JP3120005B2 - 鍛造による金属形材の造形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鍛造による金属形材
の造形方法に関する。

【０００２】この発明は、鋼、アルミニウム合金、銅合
金その他の金属材料よりなるＨ形材、軌条などを金属形
材の粗造形または中間造形に利用される。

【０００３】

【従来の技術】従来、金属形材たとえば形鋼の粗圧延で
は、長方形断面の素材から、複数のカリバーを有する水
平ロール対を持つ、１台の圧延機で、複数パスのリバー
ス圧延により、断面長辺側の長さ（ウェブ高さ）を圧下
し、短辺側の長さ（フランジ幅）を広げ、短辺側中央部
の厚さ（ウェブ厚み）を圧下する加工をしている。

【０００４】鍛造による金属粗形片の製造方法として、
特開昭５６−１２３６号公報には、長方形断面の素材を
垂直方向と水平方向から同時に圧下する方法が開示され
ている。この加工により、素材厚みにより大きなフラン
ジ幅の粗形鋼片を得ることができる。また、第１１８回
日本鉄鋼協会講演大会Vol.２（１９８９）、１５７１頁
に開示されているように長方形断面の素材の長辺側を上
下の金敷により拘束し、短辺側を左右の金敷で所定の寸
法まで圧下して、素材厚よりも大きなフランジ幅を製造
する鍛造加工法が開示されている。

【０００５】さらに、熱延板を製造する際、スラブの幅
を圧下する方法として、特開平２−５２１０４号公報に
はスラブ短辺側を左右の金型により圧下と送りを同時に
作用させて加工する方法が示されている。また、特開昭
６０−１２７００２号公報には、スラブ短辺側に左右の
金型により圧下する方法が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の金属形材の粗圧
延による方法で、各種製品サイズに応じて多数のウェブ
高さ、フランジ幅を粗造形するには、一般に、素材断面
として、長辺長さが１０種類以上、粗造形の圧延パス数
も２０前後必要であり、素材集約と圧延能率の点から効
率的ではない。鍛造による粗形鋼片の製造方法として、
特開昭５６−１２３６号公報に開示されている方法で
は、ウェブ高さとウェブ厚を所定の寸法にした場合、フ
ランジ幅はほぼ一定の値に限定され、各種の製品サイズ
に対応する粗造形鋼片の各種のフランジ幅をサイズフリ
ーに製造することは困難である。また、第１１８回日本
鉄鋼協会講演大会Vol.２（１９８９）、１５７１頁に開
示されている方法で、鍛造により、ウェブ高さを所定の
寸法に圧下した場合も、同様に、各種のフランジ幅をサ
イズフリーに製造することは困難である。さらに、特開
平２−５２１０４号公報あるいは特開昭６０−１２７０
０２号公報にあるように、鍛造により熱延板の幅方向の
圧下と材料送りを同時に作用させて、あるいは圧延によ
り幅方向の圧下を作用させて、熱延板を所定のスラブ幅
寸法に圧下した場合、幅広がり（ドッグボーンとよぶ）
形状はほぼ一定の寸法になる。

【０００７】すなわち、従来の形鋼の粗圧延法、鍛造に
よる形鋼の粗加工法、あるいは熱延板のスラブ幅圧下法
では、長方形断面の素材から粗造形工程におけるウェブ
高さ、およびフランジ幅を数パス以下で効率的にサイズ
フリーに製造することは困難である。

【０００８】この発明は、１〜数パスで、所定のウェブ
厚さおよびウェブ高さに対し、フランジ幅の大きい大形
Ｈ形材や軌条を粗造形あるいは中間造形加工することが
でき、またフランジ幅の調整範囲が大きな金属形材をサ
イズフリーに加工することができる鍛造による金属形材
の造形方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の鍛造による金
属形材の造形方法は、四角形断面の素材をパスラインに
沿って送りながら、上下に対向する上下ダイスおよび左
右に対向する左右ダイスで素材を圧下する鍛造により、
ウエブおよびフランジからなる金属形材を造形する方法
において、パスラインに平行な垂直面内で一定の閉曲線
を描くように上下ダイスを周期的に駆動するとともに、
水平面内で一定の閉曲線を描くように左右ダイスを周期
的に駆動し、素材および鍛造後の金属形材の形状および
寸法に基づいて、ウエブ厚を上下ダイスの圧下率で調整
し、ウエブ高さを左右ダイスの圧下率で調整し、フラン
ジ幅を複数パスのうちの前半パスでダイス作業面の上下
方向の中心にパスライン方向に沿って延びる凸部をもつ
左右ダイスを用いて上下ダイスと左右ダイスの圧下率で
調整し、さらに後半パスでダイス作業面がフラットな左
右ダイスを用いて上下ダイスと左右ダイスの圧下率で調
整するとともにフランジ外側形状を成形する。

【００１０】上下ダイスおよび左右ダイスが描く閉曲線
は、それぞれ圧下方向および材料送り方向の運動成分を
含んでいる。これら閉曲線の形状は、ダイス駆動１周期
での圧下率、送り量、およダイス駆動周期を考慮して、
理論的にあるいは実験によって決める。上下ダイスおよ
び左右ダイスの圧下率は、素材および鍛造後の金属形材
の形状、寸法によって決める。上下ダイス駆動周期と左
右ダイス駆動周期は同じであってもよく、あるいは異な
っていてもよい。

【００１１】上下ダイスおよび左右ダイスを一定の閉曲
線を描くように駆動するには、偏心軸、偏心カム、ある
いはリンク機構などを組み合わせたダイス駆動装置を電
動モータ、油圧または空気圧アクチュエータで駆動す
る。

