JP3822282B2 - アングルの製造方法 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に建材用の外壁などに利用される冷間または温間成形の略直角な角を有するステンレス鋼製アングルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼製アングルは、熱間と冷間の2種類の方法により製造されている。熱間にて製造する方法は溶解施設にてビレットを作り、ロールやダイスに通して成形する方法であり、こうして得られた熱間アングルは表面粗度が大きく表面肌が荒いため、美観があまり重視されない建築構造物など、主に強度のみが重視される用途に用いられている。そして、建物の外壁など美観が重要視される部分に使用する場合は出来上がったものの表面を所望の肌が出るまでかなりの厚み、研磨しなければならない。
【0003】
これに対し、冷間による製造方法は大規模な鉄の溶解施設を必要とせず、市販の熱間圧延ステンレス鋼帯を購入し、表面研磨工程を経て、長手方向に裁断後、冷間ロールフォーミング成形により簡単に成形できる有利さがある。しかも通常の場合、脱スケール工程にて表面粗度の小さい滑らかな肌となるため、ロール成形後もこの肌が保持され美観に耐える肌が得られる長所がある。このため、美観を必要とする建材用の外壁などに用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の冷間にてロール成形する場合、常温での変形抵抗が大きいため出来上がったステンレス鋼製アングル11は図8aに示すように外角部のR(曲率半径)が大きい。
【0005】
従って、内側角隅部にノッチを施したり、内側角隅部にあらかじめ溝部や肉薄部を設けて角部内側を角部外側方向に強圧することにより角部外側を直角に近付けるべく様々な試みがなされている。この外角部が直角とならず成形後のRが大きく(例えば3mm×40mm(厚み×辺の長さ)では外角部のR=3.6mm,かつ外角部の円弧長さ=約5.7mm)しか成形できないという欠点から、例えば図8bに示すようにアングル11,11を並べて各アングル間を溶接して建物の外壁を形成する場合、各アングル間の円弧部の長さが大きすぎてアルゴン溶接12のアークが2つのアングルの接触部まで入っていかず溶接不良となるためRの大きいアングルは使用出来ない。このため、冷間アングルに代えて、煩雑な製造工程を要する熱間アングルを使用しているのが現状である。
【0006】
本発明の目的は、大規模な鉄の溶解施設を必要とせず、冷間または温間成形で製造できる、特に建材用の外壁などを形成する際に溶接を良好に行えるアングルの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
(1)本発明のアングルの製造方法は、ステンレス鋼製鋼帯を冷間フォーミング成形してフォーミング・アングルを作る工程と、
2段に連設した4方向圧延機を配置し、第1段の4方向圧延機でフォーミング・アングルの一方の辺(A)の端部(a)と他方の辺(B)の外側部(b)との間を圧縮し、第2段の4方向圧延機でフォーミング・アングルの一方の辺(A’)の外側部(a’)と他方の辺(B’)の端部(b’)との間を圧縮してフォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程を備え、
第1段の4方向圧延機は、フォーミング・アングルの一方の辺(A)の端部(a)と他方の辺(B)の外側部(b)との間を圧縮するときに一方の辺(A)の内側部(a)は上部縦ロール(51)の周側面(L)との間に隙間を有し、第2段の4方向圧延機は、フォーミング・アングルの一方の辺(A’)の外側部(a’)と他方の辺(B’)の端部(b’)との間を圧縮するときに一方の辺(B’)の内側部(b’)は上部縦ロール(61)の周側面(L20)との間に隙間を有していることを特徴とする。
(2)本発明のアングルの製造方法は、フォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程は、フォーミング・アングルの外角部を略直角とする前記(1)に記載の方法である。
