JP2820524B2

JP2820524B2 - 曲げロール

Info

Publication number: JP2820524B2
Application number: JP2292517A
Authority: JP
Inventors: 武文仲子; 嘉晃島田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH04167925A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、成形ロールを使用することなく、弾性変形
を利用して金属ストリップを筒状，樋状等の形状に成形
する際に使用される曲げロールに関する。

［従来の技術］金属ストリップから管体を製造する従来の方法では、
タンデムに配置された多数のカリバーを有するフォーミ
ングロール，ケージロール等からなるロール成形機が使
用されている。この成形機により、金属ストリップは、
幅方向に順次曲げ加工され、管状に成形される。そし
て、成形された金属ストリップの幅方向両端部を突合わ
せて溶接することにより、管体を連続的に製造してい
る。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置さ
れた成形機を必要とするため、設備的な負担が大きくな
る。また、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も
面倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよ
うとするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作
業となる。

しかも、板幅に比較して板厚が小さな金属ストリップ
を製管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形によ
る影響が大きく現れる。たとえば、前段の成形ロールか
ら後段の成形ロールに至る過程で大きなスプリングバッ
クが生じ、特に幅方向両端部が十分な曲げ加工を受ける
ことなく、後段の成形ロールに送り込まれる。また、エ
ッジストレッチが大きく、縁波が発生し易い。そのた
め、製造された管体の真円度が劣化する。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法と
して、従来の成形ロールを使用することなく、金属スト
リップが有する弾性力を利用して管状に成形する方法を
開発し、特開昭62−176611号公報，特開平１−48624号
公報等として紹介している。

たとえば、特開昭62−176611号公報では、第５図に概
要を示した設備構成を使用している。アンコイラ１から
送り出された金属ストリップｓは、ガイドロール２を経
て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、小径の曲
げロール3a及び大径のサポートロール3bを備えており、
サポートロール3bの表面にポリウレタン等の弾性ライニ
ング3cが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール3a側に接
触するように、金属ストリップｓを曲げロール3aとサポ
ートロール3bとの間に送り込む。金属スリップｓが曲げ
ロール3bで幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しを受けるた
め、予変形部３を通過した後の金属ストリップｓに残留
応力が付与される。

残留応力が与えられた金属ストリップｓは、成形ロー
ル4,サイドロール５及び送りロール６を経て下流側に送
られる。この送り過程で、金属ストリップｓは、長手方
向の変形が拘束されているので、残留応力によって管状
に弾性変形する。そして、管状に成形された金属ストリ
ップｓは、成形ロール４及びサイドロール５により形状
が拘束された状態で、幅方向両端部が突合わされる。こ
の突合わせ部を溶接トーチ７で溶接することにより、管
体ｐが得られる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリ
ップｓを管状に成形するため、得られた管体ｐの真円度
は優れたものとなる。また、金属ストリップｓを管状に
曲げ加工する成形ロールを必要としないため、設備構成
が簡単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平２−75418号公報では、第６図に示した
概略構成をもつ予変形部を提案した。この予変形部３で
は、一対の大径ロール3d及び3eの間に曲げロール3fを配
置している。金属ストリップｓは、大径ロール3dと曲げ
ロール3fの間を通過した後、曲げロール3fを周回し、大
径ロール3eと曲げロール3fとの間から送り出される。こ
の走行過程で、金属ストリップｓが曲げ及び曲げ戻さ
れ、残留応力が付与される。この予変形部３は、小径の
曲げロール3fをバックアップする機構を省略することが
でき、所定の残留応力を金属ストリップｓに付与するこ
とが容易となる。

［発明が解決しようとする課題］本発明者等が提案した製管法によって、従来の成形ロ
ールが不要になり、簡単な設備構成で真円度に優れた管
体が製造されるようになった。ところが、その後の開発
段階で、曲げ及び曲げ戻しで残留応力を与えた金属スト
リップを幅方向にカールさせるとき、円周方向の曲率が
均一でなく、真円度が低い管体に成形される場合がみら
れた。