【００１２】パスの前半での圧下率は、パス全体の圧下
率の１０〜７５％程度である。左右ダイスの凸部の垂直
方向の寸法（幅）は素材高さに対し０．７５以下が、ま
た水平方向の寸法（突出高さ）は上記幅に対し０．３５
以下が適当である。さらに、突部の底部の幅に対する頂
部の幅の比は、０．５以下が適当である。

【００１３】上記金属形材の造形方法において、前記前
半パスおよび後半パスの各パスで、素材および鍛造後の
金属形材の形状および寸法に基づいて、フランジ幅を上
下ダイスのパスライン方向の速度と左右ダイスのパスラ
イン方向の速度との速度差により調整するようにしても
よい。

【００１４】上下ダイスのパスライン方向の速度（材料
送り速度）と左右ダイスのパスライン方向の速度（材料
送り速度）との速度差を調整するには、上下ダイス駆動
周期と左右ダイス駆動周期とが等しい場合、ダイス駆動
１周期当たりの送り量（以下、送り変位振幅という）を
互いに独立して調整する。送り変位振幅が等しい場合、
上下ダイス駆動周期と左右ダイス駆動周期とを互いに独
立して調整する。

【００１５】材料を複数パスで造形する場合、パスごと
に上下ダイスおよび左右ダイスが描く閉曲線を設定す
る。このとき必要に応じて、上下ダイス駆動周期および
左右ダイス駆動周期も設定する。

【００１６】上下ダイスと左右ダイスとの速度差を調整
するには、 材料送り速度調整装置により上下ダイスあるいは左
右ダイスの減速機の減速比を調整する、 偏心カムの切替え機構によりカムの形状を切り替え
る、 材料送り用モータを上下ダイスと左右ダイスで別々
に設置して、回転数を相対的に変化して調整する、 などによる。

【００１７】

【作用】この発明では、上下ダイスおよび左右ダイスに
より、四角形断面の材料は、垂直および水平方向から鍛
造加工され、所要形状の金属形材に造形される。材料
は、ダイスの動きにより垂直方向および水平方向から同
時に周期的に連続して鍛造され、かつ、ダイスの送り方
向の動きにより材料の長手方向に周期的に連続して送ら
れる。その際、左右ダイスの間隙を調整することにより
ウェブ高さが調整され、上下ダイスの間隙を調整するこ
とによりウェブ厚さが調整される。

【００１８】左右ダイスの圧下により、フランジ部の材
料は左右ダイスと上下ダイスとの間隙に沿って上下に伸
びる。上下ダイスの圧下によってもフランジは上下に伸
びるが、左右ダイスによる伸びよりも小さい。

【００１９】特に前半のパスでは、フランジ外側形状の
成形上の制約は少ないので、上下方向の中心にダイス作
業面に凸部を持つ左右ダイスを用いることができる。そ
の場合、ダイス面がフラットな左右ダイスを用いた場合
に比較して、凸部によりフランジの上下方向中心部の材
料が排除されるため、フランジ幅が大きくなる。また、
後半のパス（少なくとも最終パス）では、フランジ外側
形状を成形する必要があるため、ダイス作業面がフラッ
トな左右ダイスを用いる必要がある。前半のパスで凸部
を持つ左右ダイスにより加工した材料を、後半のパスで
フラットな左右ダイスで加工すると、前半のパスでフラ
ットな左右ダイスで加工した材料を、後半のパスでフラ
ットな左右ダイスで加工する場合に比較して、前半パス
出側のフランジ幅が大きいことにより、後半パス出側の
フランジ幅は大きくなる。

【００２０】この結果、１〜数パスで、所定のウェブ厚
さ、ウェブ高さに対してフランジ幅の大きい大形Ｈ形材
の粗造形あるいは中間造形加工ができ、またフランジ幅
の調整範囲が大きな金属形材をサイズフリーに加工する
ことが可能となる。

【００２１】上下ダイスと左右ダイスの材料送り速度の
差（相対速度）を調整した場合、フランジ幅は更に大き
く調整される。そのメカニズムは次の通りである。

【００２２】上下ダイスの材料送り速度が左右ダイスの
材料送り速度より大きい場合は、上下ダイスおよび左右
ダイスの材料送り速度が等しい場合に比較して、フラン
ジに作用する材料進行方向応力が引張側に増加し、フラ
ンジ幅は減少する。反対に、上下ダイスの材料送り速度
が左右ダイスの材料送り速度より小さい場合は、上下ダ
イスおよび左右ダイスの材料送り速度が等しい時に比較
して、フランジに作用する材料進行方向応力が圧縮側に
増加し、フランジ幅は増加する。これにより、左右ダイ
スの圧下率が一定、すなわちウェブ高さが一定で、かつ
上下ダイスの圧下率が一定、すなわちウェブ厚さが一定
の場合でも、上下ダイスと左右ダイスの材料送りの相対
速度の調整により、フランジ幅が調整される。

【００２３】

【実施例】金属形材がＨ形鋼片である場合を例として、
この発明の実施例を説明する。

【００２４】図１および図２は、この発明の造形方法を
実施する形鋼鍛造装置の一例を示すもので、図１は上記
鍛造装置の正面図、および図２は側面図である。

【００２５】形鋼鍛造装置は、主としてハウジング１
０、ダイス保持装置２０、ダイス４０およびダイス駆動
装置５０とからなっている。

【００２６】ハウジング１０は、全体として箱形に構成
されている。すなわち、ハウジング１０は四角形フレー
ム状の架台１１の４隅にそれぞれ支柱１２が設けられて
いる。４本の支柱１２は頂部に頂部フレーム１４が取り
付けられており、また上側中間フレーム１５および下側
中間フレーム１６が上下に間隔をおいて取り付けられて
いる。