(3)本発明のアングルの製造方法は、第1段の4方向圧延機が45度傾けられ、第2段の4方向圧延機が第1段の4方向圧延機とは逆方向に45度傾けられている前記(1)に記載の方法である。
(4)本発明のアングルの製造方法は、フォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程を室温で行う前記(1)に記載の方法である。
(5)本発明のアングルの製造方法は、フォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程を、フォーミング・アングルを20〜200℃に加熱して行う前記(1)に記載の方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明者は、冷間ロールフォーミングにて成形されたステンレス鋼のフォーミング・アングル外角部を冷間または温間で略直角に成形する方法について研究した。
【0009】
その結果、冷間ロールフォーミングにて成形されたステンレス鋼のフォーミング・アングル外角部を冷間または温間で略直角に成形するためには、熱間圧延ステンレス鋼帯を冷間ロールフォーミングした後、冷間または温間で少なくとも連続した2段の4方向圧延機によりアングルの辺の高さ方向に圧縮することが効果的であるという知見が得られた。
【0010】
この知見に基づき、本発明者は、熱間圧延ステンレス鋼帯を冷間ロールフォーミングによりアングル角に成形した後、冷間または温間で少なくとも連続した2段の4方向圧延機によりアングルの辺の高さ方向に圧縮するようにして、アングル外角部を略直角に成形する製造方法を見出だし、本発明を完成した。
【0011】
以下、本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明方法を実施するための装置の例を示すものである。まず熱間圧延ステンレス鋼帯Sを用意する。本ステンレス鋼帯Sは表面研磨工程を経て、所定の幅で長手方向に裁断後、1のアンコイラーに巻き付けられ、矢印方向に送られる。
【0012】
上記送り過程においてステンレス鋼帯Sは、まず冷間ロールフォーミング装置2において、アングル角に成形される(ここまでの工程は従来通り)。
通常、冷間のロールフォーミングではロールとステンレス鋼帯Sの摩擦を低減し、発熱するステンレス鋼帯Sを冷却する目的で加工油(水溶性加工油)が使用されるが次工程でステンレス鋼帯Sを加熱するため、フォーミングが終わった時点で油切装置3にて油切りを行う。
【0013】
油切りが行われた材料は、加熱装置4にて少なくともアングルの外角部を20〜200℃に加熱される。加熱方法としては熱風発生装置、高周波加熱など特に方法は問わない。この加熱の狙いは次工程の4方向圧延機の成形ロールに、過度の応力をかけずに加工し易くするためであり、特に加熱しない場合でも加工可能である。
【0014】
加熱されたステンレス鋼帯Sは次に、第1段、第2段の4方向圧延機50,60を連続して通る。前々工程のロールフォーミングの上下ロールは通常それぞれV型、逆V型をしており、成形されたステンレス鋼帯SはV字型で供給されるため、材料を捩じることなく4方向圧延機に通すためには4方向圧延機は図2,3のように2台をそれぞれ逆方向に傾ける、すなわち第1段の4方向圧延機50のハウジング全体を操作側または駆動側に45度傾け、第2段の4方向圧延機60のハウジング全体をそれとは逆に45度傾ける必要がある。ここでは第1段の4方向圧延機50のハウジングを操作側に45度傾け、第2段の4方向圧延機60のハウジングを駆動側に45度傾けた。
【0015】
この状態で加熱されたステンレス鋼帯S(冷間ロールフォーミングアングル)を2段に連続した4方向圧延機に通過させ、アングルの辺の高さ方向に圧縮する。この点について、図4,5によってさらに説明する。
【0016】
45度傾けた第1段の4方向圧延機50のハウジング内には段付部を持つ上部縦ロール51、下部縦ロール52及び両側1対の横ロール53,54が設置されている。図4のように、上部縦ロール51はアングルの一方の辺Aの端部a1 に小径の段付部の周部S1 が接し、大径側部L2 はその辺Aの内側a2 に接さず、僅かに隙間が開いている。大径周部L1 は他方の辺Bの内側b2 に接している。また横ロール53は辺Aの外側a3 部に、下部縦ロール52は辺Bの外側b3 部に、横ロール54は辺Bの端部b1 部にそれぞれ接しており、51〜54の各ロールはステンレス鋼帯Sを送り出すようにそれぞれ回転する。