真円度の低下は、幅方向に関し不均一な残留応力が金
属ストリップに与えられていることに起因する。そこ
で、曲げロールの加工精度及びサポートロールに対する
組立て精度を高めた。しかし、これによっても、製管開
始直後は所期の形状特性をもった管体が得られるもの
の、製管を長時間にわたり連続して行うとき、時間経過
と共に製造された管体の形状特性が劣化することがみら
れた。

本発明者等は、形状特性の劣化を曲げロールのプロフ
ィール変化に原因があるものと推定した。プロフィール
変化を起こす代表的な要因として、加工時の発熱による
サーマルクラウンが掲げられる。また、ロールが高温に
なるに従って剛体強度が低下し、変形することも考えら
れる。

そこで、曲げロールの温度上昇を抑えてプロフィール
変化を抑制すれば、一定した条件下で曲げ及び曲げ戻し
が行われ、幅方向に均一な残留応力が与えられるものと
仮定した。

本発明は、このようなことを前提とし、曲げロールに
冷却機構を内蔵させることによって、加工時の発熱等に
起因したプロフィール変化を抑え、形状特性の劣化を招
くことなく金属ストリップを管状，樋状等に成形するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の曲げロールは、その目的を達成するため、幅
方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力を金属ス
リップに付与した後、管状或いは樋状に金属ストリップ
を成形する際に使用されるロールであり、中心角90度以
上の範囲で前記金属ストリップに接触する周面をもち、
内部に冷媒が循環する冷却機構を備えていることを特徴
とする。

［作用］本発明者等は、曲げロールのプロフィール変化を次の
ように推定した。

曲げ及び曲げ戻しにより付与した残留応力で金属スリ
ップを幅方向にカールさせて管体，樋状製品を製造する
とき、第５図及び第６図に示すように曲げロール3a,3f
は、対向するロール3a,3d,3eに押し付けられる力は小さ
いものの、円周方向に関し長い距離で金属ストリップｓ
に接触する。また、曲げロール3a,3fとして小径のロー
ルが使用され、金属ストリップｓが曲げロール3a,3fに
押し付けられる力も大きくなる。しかも、曲げロール3
a,3fと接触する部分で金属ストリップｓが大きく塑性変
形するため、金属ストリップｓで発生した加工発熱が加
えられる。

そのため、曲げロール3a,3fは、昇温し易く、場合に
よって200℃を超える温度に達することもある。この昇
温により、また使用する曲げロール3a,3fが小径である
ことと相俟つて、曲げロール3a,3fのプロフィールが変
わり、いわゆるサーマルクラウンが生じる。その結果、
金属ストリップｓに与える曲げ加工が幅方向に関して不
均一になり、製管したとき曲率が不規則に変動する。そ
して、製造された管体の真円度が低下し、商品価値を下
げる。このプロフィール変化は、塑性曲げされる金属ス
トリップの板厚が大きくなるほど、顕著に現れる。

本発明においては、内蔵させた冷却機構で曲げロール
の昇温を抑制し、サーマルクラウンを始めとするプロフ
ィール変化を防止する。

たとえば、第１図に示すように両端が支持される形式
の曲げロール10にあっては、ロール本体11の中心部を貫
通した冷媒通路12が穿設されている。冷媒通路12は、ロ
ールチャック部13で開口し、一方が冷媒供給口14、他方
が冷媒排出口15となる。また、第６図に示した曲げロー
ルのような場合には、フローティングロールが使用され
ることから、単なるパイプ状のロールを使用することも
できる。そして、パイプ状ロールの両端部が開放された
状態で使用するとき、外気がパイプ状ロールの内部を流
通することによって自然放冷が行われる。或いは、パイ
プ状ロールの両端部に冷媒の導入及び排出のためのホー
ス等を取り付け、強制空冷或いは強制水冷を行うことも
できる。

冷媒としては、水，冷風等が使用される。この冷媒の
流量を変えることによって、抜熱能力を調整し、ロール
本体11を設定温度以下に保持することができる。

また、冷媒通路12は、第２図に示すようにロール本体
11の内部に同心円状で複数設けることができる。冷媒通
路12の個数及び配置は、使用するロール本体11の直径に
応じて適宜変更される。たとえば、直径が20mm以下のロ
ール本体11をもつ曲げロール10を使用する場合には、中
心部に冷媒通路12を穿設した第１図の構造が採用され
る。或いは、単純な円筒状のロールを使用し、内部に大
気を自然対流させるか、冷風や冷却水等を強制循環させ
る。また、直径が10mm以上のロール本体11をもつ曲げロ
ール10を使用する場合、複数個の冷媒通路12を同心円状
に穿設した第２図の構造が採用される。なお、ロール本
体11の直径が10〜20mmの範囲にある場合には、第１図又
は第２図の何れの方式で冷媒通路12を設けたものも使用
可能である。