【００２７】ダイス保持装置２０は、上ダイス保持装置
２１、下ダイス保持装置、左ダイス保持装置３１および
右ダイス保持装置とからなっている。下ダイス保持装置
は、上ダイス保持装置２１と同様に構成され、作用す
る。また、右ダイス保持装置も左ダイス保持装置３１と
同様に構成され、作用する。したがって以下、上ダイス
保持装置２１について説明し、下ダイス保持装置は図面
で上ダイス保持装置２１と同一の参照符号を付け、その
説明は省略する。同様に、左ダイス保持装置３１につい
て説明し、右ダイス保持装置は図面で左ダイス保持装置
３１と同一の参照符号を付け、その説明は省略する。

【００２８】上ダイス保持装置２１は上側中間フレーム
１５の上面に、下ダイス保持装置２１は下側中間フレー
ム１６の上面にそれぞれ支持されている。また、左ダイ
ス保持装置３１および右ダイス保持装置３１は、上側中
間フレーム１５と下側中間フレーム１６上の支持ビーム
１７とによりそれぞれ支持されている。

【００２９】上ダイス保持装置２１は、上ダイス送り案
内板２２がパスラインＰ（図６参照）の方向に沿って水
平に延びており、またパスラインＰの両側にあって互い
に向かい合い、対となっている。上ダイス送りブロック
２３の案内溝２４が上ダイス送り案内板２２にはめ合っ
ており、上ダイス送りブロック２３はパスラインＰの方
向に沿って進退可能である。上ダイス送りブロック２３
には、後述の上ダイス送り偏心機構９１が上ダイス送り
アーム９３を介して連結されている。上ダイス送りブロ
ック２３に設けられた案内穴２５に、円筒状の上ダイス
圧下ブロック２６が上下動可能にはめ合っている。上ダ
イス圧下ブロック２６の先端部（下端部）に上ダイス保
持部材２８が取り付けられており、後端部に後述の上ダ
イス圧下偏心機構９５が上ダイス圧下アーム９７を介し
て連結されている。また、上ダイス４１が上ダイス保持
部材２８の下端に着脱可能に取り付けられている。

【００３０】上側中間フレーム１５の下面および支持フ
レーム１７の上面にそれぞれ、左ダイス送り案内板３２
が固定されている。左ダイス送り案内板３２は、パスラ
インＰの方向に沿って水平に延びており、またパスライ
ンＰの両側にあって互いに向かい合い、対となってい
る。左ダイス送りブロック３３の溝部３４が左ダイス送
り案内板３２にはめ合っており、左ダイス送りブロック
３３はパスラインＰの方向に沿って進退可能である。左
ダイス送りブロック３３には、後述の左ダイス送り偏心
機構１３７が連結されている。左ダイス送りブロック３
３に設けられた案内穴３５に、円筒状の左ダイス圧下ブ
ロック３６がパスラインＰに対し直角方向に進退可能に
はめ合っている。左ダイス圧下ブロック３６の先端部
（右端部）に左ダイス保持部材３８が取り付けられてお
り、後端部に後述の左ダイス圧下偏心機構１４１が左ダ
イス圧下アーム１４３を介して連結されている。左ダイ
ス４５が、左ダイス保持部材３８の先端に着脱可能に取
り付けられている。

【００３１】図３〜図５は、Ｈ形鋼の造形においてパス
の前半で用いられるダイス４０を示している。ダイス４
０は、上ダイス、下ダイス、左ダイス、および右ダイス
からなっている。上、下ダイス４１のダイス作業面４２
はダイス幅方向の中央部が高くなっており、また材料進
行方向にダイス間隙が減少するように勾配がつけられて
いる。左、右ダイス４５のダイス作業面４６に凸部４７
が設けられており、また材料進行方向にダイス間隙が減
少するように勾配がつけられている。凸部４７は、ダイ
ス作業面４６の上下方向の中心に沿ってパスライン方向
に延びている。左、右ダイス４５のダイス作業面４６
は、上、下ダイス４１のダイス作業面４２よりも材料入
り口側（上流側）に長く延びている。したがって、材料
が進行するにつれて圧下率が増加し、初め左、右ダイス
４５のみで長方形断面に造形され、造形途中で上下ダイ
ス４１と左右ダイス４６との両者により造形される。

【００３２】パスの後半で用いられるダイスは、図３お
よび図４に示す左右ダイスで凸部がない、ダイス作業面
がフラットなダイスである。したがって、パスの後半で
用いられるダイスで形成されるカリバーの断面形状は前
半が長方形で、後半がＨ形となっている。材料が進行す
るにつれて圧下率が増加し、初め左、右ダイスのみで長
方形断面に造形され、造形途中で上下ダイスと左右ダイ
スとの両者によりＨ形に造形される。なお、この実施例
ではダイスが形成するカリバーの断面はＨ形であるが、
製品の形状および寸法に対応したカリバー形状とする。
この発明の方法によれば、ウェブ高さ、ウェブ厚さおよ
びフランジ幅をサイズフリーに粗造形できるが、鍛造造
形装置で粗造形したのち、後段の圧延で所定の製品形状
を製造するためには、粗造形における所定のフランジ厚
さを確保する必要がある。したがって、種々のサイズの
幅を持った上下ダイスが必要となる。このような場合に
対応するには、ウェブ高さのある範囲ごとに、上下ダイ
スの幅、すなわち図４の上下ダイス４１の寸法ｂを変更
すればよい。

【００３３】図１、図２および図６に基づいて、ダイス
駆動装置５０について説明する。なお、ダイス駆動装置
５０で、下ダイス送り装置および下ダイス圧下装置の装
置・部材は、上ダイスのものと同じである。したがっ
て、下ダイス送り装置および下ダイス圧下装置の装置・
部材については、上ダイスのものと同一の参照符号を付
け、その説明は省略する。同様に、右ダイス送り装置お
よび右ダイス圧下装置についての説明も省略する。

