JP2859446B2 - リングローリングミル - Google Patents

リングローリングミル

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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21HMAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/06Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリング状の製品を熱間圧
延により製造するリングローリングミルの、特に軸方向
圧延部の位置またはロール回転数の制御応報に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、金属のリング状素材をキングロー
ルとマンドレル間で半径方向に、また、上下の円錐形状
のアキシャルロール間で軸方向とそれぞれ圧下して圧延
するリングローリングミルが使用されている。この装置
の概要を、図1の正面図を参照しながら説明する。な
お、図2は図1の装置の平面図である。該両図面は、本
発明の実施例を示す図であるが、以下に述べる主要構成
は従来の装置と共通である。
【0003】圧延装置の全体は、モータ2により駆動さ
れるキングロール3、これに平行で自由回転するマンド
レル4および該マンドレル4をキングロール3側へ圧下
する圧下シリンダ5からなり、被加工材1をその半径方
向に圧下して圧延する半径方向圧延部a、ならびにモー
タ6と7によりそれぞれ駆動される円錐状の上アキシャ
ルロール8と下アキシャルロール9および上アキシャル
ロール8を垂直方向に圧下するアキシャルロール圧下シ
リンダ10からなり、被加工材1を軸方向から圧下して
圧延する軸方向圧延部bからなっている。また、軸方向
圧延部bは、圧延途中の被加工材1の周長、したがって
直径の伸長にあわせ、軸方向圧延部bを後退させるため
の軸方向圧延部移動用シリンダ11により、その位置を
被成形材1の半径方向に移動できるように構成されてい
る。軸方向圧延部bを後退可能とする理由は、両アキシ
ャルロールの大型化を防止し、またその駆動系を簡略化
するためである。
【0004】上記構成のミルによりリング状被加工材1
を圧延する場合、半径方向の圧下によっても軸方向の圧
下によっても、周長つまりリング直径が拡大する。した
がって、この直径拡大に応じて軸方向圧延部bの位置ま
たはアキシャルロール8,9の回転速度を適切に制御す
ることが必要である。さもないと、アキシャルロール
8,9は円錐形状のため、例えば、その被加工材との接
触部位が小径側または大型径に偏倚することにより、該
軸方向圧延部と半径方向圧延部との圧延速度が不揃いと
なって、リングの真円度不良等を生ずる結果となる。こ
れら、リングローリングミルの制御については特開昭6
2−101333号および同56−165507号によ
る提案がある。前者は、軸方向圧延部の位置制御をそれ
以前には作業者が勘により行なっていたのに対し、両ア
キシャルロール間に被加工材の外径と接触するセンサを
設けてその外径を検出し、これに基づいて軸方向圧延部
を自動的に後退制御せんとするものである。一方、後者
は、加工中の被加工材の体積が不変であることを利用し
て被加工材の軸方向寸法とリングの外径寸法を測定しそ
の結果から、リングの内径寸法を算定し、これに基づい
てマンドレルの位置を制御することを提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記特開
昭62−101333号による提案のごとく、軸方向圧
延部の位置を、圧延中の被加工材の直径のセンサ等によ
る直接的測定値で制御する方法では、真円度をはじめ高
い形状精度のリング製品を得ることが困難であることを
多くの作業結果から知見した。すなわち、被加工材が既
に真円度が低い場合は、もちろん、たとえ圧延開始前の
素材が完全なリングの場合でも圧延の開始と同時にその
リング形状はその圧下率に比例して円形からかけ離れて
しまう、すなわち、真円度が低下してしまうのである。
【0006】しかも、フィードバックの閉ループ内に被
加工材を含み、この被加工材はその回転速度に関する時
間遅れを有するものである。その結果、被加工材のアキ
シャルロール間での断面は、被加工材の回転とともにそ
の半径方向に振れることになる。すなわち、制御の目標
値が周期的変動を生ずることになるため適確な制御が困
難となり、この振れを低下させるため圧延速度や圧下沿
度の低下、ヒート回数の増加を余儀なくされ、また、断
面の中心まで圧延による塑性加工効果が及ばなくなる。
また、従来の制御方法でアキシャルロールの回転数も制
御する場合は、該ロール駆動用モータの電流値が大幅に