金属ストリップ20は、曲げロール10の周面により塑性
曲げされ、曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が付与され
た金属ストリップ21となる。この金属ストリップ21を第
５図又は第６図で説明したように後続する工程で幅方向
にカールさせると、管状，樋状に成形された製品が連続
的に得られる。また、残留応力が付与された金属ストリ
ップ21をコイル状に一旦巻き取り、別工程で管状，樋状
に成形することもできる。

ここで、曲げロール10のトール本体11に金属ストリッ
プ20が接触する長さは、第３図に示すように中心角αが
90度以上となる円周方向長さとするとき、曲げロール10
による曲げモーメントが金属ストリップ20に効率よく伝
わり、所定の曲げ及び曲げ戻しを行うことができる。中
心角αが90度未満であると、塑性曲げした後の金属スト
リップ21に残留する応力が小さく、幅方向にカールする
傾向が低下する。

また、ロール本体11の直径は、一概に決められるもの
ではないが、有効な残留応力を与える上から２〜30mmの
範囲にすることが好ましい。ロール本体11の直径が小さ
ければ小さいほど、金属ストリップ20の塑性曲げ加工度
が大きくなる。しかし、板厚との関係から無制限に小さ
くすることはできない。ロール本体11の直径を過度に小
さくすると、たとえば第６図に示したようなフローティ
ング方式の曲げ装置では、ロール3dと3eとの間にストリ
ップＳと曲げロール3fが共に差し込まれ易くなる。そこ
で、具体的には、ロール本体11の半径をｒとし、板厚を
ｔとするとき、ロール本体11の半径ｒは、r/t≧５で下
限が規制される。

このように、冷媒によってロール本体11を冷却しなが
ら金属ストリップ20の塑性曲げを行うとき、加工発熱等
によってロール本体11が昇温することが抑制される。そ
のため、ロール本体11は、初期形状を維持し、同一条件
下で金属ストリップ20が塑性曲げされる。その結果、金
属ストリップ21の残留応力が幅方向に均一化し、後続す
る工程で管状或いは樋状に成形したとき均一な曲率で幅
方向にカールする。

［実施例］以下、ストリップの幅方向両端部を突き合わせ溶接し
てステンレス鋼管を製造した実施例を説明する。

実施例1: 板厚が0.2mmで板幅89.5mmのステンレス鋼板SUS304を
金属ストリップ素材として使用した。このステンレス鋼
板は、0.2％耐力が100kgf/mm²であった。

曲げロール10としては、直径3mmの工具鋼製ロールを
使用した。この曲げロール10を、第５図で示したよう
に、ポリウレタンをライニングした直径100mm,ロール幅
100mmのサポートロール31に対向させ、ステンレス鋼板
に300kgfの押付け力を加えて曲げ及び曲げ戻しを行っ
た。このとき、ステンレス鋼ストリップが曲げロールの
周面に接触する円周方向長さを、中心角α≧90度の範囲
に設定した。

また、曲げロール32の中心部に穿設した孔径1mmの冷
媒通路12を介して毎分１の流量で温度20℃の冷却水を
供給し、曲げ加工時にロール本体11の周面温度が100℃
を超えないように冷却した。

残留応力が付与されたステンレス鋼板を、成形ロール
及びサイドロールで直径28.6mmの管状に成形した。そし
て、幅方向両端部を突き合わせ、マイクロプラズマ溶接
し、ステンレス鋼管を製造した。

得られたステンレス鋼管は、幅方向に関して均一な曲
率で湾曲した円形断面をもった真円度の高いものであっ
た。そして、長さ3,000mのステンレス鋼板を連続製管し
た後でも、第４図に示すように真円度に実質的な変動が
検出されなかった。なお、第４図における真円度は、得
られたステンレス鋼板の最小直径に対する最大直径の比
率で表している。

