JP2009507654A - 硬化肉盛されたローラ及びプレートの製造 - Google Patents

Abstract

硬化肉盛された被覆金属基板（６０）の製造に用いる装置（１）及び方法であって、被覆位置に溶接手段（３）と、被覆位置の溶接手段（３）により金属被覆される基板（６０）を支持する手段（２）と、被覆位置に、前述のように被覆された基板（６０）の表面（６１）を機械加工するよう配列された手段（４）とを備える。

Description

本発明は、硬化肉盛されたローラ又はプレートや同様な金属被覆製品などの製造に関し、これらの製品は、研摩耗、粘着性、エロージョン、キャビテーション、酸化、及び／又は、他の腐食に対する、抵抗力が重要な、苛酷で要求の厳しい作業環境で用いられるものであり、これらの製品には、耐摩耗性、耐酸化性、及び／又は、耐腐食性の材料、例えば、スチール、低合金鉄鋼材料、鉄や高合金鉄鋼材料、コバルトベースの合金、ニッケルベースの合金、銅ベースの合金などで、アーク溶接によって作業面を被覆された金属基板が含まれる。

本明細書の全体に亘って、用語「製造（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」を、硬化肉盛されたローラ又はプレートや他の同様な金属被覆製品などの一次生産についてのみならず、このような製品の改修についても用いる。

硬化肉盛されたローラを製造する一般的な技術には、比較的安価だが耐久性のない円筒形の金属基板の外面をアーク溶接により被覆する作業が伴い、金属基板は、このような被覆の後で、被覆装置から取り外されて遠隔機械加工装置に移送され、遠隔機械加工装置では金属基板の硬化肉盛された被覆面を例えばフライス加工により機械加工して、硬化肉盛された表面の深さを所定の深さにし、よって、硬化肉盛されたローラの直径を所定の直径にし、更に、ローラの平滑度を所望の平滑度にする。

このような技術には、かなり大きな労働力が必要であり、硬化肉盛されたローラ群を、酷使に耐えられるフォークリフトトラックなどの移動する重機を用いて被覆装置から遠隔機械加工装置に移送することが伴う。このような、取り外しや、移送や、再載置の手順は、結果として、費用がかさむばかりか、労働者の健康及び安全性への脅威にさえなる。被覆装置と遠隔機械加工装置とを別々の位置に設けるとコストが余計にかかる。

更に、被覆ローラが冷えた状態で機械加工されるので、表面の平滑度は改善の余地がある。

本発明の目的は、硬化肉盛されたローラ又はプレートや同様な被覆製品などを製造する装置を提供することであり、本装置は、以上に説明したような本技術に関連する各不利点を克服する、又は少なくともこの各不利点を実質的に緩和させる。

よって、本発明の第１の態様は、硬化肉盛されたローラやプレートなどの被覆金属基板の製造に用いる装置にあり、本装置は、被覆位置に、アーク溶接ガンなどの溶接手段と、被覆位置の溶接手段により金属被覆される基板を支持する手段と、前述のように被覆された基板の表面を機械加工するよう配列された手段とを備え、前記機械加工手段は被覆位置にある。

ほとんどの場合に、溶接手段は従来のアーク溶接ガンであるが、溶接手段の他の好適な形態を用いてもよい。
以上に提案したアーク溶接ガンなどの溶接手段は、好ましくは、金属で被覆される金属基板の全幅を横切るよう配列されている。基板が金属シリンダの場合、金属溶接手段は円
筒形の金属基板の全幅を横切るよう配列される、つまり、基板の軸の周りでの回転に備え支持手段の上に載置された基板の軸方向に溶接手段を左右に往復運動させるよう配列される。

このような配列では、支持手段は好適な形態のどれでもよいが、主軸台と心押台とを備えた旋盤型の支持体が好ましい。
本発明に係る装置を、硬化肉盛されたプレートを、溶接手段を通り越して直線的に動くシートメタル基板を被覆することにより製造するのに用いてもよく、この場合、シート基板用に従来の設計の好適な支持手段を使用してよい。

被覆位置の基板の金属被覆の面を機械加工する手段も、やはり、従来のタイプである。後述する被覆装置の好適な実施形態では、被覆基板の機械加工を、溶接手段による被覆中又は被覆後に基板の表面を横切るよう配列されたフライス装置により行う。

１つの選択肢は、溶接手段が基板を金属で被覆する際に金属機械加工手段が溶接手段に追随することである。この配列は、機械加工手段がまだ熱い塗りたての金属被覆を処理するので、被覆基板の表面から被覆金属をよりきれいに除去でき、更に、以前の技術と比べ比較的滑らかな表面を提供する、という点で有利である。

