は、ウエブ中心の偏りやフランジ幅が製品の長手方向で変動する場合がある。そのため、全長に亘ってそれらを細かく測定し、公差を外れている部分については、当該フランジ部分を１辺ずつ切断や切削等によって矯正しなければならず、著しく作業効率が悪かった。

このような問題に対して、金属板の片側面を倣いながら切断する自動切断方法および装置が特許文献１に開示されている。
特開平８−９０２８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、被切断物の片側端面のみを基準として切断手段の位置決めを行なうので、台車に繋がっているガスや電気等のホースまたはケーブルによって台車の動きが阻害されて確実に片側端面に沿って動かない場合があり、切断位置の位置決め精度が良いとはいえない。また、切断または切削加工に用いる工具の調整に時間がかかり、作業効率が著しく悪いという問題もある。

また、例えば切断作業にアセチレンガス切断やプラズマアーク切断などの入熱を伴う方法を用いる場合、呼称寸法がウエブの中心線を介して左右対称な形状を有する形鋼においては、加工による入熱によって左右の温度差が生じると曲がりやねじれが発生するので、プレス等を用いて再度曲がりを矯正しなければならないという問題もある。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の加工では、加工具の位置決め精度が悪く、また作業効率も良くないという点である。

本発明は、従来の加工にあった上記問題を解決し、圧延または溶接により製造された形鋼（Ｈ形鋼、Ｔ形鋼、溝形鋼、山形鋼など）に、高能率かつ高精度で切断や切削等の加工を施して、寸法精度に優れた形鋼を得るために、以下の構成を採用している。

すなわち、本発明の形鋼の加工方法は、
ウエブおよびフランジからなる形鋼のフランジ部を加工する方法であって、
フランジ幅方向の位置決めを行った加工具を、
前記位置決め状態を維持しながら、
ウエブを両側面から挟み込むことによる倣いに伴って形鋼の長さ方向に移動させ、
フランジ部の加工を行うことを最も主要な特徴としている。

上記本発明の形鋼の加工方法では、圧延または溶接により製造された、例えばＨ形鋼、Ｔ形鋼、溝形鋼、山形鋼などの形鋼のフランジ幅を切断や切削等の加工によりサイズダウンする際、中心の偏りが極めて小さいウエブを両側面から挟み込むことで、トーチや切削工具といった加工具の倣いを行なうので、加工前の形鋼にウエブ中心の偏りやフランジ幅方向の反りがあっても、フランジ幅精度を維持した状態でサイズダウンが可能となる。

本発明の形鋼の加工方法において、前記加工具をフランジの幅方向に少なくとも２個配置し、フランジの幅方向両側を同時に加工するようにすれば、フランジの両端をほぼ同時進行で加工することにより、アセチレンガス切断やプラズマアーク切断などの入熱を伴う加工方法を選択した場合でも、切断後の形鋼の反りやねじれ変形を防止でき、作業能率の向上が図れる。なお、この本発明方法を、Ｔ形鋼や山形鋼のような左右非対称の形鋼に適用する場合は、これらの形鋼を背中合わせに２個取り付けて行えばよい。

上記本発明の形鋼の加工方法は、
フランジ幅方向の位置決め機構を備えた加工具と、
ウエブを両側面から挟み込むようにウエブの両側に対向配置された一対の倣い治具と、
これら加工具と倣い治具を搭載し、フランジ幅方向の位置決めを行った前記加工具を、この位置決め状態を維持しながら前記倣い治具による倣いに伴って形鋼の長さ方向に移動させる移動台車とからなる本発明の形鋼の加工装置、
或いは、
前記加工具がフランジの幅方向に少なくとも２個配置されている前記本発明の形鋼の加工装置を用いて実施できる。

本発明によれば、大掛かりな装置を用いることなく、形鋼のフランジ幅のサイズダウンを、寸法測定や装置の調整にほとんど時間をかけずに高精度に実施することができる。従って、外径寸法が一定のＨ形鋼を圧延により製造する場合に代表されるような、要求される寸法精度が厳しく、かつ余剰品が発生しやすい形鋼に関して、不良品の救済措置や余剰振当て促進により、工場の管理コスト削減や製造コスト削減に大きく寄与することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図８を用いて詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明の加工装置を各種の形鋼に適用した際の概略図で、図１はＨ形鋼、図２はＴ形鋼、図３は溝形鋼、図４は山形鋼に適用した場合の図である。

図１〜図４において、１はＨ形鋼、Ｔ形鋼、溝形鋼、山形鋼といったウエブ２ａとフランジ２ｂからなる形鋼２のフランジ幅のサイズダウンを行なう際に使用する本発明の加工装置であり、以下のような構成となされている。