【0017】
一方、第1段の4方向圧延機とは45度逆に傾けた第2段の4方向圧延機60では、図5のように、上部縦ロール61は小径の段付部の周部S10がアングルの一方の辺B´の端部b1 ´に接し、大径側部L20はその辺B´の内側b2 ´に接さず、僅かに隙間が開いている。大径周部L10は他方の辺A´の内側a2 ´に接している。また横ロール64は辺Bの外側b3 ´部に、下部縦ロール62は辺A´の外側a3 ´部に、横ロール63は辺A´の端部a1 ´にそれぞれ接しており、61〜64の各ロールはステンレス鋼帯Sを送り出すようにそれぞれ回転する。
【0018】
このような状態で第1段の4方向圧延機を通過したステンレス鋼帯Sは図6aに示すように、辺A部の端部a1 から内側角部にかけて、やや逆テーパー状に膨らみが生じ、辺B部の板厚及び長さの減少はないが、辺A部の全体の長さH0 がやや小さく、H1 となり、外角部、内角部のRの円弧はそれぞれ曲率が変わらず円弧部の長さのみが小さくなる。
【0019】
次に第2段の4方向圧延機を通過した材料は図6bに示すように、辺B´部の端部b1 ´から内側角部にかけて、やや逆テーパー状に膨らみが生じ、辺A´部は直前でできたテーパー形状が圧延され平らになり、外角部、内角部のRの円弧はそれぞれ曲率が元のままで円弧部の長さのみが更に小さくなる。
これらの形の変化から、まず第1段の4方向圧延機を通過したアングルの一方の辺Aは上下から潰されることにより、剛性の小さな辺Aの端部a1 が座屈するべくテーパー状に変化し、剛性の大きい辺Aの角に近い側ではそのままの形で平行移動し、内外のR部を含む辺B全体が辺Aの端部a1 方向に変形することにより、Rが直線と接する部分が潰れる。次に第2段の4方向圧延機を通過したアングルの一方の辺B´は上下から潰されることにより、剛性の小さな辺B´の端部b1 ´が座屈するべくテーパー状に変化し、内外のR部を含む辺A´全体が辺B´の端部b1 ´方向に変形することにより、Rが直線と接する部分がさらに潰れる。従って、冷間ロール成形されたアングル角部は、略直角に成形される。
【0020】
このようにアングル角部を略直角に成形してステンレス鋼帯Sはサイジングロール7、矯正機8で矯正されて、切断機9に送られる。そして所定の長さに切断される。
【0021】
以上の成形処理はすべて図示するように連続的一工程で行われる。
またアングルの角は溶接作業など実際の現場においては真に直角であればある程、作業性は良い。しかし反面アングルを手で扱う場合真に直角であればある程、手を切るおそれがあり、僅かにR部を有する物の方が安全性の観点からは扱い易い。従って、本発明では外角部のRの円弧長さを0.5〜2.0mmとするのが好ましい。
【0022】
【実施例】
(実施例1)
熱間圧延ステンレス鋼帯(JIS G 4306, SUS304-HS, 3.0t)を表面研磨し、スリッターにて長手方向に裁断した材料(厚み3.0mm ×幅81.5mm)を用意する。
【0023】
図7は本発明の実施例に係る成形装置の作用を説明するためのステンレス鋼製アングルの断面図である。
まず、上記材料を冷間ロールフォーミング装置2に通すことにより、図7aのような厚み3mm、辺の長さ44.5mm、外角部のR=10mmの冷間ロールフォーミングアングルを得た。これをゴム製ワイパー(油切装置3)にて水溶性加工油を取り除いた後、熱風乾燥機(加熱装置4)にて材料温度(アングルの外角部の温度)が170〜190℃になるように熱し、次に第1段、第2段の4方向圧延機50,60を連続して通過させる。
【0024】
第1段の4方向圧延機50のハウジングは操作側に45度傾けられ、第2段の4方向圧延機60のハウジングは駆動側に45度傾けられた状態でセッティングされる。
【0025】
第1段の4方向圧延機50と第2段の4方向圧延機60の各縦及び横ロールのセッティング位置は、上記のアングルのサイズ(厚み3mm、辺の長さ44.5mm)により予め定められたロール寸法及びロール間隔に従って調整される。
【0026】