溶接手段及び金属機械加工手段を、装置の作業要求に依存して、一斉に又は互いに独立して動作するようプログラムしてもよい。
任意選択で、金属基板の表面を、金属基板の表面の被覆の前及び／又は後、及び／又は機械加工の後、モニタリングして、溶接手段及び又は機械加工手段の作業を制御し、例えば、必要とされる金属被覆の厚さ及び直径を有し平滑度の改善された硬化肉盛されたローラを供給することができる。

このようなモニタリング手段は、好ましくは、やはり作業条件及び作業要求に依存して、溶接手段及び／又は機械加工手段と一斉に又は独立して基板の全幅を横切るよう配列されたレーザモニタリング手段を含む。

このようなモニタリング手段を用いて、溶接手段及び／又は機械加工手段の作業を制御し、最終的な硬化肉盛された製品がローラ又はプレートの形態かどうかに依存して、金属基板の表面に所望の厚さの金属被覆を施す、及び／又は、被覆基板を必要な直径又は厚さにすることができる。

一般的に、制御ユニットは好ましくはプログラム可能であり、制御ユニットを用いて、溶接手段、機械加工手段、及び／又は、モニタリング手段の作業をモニタリングする及び／又は制御することが可能である。

本発明の第２の態様は、硬化肉盛された金属被覆基板を製造する方法にあり、本方法は、溶接することにより金属基板の表面を金属で被覆する工程と、基板の前述のように被覆された面を機械加工する工程とを含み、被覆基板の表面の機械加工を溶接作業の位置で行う。

溶接を好ましくはアーク溶接ガンを用いて行い、溶接作業の位置での基板の被覆面の機械加工を、フライス作業により行うことが好ましいが、任意の好適な金属切削手段により行ってもよい。

基板が円筒形の金属基板の場合、結果として生じた製品は、好ましくは、所望の被覆厚さ及び被覆直径を有し、かつ、表面が比較的滑らかな、硬化肉盛された金属被覆ローラの
形を取っている。しかし、シートメタル基板を被覆位置で溶接及び機械加工することで、硬化肉盛されたプレートを生産してもよい。

任意選択で、被覆基板の表面を、好ましくはレーザ装置を用いてモニタリングしてよい。
被覆作業と機械加工作業とを、作業要求に依存して、一斉に又は互いに独立して行われるよう配列してよい。同様に、任意選択のレーザ装置により行われるような表面モニタリング作業を、被覆作業及び／又は機械加工作業と独立して又は一斉に行ってもよいし、このような作業（単数又は複数）を制御するのに用いてもよい。

以上に定義した本発明のどちらの態様でも、並びにこれらの態様を修正したあらゆる態様でも、金属基板は、スチールなどのあらゆる好適な金属でよいが、被覆金属は、スチール、低合金鉄鋼材料、鉄や高合金鉄鋼材料、コバルトベースの合金、ニッケルベースの合金、銅ベースの合金などの、任意の好適な金属材料でよい。

本発明がよりよく理解されるように、本発明に従いスチール圧延プラントで用いる硬化肉盛されたローラを製造する装置を、ここで一例として及び添付の図面を参照して記載する。

まず、添付の図面の図１〜図４を参照すると、一般に１に示す装置は、スチール圧延プラントで用いる硬化肉盛されたローラ（図示せず）を製造するものであり、被覆位置１００に以下の４つの主要構成要素を備えている。

１．旋盤と同様な一般に２に示す装置であって、アーク溶接によって金属で被覆される金属シリンダ（図示せず）を、基板として回転可能に支持する装置。
２．一般に３に示すアーク溶接装置であって、金属シリンダの表面を金属で被覆する装置。
３．一般に４に示す装置であって、シリンダの金属被覆面を機械加工する装置。
４．一般に５に示すレーザ装置であって、シリンダの金属被覆面及び／又は被覆されていない面をモニタリングする装置。

装置１にはベッド６があり、ベッド６の上には装置２〜５が被覆位置１００に載置されている。
旋盤型の装置２には、従来のやり方で駆動ユニット２３に回転可能に載置された主軸台２１があり、主軸台２１はベッド６に対して固定されている。心押台２２がもう１つのユニット２４に回転可能に載置されており、ユニット２４は、駆動ユニット２３とこれに関連する主軸台２１とに近づいたり遠ざかったりする直線運動用のベッドのレール群２５の上に、やはり既知のやり方で載置されている。