３は例えば移動台車であり、形鋼２のフランジ２ｂの上面を長手方向に移動できる幅となされている。この移動台車３は自走できることが望ましく、その動力は小型電力やエンジン等、一定の走行速度で自走でき、かつ移動速度を調整できるものであればよい。しかしながら、自走に伴う台車の重量増加や大型化を避けたい場合は、非自走式の台車にワイヤー等を取り付け、外部リール等によりワイヤーを巻取ることで移動させても良い。

４は前記移動台車３に搭載された一対の倣い治具であり、形鋼２のウエブ２ａをその両側面から挟み込めるように、図５（ｂ）に示すように、例えば正面視コの字型をなして、ウエブ２ａの両側に対向配置されている。

この倣い治具４は、本発明の加工装置１を安定して進行させるために、例えば図１（ｂ）のように、移動台車３の前後方向に２組取り付けられている。なお、これら倣い治具４の安定性を高めるために、２組の倣い治具４を連結しても良い。この倣い治具４は、全体の重量を軽くするためにも軽量でかつ高剛性で、さらに加工に伴う熱に耐え得る材質であることが望ましい。

ところで、本発明の加工装置１が適用される形鋼２には様々な種類のウエブ厚さのものがあるため、対向配置された一対の倣い治具４同士は、その間隔を自由に調整する位置決め機構５を設けることが望ましい。

その位置決め機構５は、一対の倣い治具４の先端間の中心を、形鋼２のウエブ２ａの中心線にほぼ一致できるようにすることが望ましく、本例では図５に示すようなラック５ａとピニオン５ｂを用いて、一対の倣い治具４同士が同じ距離だけ接近又は離反するような構成を採用したものを示している。

また、図５の例では、ウエブ２ａへの拘束力を得るために、倣い治具４の先端に押し付け機構６を設置している。この押し付け機構６として、図５の例では、ばね６ａを用いて押し付けるものを示しているが、このばね６ａは必要な拘束力が得られれば金属性でもゴム製でもよい。また、拘束できれば油圧や空圧、水圧のシリンダや磁力等を用いたものでもよい。なお、押し付け機構６による拘束力は、移動台車３の進行を妨げない程度とすることが好ましい。

この押し付け機構６の拘束力はウエブ２ａの中心線から左右に均等の拘束力であることが肝要であり、これによって移動台車３の中心線と形鋼２のウエブ２ａの中心線をほぼ一致させることが可能となる。

サイズダウン中には、この左右の拘束力をそれぞれセンサで測定し、一定値以上異なってしまう事態が発生した場合は自動的に切断が停止され、警報を発するようにしておくことがより一層好ましい。

７は前記移動台車３に搭載された加工具であり、たとえば形鋼２のフランジ２ｂの幅方向に２個配置されている。この２個の加工具７も、前記一対の倣い治具４と同様、その間隔を自由に調整できる位置決め機構５を設けることが望ましい。

この加工具７における間隔を自由に調整できる位置決め機構５を図６に示したが、前記一対の倣い治具４と同様、ラック５ａとピニオン５ｂを用いて、加工具７同士が同じ距離だけ接近又は離反するものである。これにより形鋼２のウエブ２ａの中心線に２個の加工具７の中心線を簡単に一致させることが可能となり、よってフランジ２ｂはウエブ２ａの中心線から左右均等に加工される。

加工に際して、一般に鋼材の切断に用いられるアセチレンガス切断を実施する場合は、安定的に切断を実施するため、２個の切断トーチの火力がほぼ同じになるように調整することが望ましい。これによりウエブ２ａの中心線から左右のフランジ２ｂへは均等に入熱され、形鋼２全体が曲がってしまうことを防止することができる。

切断速度は、採用する切断方法、および切断する形鋼２の材質やフランジ２ｂの厚み等により最適な速度を選択し、その速度で移動台車３の移動速度を設定する。なお、加工具７としては、レーザーや水ジェット、プラズマアーク切断、あるいはエンドミルや砥石による切削加工等を用いても良い。

この加工具７は、図１（ｂ）に示すように、移動台車３の進行方向に対して後方に配置することで、形鋼２の端面から加工を開始することができる。更に、形鋼２の全長に亘って加工するに際しては、形鋼２の後端部に、加工対象となる形鋼２のフランジ２ｂの上面と略同一面をなすように、延長用の治具８を設置すれば良い。

以上のような本発明の加工装置１を用いて、例えば材質規格SN490Bに適合した呼称寸法Ｈ900×Ｗ300×16／28というＨ形鋼を用い、Ｈ900×Ｗ250×16／28という製品を得る場合には、以下のように行う。

