JP3663684B2 - 金属帯の加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属帯の加工装置に関し、長手端部を特殊な形状にし巻取り時のラップマークの低減を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属帯を巻取る場合に、マンドレルあるいはリ−ルと呼ばれる巻取り機に巻きつける。この時、しばしばマンドレルマーク、リールマーク、ラップマーク、トップマークと呼ばれる欠陥が発生する。
【０００３】
これらの欠陥の主たるものは、金属帯のその最先端部が矩形であるために、２巻目以降に先端部に重なった部分に発生する折れ曲がり状のマークである。
【０００４】
これらのマーク（以下、ラップマークと総称する）は、金属帯製造の巻取りを伴うあらゆるラインで発生し、各種の対策、提案がなされている。
【０００５】
従来技術の主要なものは、
▲１▼剪断機を組み込んだプレス機による方法（実開平２ー４２７１２号公報）
▲２▼ロータリーシャーで先端部を圧延する方法（特開平２ー８３１１１号公報）
▲３▼砥石で研削する方法
▲４▼先端部を幅方向に圧延する方法（特開昭５９ー２１８２０１号公報、特開平３ー１９８９１７号公報、実開昭６２ー７７６１０号公報）などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記、▲１▼の技術は、直接プレスをするために少なく見積もっても１０００ｔ以上の荷重が必要で、工業的には非常に大掛かりなものになる。
【０００７】
▲２▼の技術もドラムシャーで剪断すると同時に、金属帯の長さ方向に１回の圧延で加工するために、これまた通常の圧延機なみの１０００ｔ以上の荷重が必要である。
【０００８】
▲３▼の機械研削加工は、先細りの形状が長くなった時の加工時間が長くなること、研削屑の処理が不完全であると、新たな別の欠陥の原因となり、その対策が問題となる。
【０００９】
▲４▼の技術は、幅方向に圧延を行うものであるために、材料（金属帯先端）の流れが幅方向に優先的になるが、先細り加工を受けない非圧延部の拘束があるために圧延圧力が大きくなること、先端部に波打ちが発生し易く、波打ちが発生すれば先細り加工の意味が半減し、更に、波打ちが大きいと圧延中に重なりが生じ別の欠陥となる恐れがある。なお、１回の圧延加工で加工長さを確保するには、やはり通常の圧延機なみの荷重が必要になるものである。
【００１０】
本発明の課題は、これらの問題点を解決するために、金属帯の長手端部を加工するに際して、加工屑が発生せず、少ない加工負荷でかつコンパクトな金属帯の加工装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、金属帯の長手端部を幅方向に、分割された剪断刃の上下方向取付位置が金属帯の幅方向に連続的に変化した配列とした剪断刃物で、鋸歯状に切断加工する剪断機と、該剪断された金属帯先端部を圧延する圧延機を備えたことを特徴とする金属帯の加工装置である。
【００１２】
幅を先細りに加工することによって、幅方向に同一箇所への応力集中の防止、かつある程度の長さを持った面圧低下を図る形状（板厚を小さく）にして、ラップマークの発生を防止する。また、金属帯の長手端部形状の板厚を、長手端部方向にテーパ状とし、巻取り時に巻取り機に沿わせて金属帯の２巻目との間で面圧も無く変形させるものである。
【００１３】
さらに、圧延に先立ち、剪断により金属帯の長手端部の幅を狭くするにより、圧延する面積を減らすことで圧延荷重が小さくなり、加工を容易にし、全幅加工に比べて加工時間を短縮し、これにより圧延機をコンパクト化し、かつ圧延であるために切削加工に比べて短時間で、加工屑も発生しない。
【００１４】
長手端部形状の幅方向加工は、剪断で行い、通常は打ち抜き剪断で実施し、台形状、三角形状、円弧状、鋸刃状などどのような形状でも、先端部の幅が狭くなるような形状であればよく、幅方向に全幅を同時に打ち抜く打ち抜き機でも、複数回で打ち抜く打ち抜き剪断機でもよい。