アーク溶接装置３に関して装置３のアーク溶接ガンの縦軸に一般に垂直な軸の周りでの回転に備え、主軸台２１及び心押台２２のそれぞれに、金属被覆される金属シリンダ（図示せず）の軸方向に関して対向する端を載置できる。

装置３は、被覆される金属シリンダの軸と平行な方向の直線運動用の１対の上部レール３２の上に載置されており、よって、溶接ガン３１と、溶接ガン３１に関連する構成要素、例えばワイヤ供給装置及び電源とを、シリンダに対して軸方向に左右に移動させシリンダの表面を横切らせることができる。

金属表面機械加工装置４には従来の駆動ユニット４１とフライスヘッド４２とがあり、
ユニット４１は、垂直に間隔を空けた１対のレール即ち４３及び４４の上に載置されており、レール４３及びレール４４も、金属で被覆される金属シリンダの軸と平行に伸びており、のみならずベッドレール群及び上部レール対３２とも平行に伸びている。

装置１の構成要素群の作業を制御する為に制御ユニット５０が設けられている。
装置１を使用する際には、以上に説明したように、金属で被覆される金属シリンダを旋盤型の支持装置２に載置する。金属シリンダは、任意の好適な金属材料、通例はスチールからなる。 支持装置２によるシリンダの回転時に、溶接装置３は金属シリンダの軸方向長さに沿って左右に往復運動を行い、このときアーク溶接ガン３１の先端部はシリンダの表面から必要な距離のところにある。

この特定の実施形態では、アーク溶接装置３に関連する上部レール対３２に沿ったアーク溶接装置３のこのような運動に、溶接装置３の上部レール対３２と平行に伸び機械加工装置４に関連するレール４３及び４４に沿って、機械加工装置４の駆動ユニット４１の運動が追随するので、フライスヘッド４２の運動も追随する。

フライスヘッド４２の距離の設定は、結果として生じる硬化肉盛されたローラの最終的な用途に依存して、フライスヘッド４２がシリンダの金属被覆の面を必要な厚さに機械加工するよう行う。

更に、フライスヘッド４２はアーク溶接ガン３１にぴったり追随することから、被覆金属はまだ熱い状態なので、シリンダの前述のように被覆された面の機械加工は容易である。結果として、最終的な硬化肉盛されたローラの被覆面は比較的滑らかとなる。

支持装置２の作業、例えば、支持装置２の回転速度、従って、これから被覆される又は被覆下降中の金属シリンダの回転速度などを制御する為に、また、アーク溶接装置３により被覆されたシリンダの表面の必要な厚さ及び平滑度をもたらすべくアーク溶接装置３及び／又は機械加工装置４の作業を制御する為に、レール群２５と、レール４３及びレール４４と、レール対３２とに平行に伸びたレール５１に沿った直線運動に備え載置されたレーザモニタリング装置５を用いて、シリンダの表面が、被覆されていないか、部分的に被覆されているか、完全に被覆されているかなどについて、シリンダの表面をモニタリングすることができる。

図１０には金属シリンダ６０の端部を示し、以上に記述したように、この端部はアーク溶接によって少なくとも部分的に金属で被覆されている。アーク溶接の手順の後かつ金属の機械加工に先立つ金属被覆を、６１で示す。この金属被覆の厚さは、一般的な厚さ、例えば３ｍｍである。機械加工された金属被覆を６２で示し、６２は滑らかな面６３を備えており、面６３の一般的な厚さは２ｍｍである。

上記のように、シリンダ６０は、任意の好適な金属材料からなるものでよく、例えばスチールであり、被覆金属は一般的にスチールであるが、低合金鉄鋼材料、鉄や高合金鉄鋼材料、コバルトベースの合金、ニッケルベースの合金、銅ベースの合金などからなるものでよい。

添付の図面についての前述の好適な実施形態は、スチール圧延プラントで用いる硬化肉盛されたローラの製造に関係しているが、本発明に係る製造装置及び方法を硬化肉盛されたプレートの生産にも適用できることが分かるはずである。

従って、本発明が、被覆金属基板、例えば、硬化肉盛されたローラ又はプレートや他の同様な硬化肉盛された製品などを、一カ所の被覆位置でアーク溶接し機械加工することに
より製造する装置及び方法を提供し、この装置及び方法の場合、硬化肉盛されたローラ又はプレートや他の同様な被覆製品などの作業面を、既知の被覆技術により製造された硬化肉盛された製品の作業面より一般に滑らかにしても、とりわけ、必要とする人的資源、製造の為のスペースや時間や費用が、既に知られているアーク溶接被覆技術の場合よりも少ないことが分かる。