変動するため、電源系に悪影響を及ぼし、また圧延の電
力原単位を増加していた。本発明は上記の従来技術によ
るリングローリングミルの真円度等の形状精度改善能力
を向上し、圧下速度等を増加しても十分な形状精度の製
品を得ることのできるリングローリングミルを提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転駆動され
たキングロールとマンドレルでなり、被加工リング状素
材を、その断面の半径方向から圧下して圧延する半径方
向圧延部、および前記素材のリングの内側に頂点を有す
る円錐状の1対の回転駆動されたアキシャルロールでな
り、前記素材をその断面の軸方向から圧下して圧延し、
前記半径方向圧延部に対し、前記素材の半径方向に移動
可能に設けられた軸方向圧延部からなるリングロールミ
ルにおいて、前記被加工リング状素材の断面寸法を測定
する断面寸法測定手段を有し、かつ外部から設定されま
たは該素材の寸法から算出した体積値と、前記断面寸法
測定手段の出力から算出されるリング断面積から前記素
材の直径を算出し、これに基づいて前記軸方向圧延部の
前記半径方向位置を、前記アキシャルロール上の該ロー
ルと前記素材との接触の中心が一定の軸方向位置となる
方向に制御することを特徴とするリングローリングミル
である。
【0008】
【作用】本発明のリングローリングミルの制御は、被加
工材の直径にしたがって軸方向圧延部の位置を制御する
ことにより、アキシャルロールでの圧延速度を半径方向
圧延部のそれを同期させるものであるが、その基準とな
る直径は、被加工材の直接的実測値でなく、圧延中不変
とみなし得る被加工材の体積とその刻々のリング断面積
から算出されるもの(周長と同一意味)であり、単調増加
関数的で振動的ではない。また、そのフィードバック閉
ループ内に被加工材は含まれず、これによる時間遅れは
ない。したがって、急速な圧下を加えても、該リングロ
ーリングミル特有の真円度改善能力を阻害することな
く、高い形状的精度の製品を製造すること可能となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例の図面により具体的に
説明する。図1は本発明のリングローリングミルの1実
施例の模式的正面図、図2は同平面図を示すものであ
り、該リングローリングミルの主要構成および作動は前
記従来の技術で述べたものとほぼ同等である。おのおの
モータおよびシリンダには、それぞれ回転速度検出器N
2,N6,N7および位置検出器P5,P10,P11
が設けられ、また圧延中の被加工材1のアキシャルロー
ル8,9に対する接触位置測定用としてタッチローラ1
2,シリンダ13,位置検出器P13が設けられてい
る。なお、該実施例において、位置検出器P13は、軸
方向圧延部bのベースに取り付けられているので、被加
工材1の外径寸法は、位置検出器P11とP13の合成
出力(以下タッチローラ合成出力,図4においてT.R
合成出力と記す)として得られる(キングロール3の位
置および直径は一定である)。
【0010】被加工材1のリング断面積Sおよび体積V
は、それぞれ厚み測定用位置検出器P5と高さ測定用位
置検出器P10の出力の積および、さらに外径(タッチ
ローラ合成出力)から算出することができる。なお、こ
の際外径寸法値は、タッチローラ合成出力の最大と最小
の平均値を用いるとよい。このようにして求めた断面積
Sおよび体積Vは、被加工リング素材1が熱間打抜きを
含む自由鍛造で製造され、リング形状が不完全な場合
は、大きな誤差を有するが、圧延の進行に応じて寸法測
定、体積算出を繰り返し更新することにより高精度とす
ることができる。しかし、本発明において、体積は比重
と素材重量から推算するもの、その他人力によるインプ
ット等によるものとしてもよい。
【0011】本発明は、アキシャルロール8,9に規準
直径を設定し、この部分が被加工材1と接触中心となる
方向に軸方向圧延部bの位置を制御するものであるが、
本実施例では制御過程等で、この規準直径部分と被加工
材1との接触中心位置との間に差が生じた時、位置検出
器13の出力によりアキシャルロール8,9の回転速度
を制御している。したがって、図3のAに圧延の初期、
Bに圧延の末期のそれぞれ圧延状態を示すように、一般
には被加工材1の軸心とアキシャルロール8,9の円錐
の頂点を通る垂線とは一致しない。また、軸方向圧延部
の位置制御とアキシャルロールの回転数制御が併用され
ることにより、被加工材の変動に対し高レスポンスの応
答が得られる。
【0012】図4は、図1の実施例に採用した軸方向圧
延部bの位置制御系のフローチャートを示すものであ
る。圧延開始後、マンドレル4および一方のアキシャル
ロール8がそれぞれのスケジュールにしたがって、圧下
を開始する。これと同時に該制御系も作動を開始し、該