【００１５】
即ち、金属帯の長手端部を、幅方向に三角形状、台形状、円弧状、鋸刃状、これらに類似した形状またはそれらの組み合わせ、あるいはそれらの混合形状の１以上の端部形状に切断加工する剪断機と、該剪断された金属帯の先端部を圧延する圧延機を備えることが好ましい。
【００１６】
この打ち抜き剪断機を、金属帯処理プロセスライン内の不良部除去のための切断機と併用してもよい。
【００１７】
金属帯の加工装置としては、インラインに幅方向に打ち抜く打ち抜き剪断機と、板厚方向のテーパ状加工用の圧延機の連設をするか、あるいは全部をライン外に設けて予め加工できるように配設してもよい。この時、複数ライン分を予め加工できるように配設してもよい。
【００１８】
金属帯の加工装置として、次工程でのラップマークの発生を防止するために、金属帯の巻取り時の尾端に前記の加工を付すように、同様にインライン又はライン外に配設してもよい。
【００１９】
金属帯の加工装置と、巻取り機の間に検査、塗油、鍍金、塗装、スリット、サイドトリム、合紙挿入などがあってもよく、巻取り機に近接して加工してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態にかかる装置の側断面図である。
【００２１】
図２は図１の上剪断機１、下剪断機２側から見た正面図で、上剪断機１のみ詳細に作図した図である。
【００２２】
図３は図１の圧延機３側から見た正面図である。
【００２３】
図１の上剪断機１、下剪断機２の部分は、図２のＡーＡ断面図であり、圧延機３の部分は図３のＢーＢ断面図である。
【００２４】
この第１の実施形態の装置は、金属帯の端部を鋸刃状に剪断する刃物を組み込んだ上剪断機１、下剪断機２と、その剪断された金属帯４の端部をテーパ状に加工するためのピンチロール型（２重）圧延機３から成り立っている装置である。
【００２５】
上剪断機１は、上刃物１１を固定用ボルト１４ａで、上刃物１２を固定用ボルト１４ｂ（図５に示す）で、各々上刃ホルダ１３に固定し、上刃ホルダ１３を上刃ホルダ固定用フランジ１７に固定し、昇降シリンダ１５のシリンダロッド１６の先端のフランジ１６ａと上刃ホルダ固定用フランジ１７を連結し、上刃ホルダ１３のガイド部１３ａを昇降ガイド１８に沿わせて、昇降シリンダ１５で昇降する。
【００２６】
ハウジングはフレーム１９と補強２５ａ、２５ｂ、２６、昇降シリンダ１５のフランジ１５ａの固定用補強１５ｂで構成している。
【００２７】
圧延機３のハウジングは、フレーム３７と補強３５、３８、３９、圧下シリンダ３３のフランジ３３ａの固定用補強３３ｂで構成している。
【００２８】
昇降の構成は、フレーム３７間に圧延ロール３０ａ、３０ｂを各々軸受け３１ａ、３１ｂで支持した状態で、ロッカープレート３６で高さを調整しつつ保定し、上部軸受け３１ａに固定した圧下シリンダロッド３２固定用のフランジ３１ｃと圧延ロール３０ａの胴方向の昇降の同調のバランサを用いて、圧延ロール３０ａを圧下シリンダ３３、圧下シリンダロッド３２で昇降を行う。
【００２９】
バランサは上部軸受け３１ａに固定したピニオン３４ａとフレーム３７に加工または固定したラック３４ｂで構成している。
【００３０】
また、切断片のスクラップコンベア２７を近接して配置している。
上剪断機１、下剪断機２と圧延機３を共通のハウジングに組み込み、２工程の作業を近接して実施できるように配置しているので、本装置を組み込んだプロセスラインで金属帯４の端部を加工する場合の停止時間は数秒である。
【００３１】
金属帯４の先端部が剪断機１、２に到達したとき、ラインを停止し、上剪断機１を昇降シリンダ１５を下降させて、固定の下剪断機２との間で金属帯の先端部を鋸刃状に剪断する。同時に圧延ロール３０ａを圧下シリンダ３３で下降しつつ、回転駆動機（図示しない）で回転させる。
【００３２】
