JP3770990B2

JP3770990B2 - 長尺折鋼板の成形方法

Info

Publication number: JP3770990B2
Application number: JP04814697A
Authority: JP
Inventors: 敬之中原; 武文仲子; 正二井上
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2017-03-03
Also published as: JPH10244320A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、長手方向に曲率を有する長尺折板の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に長さ数ｍ以上で長手方向に亘り同一の断面形状を有する長尺折板は、ロール成形法によって目的とする断面形状に成形することで得られる。ロール成形法により成形される折板の断面形状は多種多様であるが、長手方向の形状に関しては真直な製品が多いのが現状である。
長手方向に亘り均一な曲率を有した長尺折板への需要も増している。長手方向に曲率を有する場合には、折板の高さに起因して必然的に折板の上下で長手方向の長さが異ならざるを得ない。その長さの差を吸収するために、折板の底部あるいは斜辺部にさざ波形状などのリブを設けるのが一般的である。あるいは、断面成形ロールとは別個に長手方向曲率付与用ロールを設置して、目的とする断面形状に成形した後に長手方向に曲率を付与する方法も試みられているが、ロール数も多くなり、装置も複雑で高価になる。
長尺折板の底部あるいは斜辺部にリブ等を設けると、すべての面が平坦である成形品を得ることができない。長尺折板の主要な使用用途である建築物の屋根あるいは壁として用いられたとき、リブ部が排水経路の障害となり、そこに雨水や汚れが滞留して美観を損ねる傾向がある上に、そこを起点として腐食が進行しやすい。素材がめっき金属板等の場合にはリブの成形によりリブ部のめっき層に損傷を生じて耐食性を損なうといった問題もある。
また、底部あるいは斜辺部にリブ等を設けない場合でも、長手方向に湾曲させる場合には、折板の上下で幾何学的に長手方向長さが異ならざるを得ないので、長手方向に均一な曲率が発生しにくいといった問題、または成形品の底部あるいは斜辺部に座屈が生じるなどの問題が起こることが多かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上に列挙した従来技術の欠点を解決することを目的とする。具体的には、ロール成形法により長尺折板を成形しつつ長手方向に亘り均一な曲率を付与し、折板のどの面・辺もが平坦である成形品を得る成形法を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の長手方向に曲率を有する長尺折鋼板の成形方法は、上記の課題を解決するために、中央部分の径よりも両側端部分の径を大きくした予ひずみ付与ロールを押し込むことにより幅方向中央部に比べて両側端部の方が長くなるように分布する長手方向の伸び予ひずみを付与した薄板厚の鋼板又は鋼帯を、ピッチラインを中間部が高くなるように長手方向に湾曲させて配置させた複数の折曲げ成形ロールスタンド列に、底部に対して斜辺部を上向きに折り曲げ、かつ折板長手方向にて斜辺外側部の曲率半径が底部の曲率半径よりも大きくなるように通板することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に示すように長手方向に曲率を有した長尺折板では、底部の長手方向長さ（図１中のＬ_B ）と斜辺外側部の長手方向長さ（図１中のＬ_T ）とは幾何学的にＬ_B ＜Ｌ_T でなくてはならない。素材の段階ではどの部分も同一長さであったものにこの差異を実現するためには、素材の状態よりも底部の長手方向長さが収縮するか、あるいは斜辺外側部の長手方向長さが伸長するといった挙動が必要となる。しかしながら一般的に薄板厚の金属は座屈限界応力が低いために一軸方向に収縮させると座屈変形が生じやすい。そのため本課題を解決するためには斜辺外側部を長手方向に伸長させる方法が最も効果的であると考えられる。
そこで、本発明の長手方向に曲率を有した長尺折板の成形方法では、以下の２つの措置でそれを実現する。
１）成形ロールスタンド列のピッチラインを適切に湾曲させる。
２）幅方向に分布する伸び予ひずみを長手方向に亘り付与せしめた金属板あるいは金属帯を成形素材として用いる。
【０００６】
上記１）の措置は、図２に示すように、折板を順次成形するロールスタンドの高さを適切に調整・配置することにより、成形ロールスタンド列のピッチラインを適切に湾曲させることで実現される。
図３に成形フラワ−を示すように段階を追って断面形状を成形していくロール成形の場合、各ロールスタンドでの成形過程上の折板には常時ピッチラインと同一の湾曲形状を与えるように外力が作用するため、断面高さが低い状態、すなわち断面二次モ−メントが小さい状態から長手方向に曲率が付与される。