【００３４】無段変速機付きのモータ５１が、ハウジン
グ１０の架台１１に固定されている。上下ダイス原動ベ
ルト車６１および左右ダイス原動マイタ歯車１０１が、
モータ５１の出力軸５２に取り付けられている。一方、
上下ダイス原動軸６２が、ハウジング１０の支柱１２に
軸受６３を介してモータ出力軸５２に平行に取り付けら
れている。また、左右ダイス原動軸１０２が、ハウジン
グ１０の支柱１２に軸受１０３を介してモータ出力軸５
２に直角に取り付けられている。上下ダイス原動軸６２
に上下ダイス従動ベルト車６５、上ダイス原動歯車６
７、および下ダイス原動ベルト車６８が取り付けられて
いる。前記上下ダイス原動ベルト車６１と上下ダイス従
動ベルト車６５との間に、タイミングベルト６６が懸け
渡されている。

【００３５】ダイス駆動装置５０は、上下ダイス駆動装
置６０および左右ダイス駆動装置１００を備えている。
まず、上下ダイス駆動装置６０について説明する。

【００３６】上ダイス原動軸７０が、ハウジング１０の
支柱１２に軸受７１を介してモータ出力軸５２に平行に
取り付けられている。上ダイス原動歯車６７にかみ合う
上ダイス従動歯車７３および上ダイス原動ベルト車７４
が、上ダイス原動軸７０に固着されている。上ダイス従
動軸７６が、軸受７７を介してハウジング１０の頂部フ
レーム１４に取り付けられている。上ダイス従動ベルト
車７８、および上ダイス送り原動ベルト車８０が、上ダ
イス従動軸７６に固着されている。

【００３７】上ダイス原動ベルト車７４と上ダイス従動
ベルト車７８との間に、タイミングベルト７９が懸け渡
されている。上ダイス中間軸８２がハウジング１０の頂
部フレーム１４に軸受８３を介して取り付けられてい
る。上ダイス中間軸８２に上ダイス送り従動ベルト車８
４および上ダイス送り原動マイタ歯車８６が固着されて
いる。上ダイス送り原動ベルト車８０と上ダイス送り従
動ベルト車８４との間に、タイミングベルト８５が懸け
渡されている。上ダイス送り駆動軸８８がハウジング１
０に軸受８９を介して垂直に支持されている。上ダイス
送り駆動軸８８に上ダイス送り従動マイタ歯車９０およ
び上ダイス送り偏心機構９１が設けられている。上ダイ
ス送り偏心機構９１は偏心カム（図示しない）を備えて
いる。偏心カムの形状は、圧下と送りにより材料を加工
する際に、ダイス入口側より出口側で送り速度が大きく
なるように、指数曲線にしてある。これにより、圧延加
工と同様に、ダイスと材料接触領域における材料送り方
向のダイス速度と材料速度の差を小さくして、滑りを減
らすことにより摩擦力を減らして滑らかな加工が可能に
なっている。上ダイス送り従動マイタ歯車９０は上記上
ダイス送り原動マイタ歯車８６にかみ合っている。上ダ
イス送り偏心機構９１には上ダイス送りアーム９３が連
結されており、上ダイス送りアーム９３は前記上ダイス
送りブロック２３が連結されている（図７参照）。

【００３８】上ダイス圧下偏心機構９５が、上ダイス従
動軸７６に固着されている。上ダイス圧下偏心機構９５
は、偏心リング（図示しない）を備えている。上記上ダ
イス圧下偏心機構９５には上ダイス圧下アーム９７が連
結されており、上ダイス圧下アーム９７の下端は、前記
上ダイス圧下ブロック２６が連結されている。

【００３９】なお、上ダイス４１側の上ダイス従動軸７
６と同様の下ダイス従動軸７６が架台１１に軸受７７を
介して取り付けられている。下ダイス従動ベルト車７８
が下ダイス従動軸７６に取り付けられている。前記上下
ダイス原動軸６２に固着された下ダイス原動ベルト車６
８と下ダイス従動ベルト車７８との間に、タイミングベ
ルト７９が懸け渡されている。

【００４０】つぎに、左右ダイス駆動装置１００につい
て説明する。

【００４１】ハウジング１０の支柱１２に軸受１０３を
介して支持された前記左右ダイス原動軸１０２の上端
に、左右ダイス従動マイタ歯車１０４が、下端に左右ダ
イス原動ベルト車１０５がそれぞれ取り付けられてい
る。左右ダイス従動マイタ歯車１０４は、前記左右ダイ
ス原動マイタ歯車１０１にかみ合っている。また、左右
ダイス従動軸１０７が、ハウジング１０の支柱１２に軸
受（図示しない）を介して左右ダイス原動軸１０２に平
行に取り付けられている。左右ダイス従動軸１０７の下
端部に左右ダイス従動ベルト車１１０が、また上端部に
左ダイス原動歯車１１２がそれぞれ固着されている。左
右ダイス原動ベルト車１０５と左右ダイス従動ベルト車
１１０との間に、タイミングベルト１１１が懸け渡され
ている。

【００４２】左ダイス原動軸１１５が、ハウジング１０
の支柱１２に軸受（図示しない）を介して左右ダイス原
動軸１０２に平行に取り付けられている。左ダイス原動
軸１１５の上端部に左ダイス従動歯車１１８が、また下
端部に左ダイス原動ベルト車１１９がそれぞれ固着され
ている。左ダイス従動歯車１１８は、上記左ダイス原動
歯車１１２にかみ合っている。左ダイス従動軸１２１
が、ハウジング１０の支柱１２に軸受１２２を介して左
右ダイス原動軸１０２に平行に取り付けられている。左
ダイス従動軸１２１の下端部に左ダイス従動ベルト車１
２３が、中間部に左ダイス送り原動ベルト車１２５がそ
れぞれ取り付けられている。また、左ダイス中間軸１２
６が、ハウジング１０の支柱１２に軸受１２７を介して
左右ダイス原動軸１０２に平行に取り付けられている。