硬化肉盛されたローラの製造装置の正面図。 硬化肉盛されたローラの製造装置の平面図。 硬化肉盛されたローラの製造装置の側面図。 硬化肉盛されたローラの製造装置の斜視図。 図１〜図４に示した装置で用いるフライス装置の正面図。 図１〜図４に示した装置で用いるフライス装置の平面図。 図１〜図４に示した装置で用いるフライス装置の側面図。 図１〜図４に示した装置で用いるレーザモニタリング装置の側面図。 図１〜図４に示した装置で用いるレーザモニタリング装置の斜視図。 正確な縮尺ではないが、部分的に被覆され機械加工されている、硬化肉盛されたローラの略断面図。

Claims (22)

1. 被覆金属基板（６０）の製造に用いる装置（１）であって、被覆位置（１００）の溶接手段（３）と、前記溶接手段（３）により前記被覆位置（１００）で金属被覆される基板（６０）を支持する手段（２）と、被覆された基板の表面を機械加工するよう配列された手段（４）とを備え、前記機械加工手段（４）が前記被覆位置（１００）にあることを特徴とする、
   装置（１）。
2. 前記溶接手段（３）がアーク溶接ガン（３１）である、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記溶接手段（３）が、金属で被覆する為に金属基板（６０）の全幅を横切るよう配列されている、請求項１又は２に記載の装置（１）。
4. 前記溶接手段（３）が、円筒形の金属基板（６０）の全幅を金属被覆する為に、かつ、前記基板（６０）の軸の周りでの回転に備え前記支持手段（２）の上に載置された前記基板（６０）の軸方向に前記溶接手段（３）を左右に往復運動させる為に、円筒形の金属基板（６０）の全幅を横切るよう配列されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記支持手段（２）が、主軸台（２１）と心押台（２２）とを備えた旋盤型の支持体（２）である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 基板（６０）の金属被覆の面を機械加工する前記手段（４）が、被覆中又は被覆後に前記溶接手段（３）により前記基板（６０）の表面を横切るよう配列されたフライス装置（４２）である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記機械加工手段（４）が、基板（６０）を金属で被覆する際に前記溶接手段（３）に追随するよう配列された、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 前記溶接手段（３）と金属機械加工手段（４）とが一斉に又は互いに独立して動作するようプログラムされた、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記溶接手段（３）及び前記機械加工手段（４）のうちの少なくとも一方の作業を制御する為に、金属基板（６０）の表面の被覆の前及び後及び機械加工の後のうちの少なくとも１つにおいて、金属基板（６０）の表面をモニタリングするよう配列された手段（５）を備えた、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１）。
10. 前記モニタリング手段（５）が、前記溶接手段（３）及び前記機械加工手段（４）のうちの少なくとも１つと一斉に又は独立して基板（６０）の全幅を横切るよう配列されたレーザモニタリング手段（５）を含む、請求項９に記載の装置（１）。
11. 前記モニタリング手段（５）が、前記溶接手段（３）及び前記機械加工手段（４）のうちの少なくとも１つの作業を制御するよう配列された、請求項９又は１０に記載の装置（１）。
12. 前記溶接手段（３）及び／又は前記機械加工手段（４）の作業をモニタリングする及び／又は制御する制御ユニット（５０）を備えた、前記請求項群のうち任意の請求項に記載の装置（１）。
13. 請求項９、１０又は１１に従属した請求項１２に記載の装置（１）であって、前記制御ユニット（５０）が、前記モニタリング手段（５）の作業の、モニタリング及び制御のうちの少なくとも１つを行う、装置（１）。
14. 硬化肉盛された金属被覆基板（６０）を製造する方法であって、前記方法が、溶接することにより金属基板（６０）の表面を金属（６１）で被覆する工程と、前記基板（６０）の前述のように被覆された前記面（６１）を前記溶接作業の位置（１００）で機械加工する工程とを備える、方法。
15. 溶接がアーク溶接ガン（３１）を用いて行われる、請求項１４に記載の方法。
16. 基板（６０）の前記被覆面（６１）の機械加工がフライス作業により行われる、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 前記被覆基板（６０）の前記表面（６１）がモニタリングされている、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記モニタリングがレーザ装置（５）を用いて行われる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記被覆作業と前記機械加工作業とが一斉に又は互いに独立して行われるよう配列されている。請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
20. 請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法において、前記表面モニタリング作業が前記被覆作業及び前記機械加工作業のうちの少なくとも１つと独立して又は一斉に行われる、方法。
21. 前記表面モニタリング作業が前記被覆作業及び機械加工作業のうちの少なくとも１つを制御する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記基板が円筒形の基板又はシートメタル基板（６０）である、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。

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