なお、この際、ひずみが与えられても外部応力が外れると弾性変形分のひずみを解放してしまう、いわゆるスプリングバック現象が起こるので、これについての考慮も必要である。
ピッチラインを湾曲化する手段には、ピッチラインを考慮してロール等を新たに設計することも考えられる。例えば、ピッチラインを完全な円弧状とするためには、各成形ロールスタンドで、図４に示すように、各成形ロールスタンドのロール対の軸中心を結ぶ方向が成形ロールスタンドのピッチラインの法線方向となるように各ロールスタンド及び成形ロールを配置することも一方策である。
【０００７】
次に、上記２）の措置について説明する。これは、上記１）の措置よりも積極的な措置である。
図５に示すように、素材である金属板あるいは金属帯を二つの素材移動用ロール対２、３で挟み素材１を前進させる。二つの素材移動用ロール対間に位置する予ひずみ付与ロール４を設け、二つの素材移動用ロール対の各ロール間隙中央を結ぶ線よりも予ひずみ付与ロールのロール面最下面が下になるような位置関係に設定する。
図６は予ひずみ付与ロールの正面断面図である。予ひずみ付与ロールは、中央部分に水平部分Ｎ₃ 部、両端に中央部分の径Ｄ₁ よりも大きい径Ｄ₂ の水平部分Ｎ₁ 、Ｎ₅ 部を有し、その間は、それぞれの水平部分に接線で繋がる二つの円弧ｒ₁ 、ｒ₂ （要すれば二つの円弧は共通接線で結ばれる）で滑らかに繋がっている遷移部Ｎ₂ 、Ｎ₄ 部を有する形状とする。折板の断面形状が左右対称である場合には、Ｎ₁ ＝Ｎ₅ かつｒ₁ ＝ｒ₂ とする。
このような形状の予ひずみ付与用ロールに接触しながら素材が押し下げられるので、素材は二つの素材移動用ロール対間で、幅方向に異なる経路長を通過することになる。つまり、素材は幅方向の位置によって異なる張力を受けることになり、それぞれの位置によってひずみ量が異なる。すなわち、予ひずみ付与用ロールは幅方向位置で連続的に異なるロール径となっているので、ロール径が大きい部分ほど経路長が長くなり、そのため予ひずみ付与量も大きくなる。したがってロール形状に応じた伸び予ひずみが幅方向に分布することになる。
【０００８】
素材移動用ロール対（後）３を出た後の素材５には、図５では強調して描いてあるものの、中心部から両側に向かって幅方向に大きくなる予ひずみ量が付与されている。
幅方向に異なる予ひずみを与えられた素材５に上記１）の措置を施したロール成形を行うことによって、所望の形状が無理なく、形状・寸法精度良く成形される。
この場合において、予ひずみの幅方向に異なる量は、二つの素材移動用ロール対間の経路差の相対的な比率に依存するから、同じ予ひずみ付与ロールであってもその予ひずみ付与ロールの押し込み量によってその程度を変化させることができる。つまり、予ひずみ付与ロールの押し込み量が大きくなるに従って素材幅方向の位置による予ひずみの異なる量は大きくなる。
素材移動用ロール対の各ロールには、素材との密着性が高い材質が最適で、通常ウレタンロールなどを用いる。また素材を移動させる際に、前部の素材移動用ロール対２の送り速度よりも後部の素材移動用ロール対３の送り速度を速くするなどの操作により素材に長手方向の張力を発生させるとより効率的に予ひずみを付与することができる。
【０００９】
【実施例】
（実施例１）
長手方向曲率半径を有する長尺折板作製に対する成形ロールスタンドのピッチライン湾曲化の効果について以下に説明する。
図２は成形ロールスタンドのピッチラインを湾曲化したロール成形機の概略図である。本成形機は図３（０）、（ａ）〜（ｊ）にフラワーを示すように、全９スタンドから構成され、駆動は下軸のみ、駆動ギアの回転速度は全スタンド同一となっている。このロール成形装置での成形挙動は以下の通りである。素材１を図２に示すように第１スタンドに位置する上下一対のロール（Ｓ_1a）（Ｓ_1b）間に送り込むとロール形状に応じた所定の断面形状（図３（ａ）参照）に成形される。続いて第２スタンドに位置するロール（Ｓ_2a）（Ｓ_2b）間に送り込まれ所定の断面形状（図３（ｂ））に成形される。この操作が順次繰り返されることにより、素材は各ロールで所定形状に成形されながら第９ロールまで送り込まれ、最終的に長手方向に亘り目的の断面形状（図３（ｊ））を有し、長手方向に曲率を有する長尺折板が成形される。
折板断面形状の具体的数値の主要部は、図１に示すＫ₁ ＝８４．００ｍｍ、Ｋ₂ ＝３２．８９ｍｍ、Ｋ₃ ＝８５．１６ｍｍ、θ₁ ＝θ₂ ＝６０°とした。
また成形ロールは設計上ピッチラインが曲率を有していないロール群を用いて、スタンド高さを調整することにより成形ロールスタンドのピッチラインが曲率半径２５ｍ（以下Ｒ２５ｍと表示）の曲率を持つ構成とした。
素材は普通鋼及びＳＵＳ３０４を母材とする塗装鋼板で、寸法は各々長さ２０００mm×幅２５０mm×板厚０．４３１ｍｍ、長さ２０００ｍｍ×幅２５０ｍｍ×板厚０．３９６ｍｍのものを用いた。また成形速度は５ｍ／ｍｉｎと同一にした。
上記の素材及び成形機条件の下で長尺折板を成形したときの成形条件と成形品に発生した長手方向曲率半径の関係を表１及び図７に示す。
【００１０】