次いでラインを再び動かし、鋸刃状に剪断された金属帯４の先端部を、通板テーブル８と通板ガイド９間を、圧延機３に送り込みつつ圧延ロール３０ａ、３０ｂの間で圧延（圧下）し、そのままライン運転を続ける。
【００３３】
なお、圧延ロール３０ａ、３０ｂは、金属帯４の噛み込み性をよくするために、梨地加工しておくことが好ましい。
【００３４】
図４は図１の上剪断機１の刃物形状のＣ矢視平面図である。
【００３５】
図５は図１の上剪断機１の刃物部の断面図である。
【００３６】
図６は図１の下剪断機２の刃物形状のＤ矢視平面図である。
【００３７】
図７は図１の下剪断機２の刃物部の断面図で、図６のＥーＥ断面図である。
【００３８】
剪断刃物は図４、図５に示すように上刃物１１、１２と図６、図７に示すように下刃物２１で構成している。上刃物は金属帯４の幅方向に１鋸刃単位に複数に分割した刃物１１と幅方向に１枚の刃物１２で構成し、下刃物２１は金属帯４の幅方向に１鋸刃単位に複数に分割している。これは各種の金属帯の幅を剪断することによる局部的な刃先の摩耗対策（刃物取替え）、複雑な形状の刃物製造、刃物研磨、刃物組み込みの容易化を図っている。
【００３９】
また、図４に示すように上刃物は２つの刃物１１、１２で、１つの鋸刃形状を構成しているが、１つの刃物で実施してもよく、あるいは下刃物２１の方を２つの刃物で構成してもよい。
【００４０】
刃物形状は、剪断負荷を軽減するためにレーキを設けているが、他に、この実施の形態の場合は、上刃物１１については図５に示すように、上刃ホルダ１３に固定用ボルト１４ａで取付け位置を幅方向に高さを変えて（１１ａ、１１ｂ、、、１１ｅのように）固定して、剪断負荷を低減している。これは金属帯４のパスラインを一定に保つために、昇降する方の刃物（この場合は上刃）に適用する。
【００４１】
上刃物１１の幅方向の高さを変えたレーキは、図２のように幅方向中央部から幅方向端部の方向になだらかに設けている。これは逆にしてもよいし、片端部から逆の片端部にレーキを設けてもよい。ただし、刃先に金属帯の無理な自重がかからないように、連続的に設けたほうがよい。
【００４２】
下剪断機２は、図７に示すように下刃物２１を下刃物ホルダ２２に固定用ボルト２３で固定し、下刃用台兼補強２４（図１に示す）に固定している。
【００４３】
図８、１０、１１、１２はそれぞれ本発明の第２〜５の実施形態（金属帯長手端部の形状）を示すものである。
【００４４】
まず図８（イ）、（ロ）は本発明の第２の実施形態を示す平面図（イ）、側面図（ロ）であり、金属帯の長手端部形状が直線の三角状で、その先端部の板厚をテーパ状に圧延したものである。
【００４５】
図９は図８（イ）の打ち抜き形状を圧延したもので、単位幅あたりの圧延荷重がほぼ圧下量（加工量）に比例することを示すグラフで、ロール径２００ｍｍの圧延機で板厚１．５ｍｍの鋼帯に適用した場合であって、このことから圧下量に反比例するような先端加工幅形状にしてやれば、ほぼ一定な圧延荷重でテーパ加工が行えることを示す。これは加工の制御を著しく容易にできることを示す。
【００４６】
即ち、全幅をテーパ加工する場合にはロールギャップを変化させつつ所定のテーパにする必要があり、このためラインスピードが速い場合には制御の応答性が問題となる。また、低速の加工においても、制御装置が高価とならざるを得ない。これに対して、本装置であれば、材料の硬さ、厚さに応じて予め必要な圧延荷重を求めておけば、その値を用いて圧延機で油圧圧下装置で圧延荷重を所定の値に一定にしておくことによって、加工幅に応じた板厚が自動的に得られる事になる。圧延荷重は厳密に一定にする必要はなく、若干変化しても本発明の目的には支障の無いものである。
【００４７】
図１０（イ）、（ロ）は本発明の第３の実施の形態を示す平面図（イ）、側面図（ロ）であり、金属帯の長手端部形状を円弧状にしている。図１１（イ）、（ロ）は本発明の第４の実施の形態を示す平面図（イ）、側面図（ロ）であり、金属帯の長手端部形状を先端円弧の２段角状にしている。各々、その先端部の板厚をテーパ状に圧延したものである。これら、図１０、図１１の実施の形態は、図８の直線の三角状の実施の形態に比べて、圧延時の噛み込み先端マークが防止できるので好ましい。