【００４３】左ダイス中間軸１２６に左ダイス送り従動
ベルト車１２８および左ダイス送り原動マイタ歯車１３
０が固着されている。左ダイス送り原動ベルト車１２５
と左ダイス送り従動ベルト車１２８との間に、タイミン
グベルト１２９が懸け渡されている。左ダイス送り駆動
軸１３２がハウジング１０に軸受（図示しない）を介し
て垂直に支持されている。左ダイス送り駆動軸１３２に
左ダイス送り従動マイタ歯車１３５および左ダイス送り
偏心機構１３７が設けられている。左ダイス送り偏心機
構１３７は偏心カム（図示しない）を備えている。上ダ
イス送り偏心機構９１と同様に偏心カムの形状を指数曲
線とし、滑らかに加工できるようにしている。左ダイス
送り従動マイタ歯車１３５は上記左ダイス原動マイタ歯
車１３０にかみ合っている。左ダイス送り偏心機構１３
７には左ダイス送りアーム１３９が連結されており、左
ダイス送りアーム１３９は前記左ダイス送りブロック３
３が連結されている。

【００４４】左ダイス従動軸１２１の上端部に左ダイス
圧下偏心機構１４１が取り付けられている。左ダイス圧
下偏心機構１４１は、偏心リング（図示しない）を備え
ている。左ダイス圧下偏心機構１４１には左ダイス圧下
アーム１４３が連結されており、左ダイス圧下アーム１
４３の先端に、前記左ダイス圧下ブロック３６が連結さ
れている。

【００４５】なお、前記左右ダイス従動軸１０７の中間
部に、右ダイス原動ベルト車１１３が固着されている。
右ダイス従動ベルト車１２３が、右ダイス従動軸１２１
に取り付けられている。上記右ダイス原動ベルト車１１
３と右ダイス従動ベルト車１２３との間に、タイミング
ベルト１２４が懸け渡されている。

【００４６】上記のように構成された形鋼鍛造装置によ
りＨ形鋼を鍛造粗造形する方法を、図６を参照して説明
する。

【００４７】長方形断面の素材１の寸法および造形する
製品（Ｈ形鋼）３の寸法に基づいて、上、下ダイス４１
および左、右ダイス４６の送り変位振幅、ダイス駆動１
周期当りの圧下量およびダイス駆動周期をあらかじめ設
定する。送り変位振幅は、上下および左右ダイス送り偏
心機構９１、１３７の偏心カムの形状により調整する。
偏心カムは複数の形状のものを準備しておき、送り変位
振幅に応じて適当なものを選択する。ダイス駆動１周期
当りの圧下量は、上下および左右ダイス圧下偏心機構９
５、１４１の偏心リングの偏心量により調整する。ダイ
ス駆動周期は、ダイス駆動装置５０の歯車伝動装置ある
いはベルト伝動装置の減速比により調整する。この実施
例では、上下ダイス送り偏心機構９１の偏心カムの形状
と左右ダイス送り偏心機構１３７の偏心カムの形状とを
適当に選択して、上下ダイス４１の送り速度と左右ダイ
ス４５の送り速度との間の速度差を調整している。

【００４８】モータ５１を駆動すると、上下ダイス原動
ベルト車６１および同従動ベルト車６５、上ダイス原動
歯車６７および同従動歯車７３、ならびに上ダイス原動
ベルト車７４および同従動ベルト車７８を介して上ダイ
ス従動軸７６が回転する。上ダイス従動軸７６の回転に
より、上ダイス送り原動ベルト車７４および同従動ベル
ト車７８、ならびに上ダイス送り原動マイタ歯車８６お
よび同従動マイタ歯車９０を介して上ダイス送り偏心機
構９１が駆動される。上ダイス送り偏心機構９１の駆動
により、上ダイス４１が送り方向に往復動する。また、
上ダイス圧下偏心機構９５が駆動され、上ダイス４１が
上下動する。上ダイス４１の送り方向の往復動と上下動
とにより、上ダイス４１は閉曲線を描くように運動す
る。一方、下ダイス原動ベルト車６８および同従動ベル
ト車７８を介して下ダイス従動軸７６が回転駆動され
る。これにより、上ダイス４１と同様にして、下ダイス
４５がダイス送り方向に往復動するとともに、上下動
し、上ダイス４１と同じ閉曲線を描くように運動する。

【００４９】モータ５１の駆動により、左右ダイス原動
マイタ歯車１０１および同従動マイタ歯車１０４、左右
ダイス原動ベルト車１０５および同従動ベルト車１１０
を介して左右ダイス従動軸１０７が回転する。そして、
上、下ダイス４１と同様に左、右ダイス４５が閉曲線を
描くように運動する。上、下ダイス４１および左、右ダ
イス４５は１台のモータ５１で、上下ダイス駆動装置６
０および左右ダイス駆動装置１００により駆動されるの
で、すべてのダイス４１、４５は同調して所定の閉曲線
を描くように運動する。

【００５０】運動する上、下ダイス４１、および左、右
ダイス４５が形成するカリバーに、長方形断面の素材１
がローラテーブル１４５により供給される。素材１は
上、下ダイス４１および左右ダイス４５で送られなが
ら、繰り返し圧下され、Ｈ形形状に造形される。

【００５１】２パス以上で造形する場合、Ｈ形に成形さ
れカリバーを通過した材料３をローラテーブル１４５で
後退させる。また、上、下ダイス４１および左、右ダイ
ス４５の送り量および圧下量を設定しなおす。そして、
上、下ダイス４１、および左、右ダイス４５が形成する
カリバーに、前パスでＨ形に成形した材料３をローラテ
ーブル１４５で送り込み、鍛造造形する。