【００１１】
ピッチライン直線の条件（真直）の下では成形した長尺折板の長手方向曲率半径は両者とも４００ｍ以上となり、外観的にも数値的にも曲率が発生しているとは言い難い。これに対してピッチラインを湾曲させた条件（Ｒ２５ｍ）の下では各場合に半径１２０ｍ以下の長手方向曲率半径が発生しており、成形ロールスタンドのピッチラインの湾曲化は長手方向曲率半径の発生に効果が認められる。
【００１２】
（実施例２）
長手方向に曲率を有する長尺折板作製に対する素材の幅方向に分布する伸び予ひずみを長手方向に亘り付与することの効果について以下に説明する。
素材は実施例１と同様に普通鋼あるいはＳＵＳ３０４を母材とする塗装鋼板で、寸法は各々長さ２０００ｍｍ×幅２５０ｍｍ×板厚０．４３１ｍｍ、長さ２０００ｍｍ×幅２５０ｍｍ×板厚０．３９６ｍｍである。また成形速度は５ｍ／ｍｉｎとした。
折板断面形状は、実施例１と同様とした。
予ひずみ付与ロールにおける各部の寸法は次の通りとした。
Ｄ₁ ＝８０ｍｍ、Ｄ₂ ＝８７．５ｍｍ、Ｎ₁ ＝Ｎ₅ ＝１０ｍｍ、Ｎ₂ ＝Ｎ₄ ＝１０５ｍｍ、Ｎ₃ ＝４０ｍｍ、ｒ₁ ＝ｒ₂ ＝４８３ｍｍ。
予ひずみ付与ロールの最下限は、素材移動用ロールの間隙中央から１０ｍｍ下がったところまで押し込んだ。
図８は予ひずみ付与装置に通板することにより、平坦な素材に付与された伸び予ひずみの幅方向分布の一例である。
素材に種々の予ひずみを付与した後、ピッチラインをＲ２５ｍとして成形した長尺折板の長手方向曲率半径と予ひずみ量の関係を図９と表２に示す。
【００１３】