開始後10秒を経過するまでの制御ステップは、経路P
1を経てタッチローラ合成出力(T.R合成出力)によ
る制御サブルーチンに移り、軸方向圧延部bは、前述の
特開昭62−101333号によると同様に後退制御さ
れる。圧延開始後、10秒経過直後の制御ステップは、
経路P2を経て基準体積計算サブルーチンに移り、ここ
で圧延によりやや整形された被加工材1の体積Vが、そ
の時のリングの厚み(P5)、高さ(P10)およびタッ
チローラ合成出力(P11,P13)から算出され、こ
の値は一時的に内臓のレジスタに記憶される。しかし、
制御はタッチローラ(T.R)合成出力による制御が継
続される。
【0013】次に上記基準体積計算を行なった後の制御
ステップは、経路P3を経て真円リング径計算サブルー
チンに移り、ここで上記により算出された体積Vおよび
その時点のリングの高さと肉厚からリングの平均径が算
出され、位置検出器P11の検出結果による位置がこの
算出結果による位置に一致するごとく、目標リング径に
よる制御サブルーチンにより追従制御される。圧下スケ
ジュールの継続中は、圧延未完了と判断され、制御ステ
ップは経路P4により15秒毎に最新の基準体積が再計
算されることにより、最新の体積値が上記レジスタに記
憶され、これにより上記制御による圧延が継続される。
以上に述べたように、圧延の進行とともに、体積計算の
精度が向上し、アキシャルロール位置、アキシャルロー
ル回転数を極めて平滑に制御することが可能となる。
【0014】前記実施例は、リングの断面積測定手段と
して、圧延用ロールをそれぞれ直接利用しており、堅牢
かつ簡潔化されている、リングの体積散おして定時間毎
に最新のものに更新するので、特に自由鍛造等による形
状的精度の低いリングミル用の素材に対しても適確な制
御が可能である、等の特徴を有する。
【0015】前記構成のリングローリングミルにより、
種々の材質、寸法のリング製品を圧延したが、作業はい
ずれも順調であり、真円度誤差は従来方法によるものに
比し、数分の一に低下できた。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のリングロー
リングミルは、圧延前の素材の不整形あるいは圧延途中
の不適当な圧延条件設定による真円度低下が発生した場
合、変動する外径入力の影響を受けることなく、軸方向
圧延部の位置(本実施例では回転速度も)を平滑な作動
で制御でき、さらに真円度の誤差の大きい素材の処理時
にはその修正効果を阻害されることなく、高精度の圧延
成品を得ることができる。また、従来技術では上記のよ
うな変動があった場合、アキシャルロールの回転は、加
減速を繰り返すことになり、同ロール稼働モータの過負
荷傾向と無駄な電力を消費する結果となっていたが、本
発明によりこれらを解決でき、適正な運転と高い効率を
得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の正面図である。
【図2】第1図の平面図である。
【図3】本発明の実施例での圧延作業の初期および末期
の状態を示す図である。
【図4】本発明の実施例の制御のフローチャート図であ
る。
【符号の説明】
1 被加工材 2 モータ 3 キングロール 4 マンドレル 5 圧下シリンダ 6 モータ 7 モータ 8 上アキシャルロール 9 下アキシャルロール 10 軸方向圧延部圧下シリンダ 11 軸方向圧延部移動用シリンダ 12 タッチローラ 13 タッチローラ押付け用シリンダ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転駆動されたキングロールとマンドレ
    ルでなり、被加工リング状素材を、その断面の半径方向
    から圧下して圧延する半径方向圧延部、および前記素材
    のリングの内側に頂点を有する円錐状の1対の回転駆動
    されたアキシャルロールでなり、前記素材をその断面の
    軸方向から圧下して圧延し、前記半径方向圧延部に対
    し、前記素材の半径方向に移動可能に設けられた軸方向
    圧延部からなるリングローリングミルにおいて、前記被
    加工リング状素材の断面寸法を測定する断面寸法測定手
    段を有し、かつ外部から設定されまたは該素材の寸法か
    ら算出した体積値と、前記断面寸法測定手段の出力から
    算出されるリング断面積から前記素材の直径を算出し、
    これに基づいて前記軸方向圧延部の前記半径方向位置
    を、前記アキシャルロール上の該ロールと前記素材との
    接触の中心が一定の軸方向位置となる方向に制御するこ
    とを特徴とするリングローリングミル。
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