【００４８】
図１２（イ）、（ロ）は本発明の第５の実施の形態を示す平面図であり、第１の実施形態で示した鋸刃形状を若干変更させたものである。板厚は前記他の実施形態と同じく、テーパ形状（図示せず）を有する。
【００４９】
台形状などの幅方向間隔は、一定でなくてもよいが、ラップマークの発生を防ぐ上で重要な要因である。あまりにこの間隔が大きいと、２巻目以降の巻締め力に抗しきれず、２巻目以降で、曲がり変形が生じてラップマークの発生を防止できなくなってしまう恐れがある。また、間隔が狭いと先細り加工のための荷重低減効果が小さくなり、装置が大型化してしまう。
【００５０】
最適な間隔は、板幅、板厚、材料の硬さなどによって異なるが、発明者の実験によれば、鋼帯の場合５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲であることが確認されている。加工部の幅は先端で０〜２０ｍｍ、先端から３０ｍｍのところで２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲がよい。
【００５１】
さらに板厚テーパ加工の金属帯長手方向の連続性を確保するためには、切込み部形状は矩形ではなく図１２に示すような逆三角形または円弧状であることが望ましい。
また、幅方向に異なる形状でも、最先端部が幅方向に揃っていなくてもよい。
【００５２】
図１３は本発明の金属帯の加工装置で一定荷重圧延で行った鋼帯の板厚分布の傾向を示すグラフであり、ロール径２００ｍｍの圧延機を用いて、ロールギャップを板厚１．６ｍｍの板厚以上に開けておき、デクリーズベンダーでワークロール間に油圧荷重を与える方法で一定荷重圧延をした。この時の鋼帯には２個の先端部の幅が狭くなる台形加工を施し、その台形の上辺の幅５ｍｍ台形部の高さ４０ｍｍとし台形部の底辺の幅を３０ｍｍとし、台形の間を逆三角形として圧延荷重１０〜２０Ｔｏｎで圧延したものである。テーパ形状は圧延荷重によりなだらかに調整可能で、ラップマーク対策の為に良好な板厚の先細り形状が従来の全幅圧延の１／２０〜１／１０の圧延荷重で得られた。
【００５３】
本図のような条件のとき、先端部の合計幅を元幅の１／１０とした場合の圧延荷重は、元幅が１ｍの時、約８８ｔｏｎとなり、圧延機として非常に小さな構造となる。すなわち、本方法によれば、圧延加工時の圧延荷重を小さくできることとあいまって、テーパ圧延を非常に容易に行うことができる。
【００５４】
図１４は本発明を適用したラインのレイアウト図であり、金属帯４はその先端部を切断機６で幅方向に直角に切断、又は大きく斜めに切り取って先端の全体幅を狭くしてから先端を打ち抜き剪断機１、２で幅方向に複数の先端部の幅が狭くなる形状に打ち抜き加工し、荷重一定圧延機３で打ち抜き加工部を板厚方向にテーパー形状に圧延し、巻取り機５で巻取る装置である。
【００５５】
別の装置としては、切断機６を設けずに、打ち抜き剪断機１、２で幅方向に複数の先端部の幅が狭くなる形状に打ち抜き加工して、続いて圧延機３で打ち抜き加工部を板厚方向にテーパ形状に圧延した後に巻取ってもよい。
【００５６】
また打ち抜き形状を先端部と尾端部を兼用する場合は、先端部と尾端部の打ち抜き後の形状を反転させた形状にしておくことが望ましい。
【００５７】
更に、打ち抜き機１、２の打ち抜き形状を先端部と尾端部を兼用にしても良いが、複数設けた方がより適切な打ち抜き形状を選定出来る。この場合は、打ち抜き機の入り側に同様に剪断機があったほうが好ましい。
【００５８】
図１５は本発明を適用した別のラインのレイアウト図であり、図１４の装置の打ち抜き剪断機１、２に続いて、先端部加熱器７を荷重一定圧延機３の間に付設した装置である。被加熱体積が、全幅に比べて数分の１〜１／１０であるため、投入エネルギーを小さくできること、加熱に必要な時間を短縮できることなどの利益が得られる。