【００５２】図１の鍛造装置を用いた形鋼粗造形工程に
おける鍛造加工例を説明する。

【００５３】表１に鍛造条件を示す。入側材料温度１１
００℃で、幅１２００mm×厚さ２５０mm×長さ１０００
０mmの熱間鋼の素材から２パスでウェブ厚さ１１０mm、
ウェブ高さ６５０〜８６５mmに圧下して、所定のウェブ
厚さ、ウェブ高さ、フランジ幅に加工した。圧下振幅
は、上下ダイスで±３３mm、左右ダイスで±１６．５mm
である。送り変位振幅は、上下ダイス、左右ダイスとも
±１６．５〜４９．５mmである。 鍛造の際の上下ダイ
スおよび左右ダイスの変位の周波数は１．６３Hzであ
る。

【００５４】

【表１】

【００５５】図８に実施例の上下ダイスの圧下振幅±３
３mmと送り変位振幅±１６．５mmの場合の上下ダイスの
２次元の変位の軌跡を示す。左右ダイスの変位の軌跡は
圧下変位が上下ダイスの１／２になる以外は同様であ
る。図中の角度は、偏心軸の回転角度である。

【００５６】図９に実施例の上下ダイスの圧下振幅±３
３mmと送り変位振幅±４９．５mmの場合の上下ダイスの
２次元の変位の軌跡を示す。なお、左右ダイスの変位の
軌跡は圧下変位が上下ダイスの１／２になる以外は同様
である。図中の角度は、偏心軸の回転角度である。

【００５７】それぞれの場合について、この発明の効果
を把握するために、この実施例では幅の異なる３種類の
上下ダイスを使用した。

【００５８】粗造形に必要なパス数は、１〜数パスであ
る。１パスの場合、造形可能であるが、鍛造荷重が大き
くなり、大規模の鍛造設備が必要となる。また、３パス
以上の多パスにした場合、負荷は小さくなり、小規模の
鍛造設備で加工できるが、生産能率が低下する。

【００５９】したがって、この実施例では、生産能率と
設備規模が適切な２パスで所定の形状を造形する例につ
いて、以下に説明する。

【００６０】ウェブ厚さ圧下率は、第１パスでは１７
％、第２パスでは４０％、全圧下率は５０％で加工し
た。この実施例では、幅の異なる３種類の上下ダイスを
用いた。ウェブ高さ圧下率は、ダイスの幅に応じて以下
の３水準条件とした。

【００６１】（１）幅ｂ＝３６４ mm （図４のｂ）の上
下ダイスを用いた場合、ウェブ高さ圧下率は第１パスで
２４％、第２パスで３３％、全圧下率は４９％である。 （２）幅ｂ＝４６６ mm の上下ダイスを用いた場合、ウ
エブ高さ圧下率は第１パスで２２％、第２パスで２９
％、全圧下率は４５％である。 （３）幅ｂ＝５８６ mm の上下ダイスを用いた場合、ウ
エブ高さ圧下率は第１パスで１７％、第２パスで２３
％、全圧下率は３６％である。 １種類の幅の凸型の上下ダイスに対し、第１パスではフ
ラットなおよび凸部をもった２種類の左右ダイス、第２
パスではフラットな１種類の左右ダイスを使用した。上
下ダイス、左右ダイスの送り変位振幅は、第１パスで
は、±１６．５mmである。第２パスでは、±１６．５〜
４９．５mmの範囲で調整して、上下ダイスにより圧下さ
れるウェブと左右ダイスで圧下されるフランジの間で相
互に作用する応力を調整することにより、フランジ幅を
制御した。

【００６２】図１０に材料断面形状を示す。図１０
（ａ）に素材断面形状を示す。素材幅Ｂ₀ は１３５０ m
m 、素材高さＨ₀ は２５０ mm である。図１０（ｂ）に
幅ｂ＝３６４ mm の凸型の上下ダイスとフラットな左右
ダイスを用いて、ウェブ高さＢ_w1１０２０mmに鍛造した
場合の第１パス出側の材料断面形状を示す。フランジ幅
さＢ_f1は２８０ mm であり、ウエブ厚ｔ_w1は２１０ mm
である。図１０（ｃ）に凸型の上下ダイスと凸部を持つ
左右ダイスを用いて、ウェブ高さＢ_w1１０１０mmに鍛造
した場合の第１パス出側の材料断面形状である。フラン
ジ幅Ｂ_f1は３６０ mm であり、ウエブ厚ｔ_w1は２１０ m
m である。図１０（ｄ）に図１０（ｂ）の断面の材料を
素材として凸型の上下ダイスとフラットな左右ダイスを
用いて、ウェブ高さＢ_w2６８０mmに鍛造した場合の第２
パス出側の材料断面形状を示す。フランジ幅Ｂ_f2は４０
０ mm であり、ウエブ厚ｔ_w2は１００ mm である。図１
０（ｅ）に図１０（ｃ）の断面の材料を素材として凸型
の上下ダイスとフラットな左右ダイスを用いて、ウェブ
高さＢ_w2６８０mmに鍛造した場合の第２パス出側の材料
断面形状を示す。フランジ幅Ｂ_f2は４７０ mm であり、
ウエブ厚ｔ_w2は１４０ mm である。図１０（ｂ）と図１
０（ｃ）とを比較すると、凸部を持つ左右ダイスを使用
すると、フラットな左右ダイスを使用する場合に比べて
フランジ幅が拡大しているのがわかる。２パス目では左
右ダイス形状をフラットにすることにより外形形状がフ
ラットに整形された粗形鋼片が得られる。

【００６３】図１１に、幅ｂ＝３６４mm、４６６ mm 、
５８６ mm の凸型の上下ダイスと、フラットなおよび凸
部を持つ左右ダイスを用いて、表１に示した条件で鍛造
した場合の第１，第２パス出側のウェブ高さとフランジ
幅の関係を示す。