すなわち、第1段の4方向圧延機50では上部縦ロール51の大径部と下部縦ロール52の間隔を3mmにとれば、上部縦ロール51の小径の段付部と下部縦ロール52の間隔は41.0mmとなるように上部縦ロール51は製作されている(上部縦ロール51の大径部の半径と、小径の段付部の半径の差が38.0mmとなるように製作されている。)。ただし、大径側部L2 はアングルの一方の辺Aの内側a2 に接さず、0.5mm程度離した位置にくるようにセットされる。
【0027】
一方、横ロール53と横ロール54との間隔は43.0mmに設定される。この2組4個のロールは、開先を付けたフォーミング材を通しても設定した値が変化しない様、ロールハウジング、ロールのジャーナル部など充分な剛性を持っている。
第2段の4方向圧延機60もほぼ同様に、上部縦ロール61の大径部と下部縦ロール62の間隔を3mmにとれば、上部縦ロール61の小径の段付部と下部縦ロール62の間隔は40.0mmとなるように上部縦ロール61は製作されている(上部縦ロール61の大径部の半径と、小径の段付部の半径の差が37.0mmとなるように製作されている。)。ただし、大径側部L20はアングルの一方の辺B´の内側b2 ´に接さず、0.5mm程度離した位置にくるようにセットされる。 一方、横ロール63と横ロール64との間隔は40.0mmに設定される。この2組4個のロールも、第1段の4方向圧延機50と同様に成形に際して設定値が変化しない様、ロールハウジング、ロールのジャーナル部などには充分な剛性を持っている。
【0028】
このような状態で第1段の4方向圧延機50を通過したフォーミングアングルは、図7bのように厚み3mm、操作側の辺(A)の長さ41.0mm、駆動側の辺(B)の長さ43.0mm、アングル外角部のR=10mmは変化せず、外角部のRの円弧長さが約4mmである不等辺アングルに成形される。続いて、第2段の4方向圧延機60を通過したフォーミングアングルは、図7cのように厚み3mm、操作側の辺(A´)の長さ40.0mm、駆動側の辺(B´)の長さ40.0mm、アングル外角部のR=10mmは変化せず、外角部のRの円弧長さが約1mmであり、駆動側の辺(B´)の先端部b1 ´が逆テーパー状にやや膨らんだ等辺アングルに成形された。
【0029】
一方、材料の長手方向について言えば、第1段,第2段の4方向圧延機50,60での成形では材料各部を均一に圧縮しないためその出口では材料に曲りが生じる。すなわち第1段の4方向圧延機50の出口では操作側方向にR=約2,000mmの曲率で横曲りが生じ、第2段の4方向圧延機60の出口では駆動側方向にR=約2,000mmの曲率で横曲りが生じた。
【0030】
これは、第1段の4方向圧延機50にて生じた横曲りが第2段の4方向圧延機60にて反対方向(駆動側)に変形させられるためであると考えられる。上記先端部b1 ´の逆テーパー状の膨らみは次工程の2段のサイジングロール7にて両辺先端部を軽圧延することで改善され、横曲りはその次の工程の上下にそれぞれV字、逆V字の断面を持つ2個のロール間に挟持しつつ回転する3段の矯正機8にて改善された。
【0031】
(実施例2)
実施例1と同じ材料を、加熱条件以外、同条件にて室温5℃、湿度50%の雰囲気にて成形処理したところ、特に加温を行わなくても求める形状のアングルが得られた。ただし、この場合、第1,2の4方向圧延機50,60の各ロールの消耗は実施例1の場合に比較して交換頻度がおよそ1/3程度に短くなった。
【0032】
なお、従来の内側角部を外側角部方向に強圧することにより得られる冷間成形ステンレス鋼アングルでは、材料の長手方向にメタルフローがあるとはいえ、角部には相当の応力集中が起こっているため、角部に衝撃加重を与えた場合、角部から破断することは珍しくない。
【0033】
本発明の製作方法にて製造された冷間成形ステンレスアングルを長手方向に約30mm程度サンプルとして採取し、2つの辺が平面に接する状態で静置させ上方の角部に100kgf の衝撃加重を加えたが角部にて破断したものは皆無であった。
【0034】
この理由は本発明ではアングルの直交する2つの辺の方向へ主な圧縮力が作用することにより結果的に角部が元の曲率のRを保ちつつ、単に円弧長さが小さくなったに過ぎず、角部にのみ応力が集中する前記の方法とは根本的に異なっているためであると考えられる。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、製造条件を特定することにより、大規模な鉄の溶解施設を必要とせず、冷間または温間で成形可能な、略直角な角を有するアングルの製造方法を提供することができる。
