JP3414128B2 - H形鋼の矯正方法および装置 - Google Patents

H形鋼の矯正方法および装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、H形鋼の矯正方法
およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】熱間圧延あるいは溶接により製造された
ままのH形鋼は、全体的もしくは局部的に曲がりとか反
りを生じているために、冷間で真直ぐに矯正したあと出
荷されるのが普通である。H形鋼の冷間矯正方法として
は、プレス矯正によるか、ローラー矯正による場合が多
いが、前者のプレス矯正法では矯正前の形状を見ながら
押金具によって適宜に変形を加えるものであるので、能
率が悪く、大量生産に向かない。これに対して、後者の
ローラー矯正法は多数のローラーによりH形鋼に繰り返
し曲げを与えることによって真直ぐにする方法で、能率
がよく、工場ではオンライン設備として設置、使用され
ている。
【0003】従来のローラー矯正機の場合、その負荷方
式には、図7に示すようにH形鋼1のウェブ面が矯正ロ
ーラー100の外周面によって圧下されるウェブ圧下方
式と、図8に示すようにH形鋼1のフランジ端面が矯正
ローラー101の外周面によって圧下されるフランジ圧
下方式の2種類がある。しかし、いずれの圧下方式にも
以下に述べるような問題点を含んでいる。すなわち、ウ
ェブ圧下方式の欠点は、ウェブ厚さに比べてフランジ幅
が広いH形鋼の場合、矯正ローラーによる負荷がウェブ
のたわみに変換され、フランジに十分な曲げ変形が起こ
らないばかりか、矯正ローラーとウェブの局部的な接触
部のみが塑性変形して、ひどいときにはクラックが生じ
ることさえあることである。特公昭57−61488号
公報は、このような局部的な変形を抑えるために、ウェ
ブを圧下するローラーの形状を工夫しようとするもので
あるが、これだけでは様々なウェブ厚の製品が存在する
状況に対処し得ない。一方、フランジ圧下方式の欠点
は、フランジ幅が広く、大きな曲げ荷重を必要とする場
合、矯正ローラーと接触しているフランジ端面がつぶれ
てしまい、フランジ幅が大幅に減少することである。こ
のような問題点は、特公昭56−40646号公報、特
開昭53−141158号公報に提案されているように
ローラー間隔の増大による荷重低減、ローラー径の拡大
によるローラーとフランジとの接触面積の増加によって
ある程度は軽減されるが、このような手段では、必然的
に設備の大型化、設備費の上昇をもたらすばかりでな
く、ローラー間隔を大きくすれば、H形鋼両端の矯正不
能部の長さも長くなるので、これらの手段も自ずと限界
があることになる。
【0004】このように、従来のウェブ圧下方式、フラ
ンジ圧下方式のいずれにしても、断面の大きなH形鋼を
有効に矯正し得ないことは明らかであるが、止むを得ず
ウェブ圧下方式を採用しているのが現状である。なお、
上記2方式の欠点を解消すべく、図9に示すように(例
えば特公昭57−11728号)、ウェブ矯正ローラー
100の軸103に偏心スリーブ104を介してフラン
ジ矯正ローラー102をフランジ幅に応じて可変に設定
することにより、フランジとウェブを同時に圧下する方
法が提案されているが、この方法もフランジとウェブに
分配する荷重の設定が難しく、ウェブ高さも広がり、フ
ランジの足先もつぶれてしまうといったおそれがあるこ
とと、機構が複雑になること、よりウェブ厚が減少すれ
ば前述の問題点が露呈することは必至であるということ
が挙げられる。
【0005】また、特公昭56−45684号公報で
は、フランジ圧下時のフランジにかかる面圧を下げるた
めに、大径部と小径部からなる段付きのフランジ矯正ロ
ーラーを上下逆向きに交互に配置する方法を提案してい
るが、この方法では、フランジに接触する部分の周速が
異なるため、フランジの倒れ方向に変形が誘起されるこ
と、フランジに接触を開始する部分とフランジの接触か
ら抜ける部分の荷重が高くなること、及び矯正機として
はH形鋼専用機となってしまう等の問題点がある。
【0006】一方、特開平4−59124号公報では、
フランジ外側に垂直ローラーを設けフランジを拘束する
ことによって、ウェブの曲げ剛性を上げ、その変形を抑
えることによって、上記問題点を解決しようとしている
が、現状の矯正においても、実際にはフランジはウェブ
矯正ローラーによって、図6に示すように拘束を受けて
おり、この装置では、ウェブの曲げ剛性はほとんど通常
の方法と変化がないことになる。したがって、垂直ロー
ラーは単に拘束するだけでは従来法に比べてウェブの高
さ変化を抑えることができず、より一層の工夫が必要で
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑み、ウェブ厚みの少ない大形のH形鋼でもウェブ高さ
の変化やフィレット部の割れを生じないように矯正する
ことを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るH形鋼の矯正方法は、ローラー矯正機
のウェブ矯正用の水平ローラーの外周面にテーパーまた