【００５９】
先端部加熱器７を切断機６及び又は打ち抜き剪断機１、２の入り側にのみ設けてもよく、あるいは荷重一定圧延機３の入り側と併設しても良い。その他の装置又は使い方の態様は、図１４の場合と同様なレイアウト、あるいは使い方が可能である。
【００６０】
図１６は本発明の金属帯の加工装置を適用した鋼帯と比較例の鋼帯を用いて巻取りを実施した時のラップマークの長さを巻取り数で示すグラフである。
【００６１】
Ａ、Ｂ、Ｃはラップマークの程度を示し、Ａは非常に軽い、Ｂは軽い、Ｃは重い程度である。図１６に示すように、比較例の幅方向に４０°の角度で斜め切断した鋼帯よりもラップマークの長さが低減している。また、比較例の全幅一様なテーパ加工長さ３０ｍｍの鋼帯に比較して、ラップマークの長さが低減している。
【００６２】
図１７は、図１２（イ）の先端部の先細り形状の鋼帯の巻取りを実施した時のテーパ加工長さとラップマークの発生傾向を示すグラフであるが、テーパ加工長さを適切に取ればラップマークの発生も無いことが判る。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は、圧延に先立ち、剪断により金属帯の長手端部の幅を狭くすることで、圧延する面積を減らして圧延荷重を小さくし、これにより圧延機をコンパクトとし、かつ圧延であるために切削加工に比べて短時間で、加工屑も発生しない加工装置であり、ラップマークの発生もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態にかかる側断面図である。
【図２】 図１の上剪断機１、下剪断機２側から見た正面図でる。
【図３】 図１の圧延機３側から見た正面図である。
【図４】 図１の上剪断機１の刃物形状のＣ矢視平面図である。
【図５】 図１の上剪断機１の刃物部の側断面図である。
【図６】 図１の下剪断機２の刃物形状のＤ矢視平面図である。
【図７】 図１の下剪断機２の刃物部の側断面図である。
【図８】 （イ）、（ロ）は本発明の第２の実施の形態を示す平面図（イ）、側面図（ロ）である。
【図９】 図８（イ）の打ち抜き形状を圧延したもので、単位幅あたりの圧延荷重がほぼ圧下量（加工量）に比例することを示すグラフである。
【図１０】 （イ）、（ロ）は本発明の第３の実施の形態を示す平面図（イ）、側面図（ロ）である。
【図１１】 （イ）、（ロ）は本発明の第４の実施の形態を示す平面図（イ）、側面図（ロ）である。
【図１２】 （イ）、（ロ）は本発明の第５の実施の形態を示す平面図である。
【図１３】 本発明の金属帯の加工装置で一定荷重圧延で行った鋼帯の板厚分布の傾向を示すグラフである。
【図１４】 本発明を適用したラインのレイアウト図である。
【図１５】 本発明を適用した別のラインのレイアウト図である。
【図１６】 本発明の金属帯の加工装置を適用した鋼帯と比較例の鋼帯を用いて巻取りを実施した時のラップマークの長さを巻取り数で示すグラフである。
【図１７】 図１２（イ）の先端部の先細り形状の鋼帯の巻取りを実施した時のテーパ加工長さとラップマークの発生傾向を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 上剪断機
２ 下剪断機
３ 圧延機
４ 金属帯
５ 巻取り機
６ 切断機
７ 先端部加熱器
８ 通板テーブル
９ 通板ガイド
１１上刃物
１２上刃物
２１下刃物
３０ａ上ロール
３０ｂ下ロール

Claims (1)

1. 金属帯の長手端部を幅方向に、分割された剪断刃の上下方向取付位置が金属帯の幅方向に連続的に変化した配列とした剪断刃物で、鋸歯状に切断加工する剪断機と、該剪断された金属帯先端部を圧延する圧延機を備えたことを特徴とする金属帯の加工装置。

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