【0036】
従って、熱間成形に比べ生産コストを大幅に低減できると共に、美観に耐える肌が得られることから、特に建材用の外壁などに好適でかつアングル外角部に僅かにR部を有するため、溶接作業などの現場作業上の安全性を高めるなど、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る成形装置の正面図。
【図2】本発明の実施の形態に係る第1段の4方向圧延機ハウジングの設置位置を示す概略図。
【図3】本発明の実施の形態に係る第2段の4方向圧延機ハウジングの設置位置を示す概略図。
【図4】本発明の実施の形態に係る圧縮装置の作用を説明するための第1段の4方向圧延機の一部拡大断面図。
【図5】本発明の実施の形態に係る圧縮装置の作用を説明するための第2段の4方向圧延機の一部拡大断面図。
【図6】本発明の実施の形態に係る圧縮装置の作用を説明するためのステンレス鋼製アングルの断面図。aは第1段の4方向圧延機を通過した後の同アングルの断面図。bは第2段の4方向圧延機を通過した後の同アングルの断面図。
【図7】本発明の実施例に係る成形装置の作用を説明するためのステンレス鋼製アングルの断面図。aは冷間ロールフォーミング装置を通過した後の同アングルの断面図。bは第1段の4方向圧延機を通過した後の同アングルの断面図。cは第2段の4方向圧延機を通過した後の同アングルの断面図。
【図8】aは従来の冷間ロール成形によるアングルの断面図。bは同アングルの溶接に係る欠点を説明するための概略図。
【符号の説明】
1…アンコイラー
2…冷間ロールフォーミング装置
3…油切装置
4…加熱装置
50…第1段の4方向圧延機
60…第2段の4方向圧延機
51、61…上部縦ロール
52、62…下部縦ロール
53、54、63、64…横ロール
7…サイジングロール
8…矯正機
9…切断機
11…ステンレス鋼製アングル
12…アルゴン溶接(溶接ワイヤ)

Claims (5)

  1. ステンレス鋼製鋼帯を冷間フォーミング成形してフォーミング・アングルを作る工程と、
    2段に連設した4方向圧延機を配置し、第1段の4方向圧延機でフォーミング・アングルの一方の辺(A)の端部(a)と他方の辺(B)の外側部(b)との間を圧縮し、第2段の4方向圧延機でフォーミング・アングルの一方の辺(A’)の外側部(a’)と他方の辺(B’)の端部(b’)との間を圧縮してフォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程を備え、
    第1段の4方向圧延機は、フォーミング・アングルの一方の辺(A)の端部(a)と他方の辺(B)の外側部(b)との間を圧縮するときに一方の辺(A)の内側部(a)は上部縦ロール(51)の周側面(L)との間に隙間を有し、第2段の4方向圧延機は、フォーミング・アングルの一方の辺(A’)の外側部(a’)と他方の辺(B’)の端部(b’)との間を圧縮するときに一方の辺(B’)の内側部(b’)は上部縦ロール(61)の周側面(L20)との間に隙間を有していることを特徴とするアングルの製造方法。
  2. フォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程は、フォーミング・アングルの外角部を略直角とする請求項1に記載のアングルの製造方法。
  3. 第1段の4方向圧延機は45度傾けられ、第2段の4方向圧延機は第1段の4方向圧延機とは逆方向に45度傾けられている請求項1に記載のアングルの製造方法。
  4. フォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程は、室温で行う請求項1に記載のアングルの製造方法。
  5. フォーミング・アングルの外角部の円弧長さを小さくする工程は、フォーミング・アングルを20〜200℃に加熱して行う請求項1に記載のアングルの製造方法。
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