JP3233070B2 - 成形用凹ローラー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延により製
造された溝形材の中間製品の形状を成形するのに用いる
成形用凹ローラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種構造物の金属製構造部材とし
て、ステンレス鋼、チタンやチタン合金の使用が増加し
つつある。さらに、構造物の大型化に伴いその形態も従
来の山形材から溝形材へと需要が変わり、しかも強度の
面より、「溶接溝形材」から「圧延溝形材」へと需要が
変化している。

【０００３】図３は、圧延溝形材の横断面図である。ウ
エブ１とフランジ２とからなり、ウエブ１の外面とフラ
ンジ２の外面との交叉角３を一般にピン角とよんでい
る。

【０００４】ところで、従来から圧延によって溝形鋼を
製造する場合には、ピン角部分の形状が尖鋭で精確（９
０度）なことが要求されている。

【０００５】図４は、ピン角を９０度にするのに好適な
従来の熱間圧延工程のみにより溝形材を製造する熱間圧
延のパススケジールを示す。この熱間圧延のみによる製
造方法は、ピン角９０度の製品を得るのにはよい方法で
あるが、ステンレス鋼やチタンのような熱間変形抵抗の
高い材料では、特に仕上げ圧延時にロールと被圧延材と
がスリップして疵が多発するので、熱間圧延のみで最終
製品形状に仕上げることは困難であった。

【０００６】そのため、上述のような熱間変形抵抗の高
い材料を用いた溝形材の製造では、まず熱間圧延にてフ
ランジ部およびウエブ部の肉厚が製品寸法と同じで、か
つその断面形状をウエブ中央が湾曲したＷ形状の中間製
品とし、次いで冷間または温間でのロール成形により、
前記中間製品の湾曲したウエブを平坦に成形加工する２
工程で最終製品とする方法が採られている。

【０００７】図７は、熱間圧延で製造した中間製品の横
断面の１例を示す図で、ピン角は９０度に、また肉厚は
製品の肉厚に成形されており、ウェブ１は中央部が湾曲
していて、その両側は直線状になっている。

【０００８】特開平０３−１８４６０８号公報および特
開平６−１１４４１４号公報には上記２工程による製造
方法で、特定の熱間成形凸ローラー（凸部先端が湾曲し
ており、その両側が直線部からなる）を使用すること
で、ピン部の形状が尖鋭かつ精確である溝形材の製造方
法が開示されている。

【０００９】しかし、これら公報に開示されている方法
では、成形ローラーの凹ローラーには、凹部の曲率半径
Ｒ、凸ローラーの凸部先端の曲率の半径Ｒ₁、 溝形材中
間製品の肉厚をｔとすると、Ｒ＝（Ｒ₁＋ ｔ）なるロー
ラーが使用されているために次のような問題がある。

【００１０】すなわち、上下ローラーによる成形押圧力
が大きすぎた場合には、凹ローラー表面にウエブの全表
面が密着するので、それ以上成形が進行しない。そのた
め、被成型品のウェブの一部に窪み（押付け凹痕）が生
じてウェブ平坦度が劣化するという不都合を生じる傾向
があった。

【００１１】図６は、特開平６−１１４４１４号公報に
示されている成形ローラーを用いた溝形材中間製品の成
形時に生じる押付け疵の発生状況を説明するための断面
図である。図６（ａ）は成形状態を示し、同（ｂ）は、
押圧力が大き過ぎて、凹痕が発生した状態を示す断面図
である。

【００１２】図６（ａ）に示すように、凸ローラーは成
形時に溝形材中間製品のフランジ近傍（図中の点線丸印
部）で接触するように設計されている。溝形材中間製品
は上下のローラーで押圧され、同図の矢印で示すような
押圧力が作用し、製品形状に近づくように成形される。

【００１３】成形時の押圧力が必要以上に大きい場合、
凹ローラー表面にウェブの全表面が密着して成形が完了
しているのに、さらに押圧力が負荷され図６（ｂ）に示
すように凸ローラーとウェブ表面間に隙間がなくなる状
態にまで押圧される。そのような場合には、図６（ｃ）
に示すようにフランジ近傍の６ａ、６ｂ部には成形時に
生じるスプリングバックにより局部的に大きな押圧力が
負荷されて押し付け凹痕が発生し、ウエブの平坦度が悪
化する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱間圧延に
より製造された溝形材中間製品の成形における凸ローラ
ーによる押付け凹痕を防止することのできる凹ローラー
を提供することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記凸ロー
ラーの押し付け凹痕の発生を防止する方法について、実
験、検討を重ねた結果、凹ローラーの凹部の半径を凸ロ
ーラーの先端部の曲率半径よりも一定の範囲で大きくす
ることにより防止できるとの知見を得た。