【００６４】幅ｂ＝３６４ mm の凸型の上下ダイスを用
いた場合の関係は、以下の通りである。 （１）フラットな左右ダイスを用い、上下ダイスと左右
ダイスの送り変位振幅が等しく、±１６．５mmの場合、
第１パス出側のウェブ厚さは２１０mm、ウェブ高さは１
０２０mm、フランジ幅は２８０mmである。 （２）凸部を持つ左右ダイスを用い、上下ダイスと左右
ダイスの送り変位振幅が等しく、±１６．５mmの場合、
第１パス出側のウェブ厚さは２１０mm、ウェブ高さは１
０１０mm、フランジ幅は３６０mmである。 （１）、（２）の結果から、凸部を持つ左右ダイスを用
いた場合、フラットな左右ダイスを用いた場合に比較し
て、フランジ幅を大きくできることがわかる。

【００６５】（３）第１パス、第２パスいずれもフラッ
トな左右ダイスを用いる場合は以下の通りである。 第１パス、第２パスの上下ダイスと左右ダイスの送
り変位振幅が等しく、±１６．５mmの場合、第２パス出
側のウェブ厚さは１００mm、ウェブ高さは６８０mm、フ
ランジ幅は４００mmである。 第１パス、第２パスの上下ダイスの送り速度が左右
ダイスの送り速度より大きく、各々の送り変位振幅が±
４９．５mm、±１６．５mmの場合、第２パス出側のウェ
ブ厚さは１２５mm、ウェブ高さは６７０mm、フランジ幅
は３６０mmである。フランジに作用する材料進行方向応
力は、上下ダイスと左右ダイスの送り速度が等しい場合
に比較して、引張側に増加し、フランジ幅は４０mm減少
する。 第１パス、第２パスの上下ダイスの送り速度が左右
ダイスの送り速度より小さく、各々の送り変位振幅が±
１６．５mm，±４９．５mmの場合、第２パス出側のウェ
ブ厚さは１２５mm、ウェブ高さは６７０mm、フランジ幅
は４４０mmである。フランジに作用する材料進行方向応
力は、上下ダイスと左右ダイスの送り速度が等しい場合
に比較して、圧縮側に増加し、フランジ幅は４０mm増加
する。

【００６６】（４）第１パスで凸部を持つカリバー、第
２パスでフラットな左右ダイスを用いる場合は以下の通
りである。 第１パス、第２パスの上下ダイスと左右ダイスの送
り変位振幅が等しく、±１６．５mmの場合、第２パス出
側のウェブ厚さは１１０mm、ウェブ高さは６８０mm、フ
ランジ幅は４７０mmである。 第１パス、第２パスの上下ダイスの送り速度が左右
ダイスの送り速度より大きく、各々の送り変位振幅が±
４９．５mm，±１６．５mmの場合、第２パス出側のウェ
ブ厚さは１１０mm、ウェブ高さは６９０mm、フランジ幅
は４２０mmである。フランジに作用する材料進行方向応
力は、上下ダイスと左右ダイスの送り速度が等しい場合
に比較して、引張側に増加し、フランジ幅は５０mm減少
する。 第１パス、第２パスの上下ダイスの送り速度が左右
ダイスの送り速度より小さく、各々の送り変位振幅が±
１６．５mm，±４９．５mmの場合、第２パス出側のウェ
ブ厚さは１００mm、ウェブ高さは６７０mm、フランジ幅
は５２０mmである。フランジに作用する材料進行方向応
力は、上下ダイスと左右ダイスの送り速度が等しい場合
に比較して、圧縮側に増加し、フランジ幅は５０mm増加
する。

【００６７】このように、第１パスでフラットな左右ダ
イスに代えて凸部を持つ左右ダイスにすることにより、
第２パス出側のフランジ幅を７０mm増加することができ
る。また、第１パス、第２パスで、上下ダイスの送り速
度と左右ダイスの送り速度の相対値を変化すると、相対
速度が０の場合に比較して、フランジ幅を±４０〜５０
mm変化させることができる。幅ｂ＝４６６ mm 、５８６
mm の凸型の上下ダイスを用いた場合の関係も図１１に
示されている通り、幅ｂ＝３６４ mm の凸型の上下ダイ
スを用いた場合と同様である。

【００６８】この実施例では、送り変位振幅が±１６．
５〜４９．５mm、周波数が１．６３Hzで、比較的小さい
ため、材料送り速度も小さく、２パス加工での生産能率
（時間当たりの加工材料重量）は、１００ton/ｈで、従
来の圧延加工の１／２程度であるが、例えば、送り変位
振幅を５倍、周波数を２倍にすれば、生産能率は、１０
００ton/ｈで、圧延加工の５倍に向上し、高能率加工が
可能になる。

【００６９】以上のように、この実施例では、１種類の
長方形断面の素材から、幅とカリバー形状が３種類の凸
型の上下ダイス、およびフラットなおよび凸部を持つ左
右ダイスの２種類の左右ダイスを用いて、１８種類のウ
ェブ厚さ、ウェブ高さ、フランジ幅の組み合わせのサイ
ズフリー加工が可能である。

【００７０】また、この発明の加工方法により、所定の
長方形断面の素材から２パスで、フランジ幅の大きい大
形形鋼の製造が可能であることがわかる。

【００７１】言うまでもなく、上下ダイスの幅の種類
を、必要に応じて多く揃えれば、より多くのウェブ厚
さ、ウェブ高さとそれに対応するフランジ幅のサイズフ
リー加工が可能である。

【００７２】一方、従来の水平ロールによる粗造形の圧
延法は、数種類の断面寸法の素材を用いて、１０種類以
上の粗造形用ロールを用いて、前半のパスでは、素材断
面の長辺側を垂直方向にして不安定な姿勢で長辺側を圧
下して、ウェブ高さとフランジ幅の調整をした後、後半
のパスでウェブ厚さを調整して合計約２０パスで造形す
る。したがって、この発明の方法では、従来の圧延法に
比較して、少ない工具でサイズフリー加工および大形形
鋼の粗造形加工が実現され、さらにダイスの振幅と周波
数を増加することにより容易に高能率加工が可能であ
る。また、素材断面の長手方向を水平にした安定な姿勢
で加工されるため、寸法精度を目標値に調整することも
操業上、容易である。