はクラウンを施し、該テーパー部またはクラウン部によ
り被矯正材のフィレット部を圧下すると同時に、フィレ
ット部に圧縮応力を作用させるように該被矯正材のフラ
ンジ外側面から垂直ローラーにより圧下することにより
H形鋼を矯正することとしたものである。また、本発明
の矯正装置は、左右一対の水平ローラーを上下交互に千
鳥状に配置してなるローラー矯正機において、少なくと
も上下1組の水平ローラーが被矯正材のフィレット部を
圧下するように外周面に形成されたテーパー部またはク
ラウン部を有し、この上下1組の水平ローラーにより被
矯正材のフィレット部を圧下する際に、該被矯正材のフ
ランジ外側面からフィレット部に圧縮応力を作用させる
ように圧下する垂直ローラーを備えたものである。
【0009】従来のウェブ圧下方式による矯正方法で
は、H形鋼断面における応力状態は図5に示すような状
態となっており、H形鋼1のウェブ部11は水平ローラ
ー100による曲げによって圧縮と引張りを受け、フィ
レット部13にも同様の応力がかかっている。フランジ
部12にはこのウェブ部11を押すことによって曲げが
加わり、フランジ足先に長手方向のそれぞれに圧縮応力
と引張応力が作用する。しかも、水平ローラー100の
外周面はフラットになっているため、その角部103に
よってフィレット部13に集中的な荷重がかかりやすい
ものとなる。この集中荷重によりフィレット部13に局
部変形を引き起こす。図6はフィレット部の局部変形の
様子を示すもので、(a)は正面断面図、(b)は平面
図である。図6(b)に示すように、局部変形部15の
長手方向に対しては近傍の材料によって変形が拘束され
ているために、主としてウェブ高さ方向にメタルが流動
し、局部変形部15の端部16に割れが発生しやすいも
のとなる。このように、ウェブ高さが変化したり、フィ
レット部に割れが入ったりする原因は、局部変形部15
に作用する引張応力が主因であるから、これを何らかの
形で低減させる必要がある。
【0010】本発明者らは、ウェブ高さの変化、及びフ
ィレット部の割れが引張応力によるものであるとの認識
から、これを低減させるために、ウェブにかかる力その
ものを極力抑えること、及び積極的にウェブに圧縮応力
を与える必要があるとの知見を得た。この目的を達成す
るためには、水平ローラーの外周面にテーパーまたはク
ラウンを付け、垂直ローラーとのピンチにより、フラン
ジの曲げに必要な力をこのピンチ力により分担させ、ウ
ェブに作用する力を低減させること、さらに、ウェブ部
の引張応力を低減させるために、垂直ローラーによって
フランジ外側面からフィレット部に向かって圧下し、圧
縮応力を加えることが必要である。図2はこのときの応
力状態を示す図であるが、フランジの曲げに必要な力を
テーパー付き水平ローラーと垂直ローラーのピンチによ
って低減させているために応力の絶対レベルが下がって
いることと、有害な引張応力が弾性範囲内に減少させら
れていることがわかる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の矯正装置の構成図
で、(a)は側面図、(b)は正面図である。図1にお
いて、1は被矯正材であるH形鋼、2はウェブ圧下用の
水平ローラーで、外周面にテーパー21を施し、このテ
ーパー部21でH形鋼1のフィレット部13を圧下する
ようになっている。また、テーパーの代わりにクラウン
を設けてもよい。左右各一対の水平ローラー2は上下交
互に千鳥状に配置される。3は水平ローラー2に対向し
て設置された垂直ローラーで、水平ローラー2毎に設置
されているが、垂直ローラー3はH形鋼1に曲げを与え
ているスタンドの少なくとも上下1組の水平ローラー2
に設置されていれば本発明の効果を発揮する。垂直ロー
ラー3は、フランジ12の外側面からウェブ部11に向
けて圧下力を加えるように中央部が上下端部に比べて多
少大径部31に形成されている。
【0012】図2は本発明の矯正方法によるフィレット
部の変形の様子を示したものであり、(a)は正面断面
図、(b)は平面図である。水平ローラー2の外周面に
設けたテーパー部21によってフィレット部13を比較
的広い面積にわたって押圧するため、フィレット部13
に集中荷重がかからず、かつ、垂直ローラー3によって
フランジ12の外側面からウェブ部11に向けて圧縮力
Pを与えているので、フィレット部13を水平ローラ2
のテーパー部21と垂直ローラー3の大径部31とでピ
ンチしている。このピンチ力によりフィレット押圧部分
にかかる引張応力を低減させることができ、また、図2
(b)に示すように、垂直ローラー3の圧縮力Pが押圧
部分14のウェブ高さ方向への変形を防止している。こ
のため、本発明法ではウェブ高さの変化がなく、かつ、
フィレット部13の割れも生じないのである。
【0013】上記の構成による水平ローラー2と垂直ロ
ーラー3の設置間隔や個数は、従来のウェブ圧下ローラ
ーの各段に設置することが望ましいが、負荷の大きい前
段部分のみに本発明による水平ローラー2と垂直ローラ
ー3の対を設け、後段部分は従来と同じ構成のウェブ矯
正用あるいはフランジ矯正用ローラーとすることも可能
である。水平ローラ2、垂直ローラー3は駆動・無駆動