【００１６】本発明は、このような知見に基づきなされ
たもので、その要旨は、『横断面形状をＷ形に、かつ肉
厚を最終製品の肉厚に熱間圧延した溝形材中間製品を、
凸ローラーと凹ローラーにより成形するのに用いる凹ロ
ーラーであって、凹ローラーの凹部の曲率半径（Ｒ）が
下記式を満足していることを特徴とする成形用凹ローラ
ー。

【００１７】Ｒ＝（Ｒ ₁＋ｔ）×α ここで、Ｒ₁： 凸ローラーの凸部先端の円弧部の曲率半
径 ｔ ： 溝形材中間製品の肉厚（ｍｍ） α ：１．２〜１．８ 』

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の凹ローラーを説
明するための、凸ローラーと凹ローラーの断面図であ
る。点線で示す被成形材の溝型材中間製品２は、上の凸
形ローラー４と下の凹ローラー５により押圧されてウエ
ブ部１の湾曲を小さくすべく成形される。

【００１９】凹ローラーの凹部の曲率半径をＲ、凸ロー
ラーの先端円弧部の曲率半径をＲ₁、および被成形材の
溝形材中間製品の肉厚をｔとすると、本発明の凹ローラ
ー５のＲは、下記式満足していなければならない。

【００２０】Ｒ＝（Ｒ ₁＋ｔ）×α ここで、αは１．２〜１．８である。

【００２１】Ｒを（Ｒ ₁＋ｔ）の１．２〜１．８倍の範
囲にする理由は、以下のとおりである。

【００２２】図２は、本発明の凹ローラーを用いた成形
状態を説明するための断面図で、図２（ａ）は成形時の
状態を示し、同図（ｂ）は凹ローラーのＲが大き過ぎた
場合に生じるウェブのうねりを示す図である。

【００２３】Ｒ＞Ｒ₁ の関係にある凹ローラー５を用い
て成形した場合、図２（ａ）に示すように成形を完了し
た時点でも、凹ローラー両端近傍で凹ローラー表面とウ
ェブ面間｛図２（ａ）矢符部｝に隙間があり、押圧力が
大きすぎた場合でも、溝形材は隙間の分だけ曲げ成形が
可能となるため、凸ローラーによるウェブの押し付け凹
痕が発生しない。

【００２４】前記αが１．２〜１．８の範囲を外れた場
合、すなわちαが１．２未満の場合、溝形材中間製品と
凹ローラーとの隙間が小さくなり、押圧力が大き過ぎた
場合にはウェブ部に窪みが発生する。また、αが１．８
を超えた場合は図２（ｂ）に示すようにＲが大きくなり
過ぎ湾曲したウェブの中央が平坦になり、さらに凸ロー
ラー側に盛り上がりうねり７となる。さらに、凹ローラ
ーのＲが大きくなり過ぎると凹ローラーと溝形材中間製
品との接触部が少なくなるので凸ローラーと凹ローラー
間で溝形材中間製品が不安定となり、溝形材中間製品に
ねじれが発生しやすくなる。

【００２５】このように、凹ローラーのＲを凸ローラー
のＲ₁より大きくするためには、Ｒ₁＋ ｔよりも大きく
しなければならなく、そのためにα倍とする。なお、α
は種々実験をおこなった結果から好適な値として１．２
〜１．８をを求めたものである。

【００２６】図５は、本発明の凹ローラーを用いて溝形
材を製造する場合のパススケジュールの１例を示す図で
ある。図中（１）、（２）は熱間圧延工程でのパススケ
ジュールであり、（３）の列は、本発明の凹ローラーを
使用する成形工程のパススケジュールの一例である。こ
の例では、成形工程は６パスからなっており各パスの凹
ローラーに本発明の凹ローラーを適用する。また、パス
回数は溝形材の材質、成形温度等により増減する。あま
りパス回数を少なくすると、各パスでの加工度を大きく
する必要があるため、押痕が発生しやすい。また、パス
回数を少なくして生産効率を上げるためには、熱間で成
形するのが好ましい。なお、この成形で最終製品の形状
にまで仕上げるのではなく、この後冷間での成形が必要
である。