これに対し、冷却機構を備えていない同じサイズのロ
ールでステンレス鋼板を塑性曲げして製管したものにあ
っては、真円度が1.05を超える場合があった。

実施例2: 板厚が0.3mmで板幅159mmのステンレス鋼板SUS304−BA
を金属ストリップ素材として使用した。このステンレス
鋼板は、0.2％耐力が30kgf/mm²であった。

曲げロール10として、直径12mmの工具鋼製ロールを使
用し、口径6mmの冷媒通路を中心に穿設し、口径2mmの冷
媒通路12を同心円状に３個穿設した。そして、実施例１
と同様に、ステンレス鋼板に曲げ及び曲げ戻しを施し
た。このとき、ステンレス鋼ストリップが曲げロールの
周面に接触する円周方向長さを、中心角α≧90度の範囲
に設定した。このとき、曲げロール32の中心部に穿設し
た冷媒通路12を介して毎分１の流量で温度20℃の冷却
水を供給し、曲げ加工時にロール本体11の周面温度が10
0℃を超えないように冷却した。

残留応力が付与されたステンレス鋼板を、成形ロール
及びサイドロールで直径50.8mmの管状に成形した。そし
て、幅方向両端部を突き合わせ、マイクロプラズマ溶接
し、ステンレス鋼管を製造した。

得られたステンレス鋼管は、幅方向に関して均一な曲
率で湾曲した円形断面をもった真円度の高いものであっ
た。また、長時間使用した後でも、真円度に実質的な変
動が検出されなかった。

比較例：冷却機構を備えていない外は、実施例１と同じサイズ
のロールで板厚0.2mm,板幅89.5mmのステンレス鋼板SUS3
04を塑性曲げして、直径28.6mmに製管した。この場合、
得られた鋼管は、真円度が1.05を超えるものもあった。

実施例１と比較例の対比から明らかなように、曲げロ
ールを冷却することによって、得られた管体の形状特性
が向上していることが判る。そのため、製管後に施す矯
正を省略することができた。この冷却効果は、曲げロー
ルのロール本体の直径や軸長にもよるが、周面温度を10
0℃以下に保持するとき顕著なものとなる。また、加工
される金属ストリップ20が厚くなるほど、冷却ロールを
使用する効果が大きく、製造された管体の形状特性が向
上した。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明によるとき、金属スト
リップを塑性曲げする曲げロールに冷却機構を内蔵さ
せ、曲げ加工時にロール本体が昇温することを抑制して
いる。その結果、ロール本体が剛体強度の大きな低温状
態に維持されると共に、熱膨張に起因したサーマルクラ
ウンの発生を防止している。その結果、金属ストリップ
に対する塑性曲げが長期間にわたり同一条件下で行わ
れ、幅方向に関して均一な曲げ及び曲げ戻しによる残留
応力が金属ストリップに付与される。この金属ストリッ
プから成形された管体，樋状製品等は、均一な曲率で湾
曲したものであるため、形状修正のために軽度な矯正を
行うだけで、或いは矯正を省略しても、優れた形状特性
をもつ製品として使用することができる。

【図面の簡単な説明第１図は本発明の曲げロールの一例を示し、第２図は複
数の冷媒通路を穿設した曲げロールを示し、第３図は金
属ストリップが塑性曲げされている状態を示し、第４図
は本発明の効果を具体的に表したグラフである。他方、
第５図及び第６図は、本発明者等が先に提案した設備構
成を示す。 10:曲げロール、11:ロール本体 12:冷媒通路、13:ロールチャック部 14:冷媒供給口、15:冷媒排出口 20:金属ストリップ（残留応力付与前） 21:金属ストリップ（残留応力付与後） α：金属ストリップが接触する周面の中心角

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属ストリップに幅方向に一様な曲げ及び
曲げ戻しにより残留応力を付与した後、管状或いは樋状
に金属ストリップを成形する際に使用されるロールであ
り、中心角90度以上の範囲で前記金属ストリップに接触
する周面をもち、内部に冷媒が循環する冷却機構を備え
ていることを特徴とする曲げロール。