どちらでもその効果を発揮する。また、本発明は、片持
ち式、両持ち式矯正機の両方に適用可能である。そし
て、本発明の矯正装置に正しく被矯正材を挿入するため
のガイド、垂直ローラー3の間隔調整装置、垂直位置調
整装置、及び圧縮力付加のための駆動装置を適宜設置す
ることによって、各種断面寸法のH形鋼の連続的・効果
的な矯正が可能となる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。本
実施例では図1に示した矯正機を使用し、従来法ではウ
ェブ圧下方式のローラー矯正機を使用してH形鋼の矯正
を行った。表1に被矯正材の寸法と、実機矯正機の仕様
を示す。表2は矯正機の運転条件を示すもので、従来の
ウェブ矯正法と比較したインターメッシュである。表3
が、従来法と比較した本発明法の効果である。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】表3から、本発明の矯正では、従来のウェ
ブ圧下矯正に比較し、ウェブ高さの変化が無くなってい
ることがわかる。また、図3に示すように、垂直ローラ
ーの圧下荷重によってウェブ高さそのものをコントロー
ルすることができることもわかる。また、この図から、
垂直ローラーは単にフランジを拘束するだけでは効果が
ないこともわかる。図4はフィレット部の硬度分布を調
査したものであるが、水平ローラーのテーパーによって
矯正荷重が分散し、フィレット部の硬度が大きく低下し
ていることがわかる。また、垂直ローラーの圧下によっ
てフィレット部の硬度が増加していることがわかる。
【0019】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、外周面に
テーパーまたはクラウンを施した水平ローラーと垂直ロ
ーラーによりH形鋼のフィレット部をピンチしながらフ
ランジ外側面からウェブ部に垂直ローラーで圧下力を加
えて矯正するものであるから、従来矯正が困難とされて
いたウェブ厚の少ない大形のH形鋼でもウェブ高さを変
化させることなく、かつフィレット部に割れを発生させ
ることなく矯正することができ、高品質、高能率の矯正
が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の矯正装置の構成図で、(a)は側面
図、(b)は正面図である。
【図2】本発明の矯正方法のH形鋼断面における応力状
態を示す図で、(a)は正面断面図、(b)は平面図で
ある。
【図3】実施例におけるウェブ高さのグラフである。
【図4】実施例におけるフィレット部の硬度のグラフで
ある。
【図5】従来のウェブ圧下方式のH形鋼断面における応
力状態を示す説明図である。
【図6】上記従来法におけるH形鋼のフィレット部の変
形の様子を示す図で、(a)は正面断面図、(b)は平
面図である。
【図7】従来のウェブ圧下方式を示す図で、(a)は側
面図、(b)は正面図である。
【図8】従来のフランジ圧下方式を示す図で、(a)は
側面図、(b)は正面図である。
【図9】従来のウェブ及びフランジの同時圧下方式を示
す図である。
【符号の説明】
1 H形鋼 2 水平ローラー 3 垂直ローラー 11 ウェブ部 12 フランジ部 13 フィレット部 21 テーパー部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 幸生 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−215753(JP,A) 特開 平8−215754(JP,A) 特開 平8−215755(JP,A) 特開 平4−59124(JP,A) 特開 昭62−68624(JP,A) 特開 平3−285721(JP,A) 特開 昭57−137028(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21D 3/05

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ローラー矯正機の水平ローラーの外周面
    にテーパーまたはクラウンを施し、該テーパー部または
    クラウン部により被矯正材のフィレット部を圧下すると
    同時に、フィレット部に圧縮応力を作用させるように
    被矯正材のフランジ外側面から垂直ローラーにより圧下
    することにより矯正することを特徴とするH形鋼の矯正
    方法。
  2. 【請求項2】 左右一対の水平ローラーを上下交互に千
    鳥状に配置してなるローラー矯正機において、 少なくとも上下1組の前記水平ローラーが被矯正材のフ
    ィレット部を圧下するように外周面に形成されたテーパ
    ー部またはクラウン部を有し、この上下1組の水平ロー
    ラーにより被矯正材のフィレット部を圧下する際に、該
    被矯正材のフランジ外側面からフィレット部に圧縮応力
    を作用させるように圧下する垂直ローラーを備えたこと
    を特徴とするH形鋼の矯正装置。
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