【００７３】

【発明の効果】この発明により、一般に、１〜２の少な
い種類の長方形断面の素材から、前半パスでは、凸型の
上下ダイスと凸部を持つ左右ダイスとを用いて、後半パ
スでは、凸型の上下ダイスとフラットな左右ダイスを用
い、さらに上下ダイスと左右ダイスの送り速度の相対値
を変化させて、圧下と送りの２次元の周期的変位をする
４ダイスを用いた２〜数パスの連続鍛造加工により、所
定のウェブ厚さ、ウェブ高さに対し、フランジ幅の大き
い大形金属形材の粗造形あるいはフランジ幅の制御範囲
が大きな金属形材粗造形のサイズフリー加工が実現され
る。また、圧下振幅と周波数の調整により高速高能率加
工が可能である。したがって、素材の集約による上流側
の材料鍛造工程での経済的効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の造形方法を実施する形鋼鍛造装置の
一例を示す正面図である。

【図２】図１に示す形鋼鍛造装置の側面図である。

【図３】上記形鋼鍛造装置に装着された上、下ダイスお
よび左、右ダイスの一例を示す平面図である。

【図４】上記上、下ダイスおよび左、右ダイスの正面図
である。

【図５】上記上、下ダイスの側面図である。

【図６】上記形鋼鍛造装置のダイス駆動装置を模式的に
示す図面である。

【図７】上、下ダイスの保持部材および駆動部を示す平
断面図である。

【図８】圧下振幅が±３３mm、送り変位振幅が±１６．
５mmである場合の上下ダイス（左右ダイス）の軌跡図で
ある。

【図９】圧下振幅が±３３mm、送り変位振幅が±４９．
５mmである場合の上下ダイス（左右ダイス）の軌跡図で
ある。

【図１０】素材、第１パス出側の粗造形材、および第２
パス出側の粗造形材の断面図である。

【図１１】ダイス形状、上下ダイス幅、および送り変位
振幅をパラメータとし、第１および第２パス出側におけ
る材料のウェブ高さとフランジ幅との関係を示す線図で
ある。

【符号の説明】

１ 長方形断面素材 ３ 加工された粗形鋼片材料 １０ ハウジング １１ 架台 １２ 支柱 ２０ ダイス保持部材 ２１ 上（下）ダイス保持装置 ２２ 上（下）ダイス送り案内板 ２３ 上（下）ダイス送りブロック ２６ 上（下）ダイス圧下ブロック ２８ 上（下）ダイス保持部材 ３１ 左（右）ダイス保持装置 ３２ 左（右）ダイス送り案内板 ３３ 左（右）ダイス送りブロック ３６ 左（右）ダイス圧下ブロック ２８ 左（右）ダイス保持部材 ４０ ダイス ４１ 上下ダイス ４５ 左右ダイス ４７ 左右ダイスの凸部 ５０ ダイス駆動装置 ５１ モータ ６０ 上下ダイス駆動装置 ６２ 上下ダイス原動軸 ７０ 上（下）ダイス原動軸 ７６ 上（下）ダイス従動軸 ８２ 上（下）ダイス中間軸 ８８ 上（下）ダイス送り駆動軸 ９１ 上（下）ダイス送り偏心機構 ９３ 上（下）ダイス送りアーム ９５ 上（下）ダイス圧下偏心機構 ９７ 上（下）ダイス圧下アーム １００ 左右ダイス駆動装置 １０２ 左右ダイス原動軸 １０７ 左（右）ダイス従動軸 １２６ 左（右）ダイス中間軸 １３２ 左（右）ダイス送り駆動軸 １３７ 左（右）ダイス送り偏心機構 １３９ 左（右）ダイス送りアーム １４１ 左（右）ダイス圧下偏心機構 １４３ 左（右）ダイス圧下アーム １４５ ローラテーブル Ｐ パスライン

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 和夫 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平８−90130（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−190492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−140304（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−123701（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−37020（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21J 1/04,13/02 B21B 1/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 四角形断面の素材をパスラインに沿って
   送りながら、上下に対向する上下ダイスおよび左右に対
   向する左右ダイスで素材を圧下する鍛造により、ウエブ
   およびフランジからなる金属形材を造形する方法におい
   て、パスラインに平行な垂直面内で一定の閉曲線を描く
   ように上下ダイスを周期的に駆動するとともに、水平面
   内で一定の閉曲線を描くように左右ダイスを周期的に駆
   動し、素材および鍛造後の金属形材の形状および寸法に
   基づいて、ウエブ厚を上下ダイスの圧下率で調整し、ウ
   エブ高さを左右ダイスの圧下率で調整し、フランジ幅を
   複数パスのうちの前半パスでダイス作業面の上下方向の
   中心にパスライン方向に沿って延びる凸部をもつ左右ダ
   イスを用いて上下ダイスと左右ダイスの圧下率で調整
   し、さらに後半パスでダイス作業面がフラットな左右ダ
   イスを用いて上下ダイスと左右ダイスの圧下率で調整す
   るとともにフランジ外側形状を成形することを特徴とす
   る鍛造による金属形材の造形方法。
2. 【請求項２】 前記前半パスおよび後半パスの各パス
   で、素材および鍛造後の金属形材の形状および寸法に基
   づいて、フランジ幅を上下ダイスのパスライン方向の速
   度と左右ダイスのパスライン方向の速度との速度差によ
   り調整する請求項１記載の鍛造による金属形材の造形方
   法。