前記Ｈ形鋼を、図１のようにウエブ２ａが垂直になる方向に横置きに配置する。その後、本発明の加工装置１をＨ形鋼のフランジ２ｂの上面に配置する。
次に、位置決め機構５を調整して、加工具７がフランジ２ｂ上においてウエブ２ａの中心から１２５mmずつ離れた位置となるように位置決めを行う。その後、位置決め機構５を調整して一対の倣い治具４でウエブ２ａをその両側面から挟み込み、この状態を維持しながら移動台車３を形鋼２の長さ方向に移動させてフランジ２ａの幅が２５０mmになるように切断する。

切断終了後は、本発明の加工装置１を一度外し、Ｈ形鋼の上下を反転させ、再度本発明の加工装置１を設置し、同様に切断を行なう。

このような本発明の加工装置１を用いた本発明の加工方法によれば、形鋼１のフランジ幅やウエブ中心の偏りが長手方向に変動していても、全長に亘ってほぼ一定のフランジ幅でかつウエブ中心の偏りが極めて少ない形鋼を製造することができる。更に、フランジの両側端面をほぼ同時に加工できるため、曲がりや捩れ不良の発生が極めて少なく、前記不良の修正をほとんどしなくても良い。

ところで、図２のＴ形鋼や図４の山形鋼のように、左右非対称の加工を行なう場合は、倣い治具４および位置決め機構５のピニオン５ａを一度外し、ラック５ｂとの噛み合わせ位置を変更することにより移動台車３（加工具７）の中心と倣い治具４の中心をずらすことが可能となる。

このようなＴ形鋼や山形鋼のような左右非対称の形鋼２の加工に際しては、１本ずつ加工する場合は、加工する側の加工具７のみを 使用するが、図７や図８に示したように、それぞれを背中合わせに取り付けて２本一度に加工すれば、加工時の入熱により形鋼２が曲がってしまうことを防止できる。この場合、２本の形鋼２は、両者の相対位置が変化しないように、図示省略したが、その両端面や長手方向の途中部分をクランプなどで固定しておくことが望ましい。

また、本発明の加工装置１を適用するに際し、図２のＴ形鋼や図４，８の山形鋼のように、形鋼２がそのままでは転倒するような形状のものについては、これらの形鋼２を安定させるために、図９に示すようなバイス９を用いて固定したり、図１０に示すように定番等の鋼板１０に溶接したターンバックル１１を用いて固定しておく。なお、形鋼２が加工の際に安定さえすれば、上記方法に限らずどのような方法を用いて固定しても良い。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明は、形鋼の加工だけでなく、垂直部材と水平部材を有する鋼材の水平部材の加工にも適用できる。

本発明の加工装置をＨ形鋼に適用した際の概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の加工装置をＴ形鋼に適用した際の概略正面図である。 本発明の加工装置を溝形鋼に適用した際の概略正面図である。 本発明の加工装置を山形鋼に適用した際の概略正面図である。 ウエブの両側面を倣う治具の構造を説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 切断加工工具の位置調整機構の構造を説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の加工装置を背中合わせに取り付けた溝形鋼に適用した際の概略正面図である。 本発明の加工装置を背中合わせに取り付けた山形鋼に適用した際の概略正面図である。 Ｔ形鋼をバイスにて固定する方法について説明する概略図である。 Ｔ形鋼をターンバックルにて固定する方法について説明する概略図である。

符号の説明

１ 加工装置
２ 形鋼
２ａ ウエブ
２ｂ フランジ
３ 移動台車
４ 倣い治具
５ 位置決め機構
７ 加工具

Claims (4)

1. ウエブおよびフランジからなる形鋼のフランジ部を加工する方法であって、
   フランジ幅方向の位置決めを行った加工具を、
   前記位置決め状態を維持しながら、
   ウエブを両側面から挟み込むことによる倣いに伴って形鋼の長さ方向に移動させ、
   フランジ部の加工を行うことを特徴とする形鋼の加工方法。
2. 前記加工具をフランジの幅方向に少なくとも２個配置し、フランジの幅方向両側を同時に加工することを特徴とする請求項１に記載の形鋼の加工方法。
3. ウエブおよびフランジからなる形鋼のフランジ部を加工する装置であって、
   フランジ幅方向の位置決め機構を備えた加工具と、
   ウエブを両側面から挟み込むようにウエブの両側に対向配置された一対の倣い治具と、
   これら加工具と倣い治具を搭載し、フランジ幅方向の位置決めを行った前記加工具を、この位置決め状態を維持しながら前記倣い治具による倣いに伴って形鋼の長さ方向に移動させる移動台車とからなることを特徴とする形鋼の加工装置。
4. 前記加工具がフランジの幅方向に少なくとも２個配置されていることを特徴とする請求項３に記載の形鋼の加工装置。
   

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