【００１４】
図９及び表２から、予ひずみの付与により予ひずみのない場合に比して更に小さな曲率半径を実現していることがわかる。また長手方向曲率半径に応じた適正な予ひずみを付与することで、成形品の底部あるいは斜辺部の平坦性も素材の平坦さのレベルとなった。
更に図９中の予ひずみ−曲率半径の予測曲線は下記に示す幾何学的な観点から素材に付与された予ひずみ量と長尺折板に発生した長手方向曲率半径との関係を表した曲線であるが、適正な予ひずみを付与した場合には推測通りの長手方向曲率半径が発生していることがわかる。
【００１５】
〔予ひずみ量−曲率半径の予測曲線の求め方〕
長手方向に曲率を有した長尺折板は図１に示すように底辺側よりも斜辺外側の長手方向長さが長くなる。
ここで底辺の長手方向長さをＬ_B 、斜辺外側の長手方向長さをＬ_T 、底辺を基準とした曲率半径をＲ、折板の前後と曲率半径の中心点がなす角度をΘ、折板断面高さをａとすると（図１参照）、
Ｌ_B ＝ＲΘ ・・・（１）
Ｌ_T ＝（Ｒ＋ａ）Θ ・・・（２）
（１）、（２）式より
Ｌ_T ＝（Ｒ＋ａ）×Ｌ_B ／Ｒ・・・（３）
次に曲率が付くことによる底辺側と斜辺外側の長さの変化は斜辺外側の伸長により調整されると仮定すると、斜辺外側の伸びひずみは次式で表すことができる。
ε＝（Ｌ_T −Ｌ_B ）／Ｌ_B ・・・（４）
（４）式に（３）式を代入すると
ε＝ａ／Ｒ・・・（５）
となる。ここで予ひずみ量からの換算値である急峻度λとεの間には幾何学的にε＝２．４６５λ² なる関係が成り立つので次式が得られる。
Ｒ＝ａ／２．４６５λ² ・・・（６）
本実施例での折板の断面形状は折角＝６０°、斜辺幅＝８５ｍｍであるので、
ａ＝８５ｓｉｎ６０°
となり、（６）式より図９中の予測曲線が算出できる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
１）ピッチラインを湾曲させることにより、通常の成形方法で底部や斜辺部が平坦でかつ長手方向に均一な曲率を有した長尺折板を作成することができる。
２）ピッチライン形状の変更はスタンド高さの調整によっても可能であるため、既存設備の改良のみでよく、新規にロールを作成する必要はない。
３）ピッチラインを湾曲させることに加え、素材に幅方向に分布する伸び予ひずみを長手方向に亘って付与することで、底部や斜辺部の平坦さと長手方向の均一な曲率が効果１）よりも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】長手方向に曲率を有した長尺折板の概念図
【図２】ピッチラインを湾曲させたロールスタンド群の概念図
【図３】折板断面の成形フラワー
【図４】ピッチラインを円弧状とするためのロール配置の一例を示す図
【図５】予ひずみ付与装置の正面図
【図６】予ひずみ付与用ロールの外面形状図
【図７】ピッチライン形状変更の効果を示す図
【図８】素材に付与された伸び予ひずみの幅方向分布を示す図
【図９】素材への予ひずみ付与の効果を示す図
【符号の説明】
１：素材
２：素材移動用ロール対（前）
３：素材移動用ロール対（後）
４：予ひずみ付与ロール
５：予ひずみが付与された素材
Ｓ_1a：第１スタンド上ロール
Ｓ_1b：第１スタンド下ロール
Ｓ_2a：第２スタンド上ロール
Ｓ_2b：第２スタンド下ロール

Claims

中央部分の径よりも両側端部分の径を大きくした予ひずみ付与ロールを押し込むことにより幅方向中央部に比べて両側端部の方が長くなるように分布する長手方向の伸び予ひずみを付与した薄板厚の鋼板又は鋼帯を、ピッチラインを中間部が高くなるように長手方向に湾曲させて配置させた複数の折曲げ成形ロールスタンド列に、底部に対して斜辺部を上向きに折り曲げ、かつ折板長手方向にて斜辺外側部の曲率半径が底部の曲率半径よりも大きくなるように通板することを特徴とする長手方向に曲率を有する長尺折鋼板の成形方法。