【００２７】熱間圧延は、図５の（１）に示すように、
断面が長方形のビレットからドッグボーン状に熱間圧延
してｅのような形状にし、次いで、（２）のｆ、ｇ、ｈ
のパスにより成形前の形状に熱間圧延してもよく、また
図５の（２）のａ〜ｄに示すように、断面が長方形のビ
レットからフラットバーに熱間圧延してから溝形に熱間
圧延する方法であってもよい。

【００２８】

【実施例】ＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼
を連続鋳造した角ビレットを、図５に示した熱間圧延工
程（２）によるパススケジュールで、粗圧延して３パス
でフラットバーｄとし、引き続いて約１１００℃で孔型
熱間圧延を施して図５のｈで示したような逆Ｗ字形断面
形状の中間製品を製造した。

【００２９】次いで、表１に示す条件の本発明の凹ロー
ラーおよび従来の凹ローラーを使用した６段の熱間成形
機で図５（ｂ）に示すパススケジュールで成形し、厚
さ：６ｍｍ、ウェブ寸法：１００ｍｍ、フランジ寸法：
５０ｍｍのステンレス溝形鋼を製造した。

【００３０】なお、凸ローラーは図６（ａ）に示した形
状のローラーを用いた。

【００３１】

【表１】

【００３２】次に、このようにして製造した溝形鋼をそ
れぞれのウェブの平坦度を測定した。その結果を表１に
併せて示す。平坦度Ｓは、フランジを上にした山形材を
平盤上に載置し、平盤とウェブ間に生じた隙間をスキマ
ゲージで測定したものである。

【００３３】表１から明らかなように、本発明に係わる
成形凹ローラーを使用した場合には、平坦度の高精度の
範囲（０．３〜０．５ｍｍ以下の平坦度範囲）において
も著しい平坦度改善効果が得られることが分かる。

【００３４】また、ピン角も測定したが、本発明のロー
ラーにより製造した溝形材は９０．１度、従来のローラ
ーにより製造した溝形材は９０．２度であった。

【００３５】なお、成形パス数については、パス数が増
すほど成形形状は改善されることは当然であるが、生産
効率が低下する。

【００３６】

【発明の効果】本発明の凹ローラーによれば、成形でウ
ェブに発生しやすい押し付け凹痕の発生が防止でき、ウ
ェブ平坦度が著しく優れた溝形材を安定して製造するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の凹ローラーを説明するための断面図で
ある。

【図２】本発明の凹ローラーを用いた成形時の断面図で
ある。

【図３】溝形材のおける「ピン角」の説明図である。

【図４】従来の熱間圧延工程のみにより溝形材を製造す
るパススケジールを示す図である。

【図５】本発明の凹ローラーを用いて溝形材を製造する
場合のパススケジュールの１例を示す図である。（ａ）
は、熱間圧延でのパススケジュールであるり、（ｂ）は
熱間成形のパススケジュールである。

【図６】従来の成形ローラーを用いた山形材中間製品の
成形時に生じる押付け凹痕の発生状況を説明するための
図である。

【図７】熱間圧延で製造した中間製品の横断面の１例を
示す図である。

【符号の簡単な説明】

１ ウェブ部 ２ フランジ部 ３ ピン角 ４ 凸ローラー ５ 凹ローラー ６ａ、６ｂ 押し付け凹痕

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−114414（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−184608（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−197108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−114704（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 27/02 B21B 1/08 F16C 13/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】横断面形状をＷ字形状に、かつ肉厚を最終
   製品の肉厚に熱間圧延した溝形材中間製品を、凸ローラ
   ーと凹ローラーにより成形するのに用いる凹ローラーで
   あって、凹ローラーの凹部の曲率半径（Ｒ）が下記式を
   満足していることを特徴とする成形用凹ローラー。 Ｒ＝（Ｒ ₁＋ｔ）× α ここで、Ｒ₁： 凸ローラーの凸部先端の円弧部の曲率半
   径 ｔ ： 溝形材中間製品の肉厚（ｍｍ） α ：１．２〜１．８