JP3889006B2 - 加工片を変形する方法及び圧延機 - Google Patents

Description

本発明は、加工片を変形する方法に関する。

初期の形から所望の中間形（半製品、予備形成）又は最終形（完成製品、完成形成）に加工片を変形するために、多くの別の方法の他に圧延法も周知であり、これらの圧延法は、圧力変形法に属する。圧延の際に、加工片（圧延材料）は、回転する２つのロールの間に配置され、かつ回転するロールによって変形圧力を及ぼすことによってその形を変形される。プロファイル圧延法において、ロールの周に工具プロファイルが配置されており、これらの工具プロファイルは、加工片に相応するプロファイルを発生することを可能にする。扁平圧延の際、ロールの円筒形又は円錐形の外面が、加工片に直接作用する。

一方において工具又はロールのかつ他方において加工片の相対運動に関して、圧延法は、長手圧延、横向き圧延及び斜め圧延に細分化される。長手圧延の際、加工片は、ロールの回転軸線に対して垂直に、並進運動においてかつほとんどの場合回転することなく、ロールの間の中間空間（ロールギャップ）を通って動かされる。横向き圧延の際、加工片は、ロール又はその回転軸線に関して並進運動において動くのではなく、その自身の軸線の回りだけにおいて回転し、この軸線は、通常主慣性軸線、とくに回転対称の加工片の際に対称軸線である。長手圧延の際及び横向き圧延の際の両方の運動様式を組合せた際に、斜め圧延について述べている。その際、ロールは、通常互いにかつ加工片に対して斜めになっており、この加工片は、並進運動によりかつ回転運動により動かされる。

外周に配置されたくさび形のプロファイル工具を有する２つのロールが互いに平行な回転軸線の回りで同方向に回転するプロファイル横向き圧延機は、ときには横向きくさび圧延ともみなされる。その際、工具は、くさび形の又は横断面において三角形の幾何学的構造を有し、かつその半径方向寸法において周に沿って一方の方向に増加することができ、かつ／又はロールの回転軸線に対して斜めに延びていることができる。

この横向きくさび圧延又はプロファイル横向き圧延は、高い精密度及び寸法精度で加工片の多様な変形を可能にする。くさび形の工具から加工片に及ぼされる圧力のため、その際、ロールの循環の間の加工片における材料分布は、加工片における流動過程によって変化する。くさび形の工具は、回転する加工片に循環する溝及びその他の先細形を生じることができる。周方向における軸線方向ずれ及び回転軸線に対して相対的な工具くさびの斜めの配置によって、加工片に例えば回転軸線に対して軸線方向に変化する構造及び先細形を生じることができる。回転軸線の回りの経過において工具くさびの外径の増加又は減少によって、斜め配置と組合せて、加工片に軸線方向に延びた傾斜、及び異なった直径の２つの先細形の間の連続的な移行を生じることができる。工具のくさび形は、くさび外側縁又は外側面による細かい構造の製造を可能にする。横向きくさび圧延は、カム又はフィンのような収縮部又は高所を有する長く延びた回転対称の加工片を製造するために、とくに適している。

変形圧力及び変形温度は、加工片を形成する材料、及び変形後の寸法精度及び表面品質に依存する。とくに鉄又は鋼材料の際、材料の変形のために必要な変形能力又は流動能力を達成するために、通常高められた温度における圧延の際に変形が行なわれる。とくに鍛造の際に生じるこれらの温度は、いわゆる冷間変形の際に室温の範囲に、半熱間変形の際に５５０°Ｃと７５０°Ｃと間に、かついわゆる熱間変形の際に９００°Ｃより上にあることができる。変形又は鍛造温度は、通常、材料内において回復及び再結晶過程が経過しかつ不所望な相変換も避けられる温度範囲にも置かれる。

横向きくさび圧延機（又は：プロファイル横向き圧延機）は周知であり、これらにおいて加工片は、圧延プロセスの初めに、２つの位置決め支持体（いわゆるガイド定規）を含む位置決め装置によって、通常幾何学的中心又はロールギャップの中心に相当する両方のロールの間の初期位置に位置決めされる。この時、位置決め装置の位置決め支持体は引き戻されるので、加工片は、ロールの間において自由に回転し、かつ工具の間において所望の形にこねられる。加工片のこの圧延又はこね過程及び相応する完成の後に、加工片は、回転する圧延工具における切り欠きを介してつかまれかつ投出される。

特許文献１によれば、そのロール面上にくさび工具が交換可能に配置された同じ回転方向に回転する２つの作業ロールを有する回転部材又は平らな加工片を横向き圧延するための横向き圧延機が公知である。くさび工具は、それぞれロール周面から製造すべき加工片に合わされた高さ最終位置まで増大しかつ縁形成によって又は別の様式でひし形にされたくさび形又は三角形に延びた縮小縁、及びロール周面に対して同じ間隔を置いて延びかつ校正効果を有するくさび形のなめらかな形成面を有する。くさび工具は、変形セグメントとして形成されており、かつ所属のロール表面の一部の周にわたってのみ延びている。加工片において、両方の作業ロールの互いに向き合った表面及び工具は、互いに逆方向に又は同方向に動く。

特許文献２は、同じ回転方向に回転するそれぞれ２つのロールの並列に動作する２つのモジュールを有する横向き圧延機を開示しており、これらのロールは、その周面に半径方向に突出した工具くさびを有する半シェル状に形成された工具を有し、その際、加工片の変形は、ロール対の半周だけの回転しか必要としない。４つすべてのロールは、その間に接続されたそれぞれ１つの変速機ユニット及び駆動軸を介して１つだけの駆動モータによって駆動される。

特許文献３によれば、２つの変形ロールによって加工片にプロファイルを圧延する、とくにねじ、縁、歯付きロールプロファイル等の横向き圧延、長手圧延及び斜め圧延を行なう装置が公知であり、これらの変形ロールは、互いに平行な軸線の回りで同じ方向に回転し、かつそれぞれ駆動モータを有する所属の駆動装置によって駆動され、その際、それぞれの駆動装置にブレーキ装置が付属している。

特許文献４は、回転対称の加工片を形成しかつ所定の長さに切断するために、軸線平行に水平に重ねて置かれた２つのプロファイルロールを有する横向き圧延機を開示しており、ここではプロファイルロールは、互いに直径上に対向する周位置において加工片に接触し、かつ下側プロファイルロールは、圧延されかつ所定の長さに切断された加工片をロールギャップから放出するために切り欠きを有する。

ドイツ特許第１４７７０８８号明細書 ヨーロッパ特許出願公開第１２５６３９９号明細書 ドイツ特許出願公開第１９５２６０７１号明細書 ドイツ特許出願公告第２１３１３００号明細書

この時、本発明の課題は、加工片を変形する新しい方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、方法に関して特許請求の範囲第１項の特徴によって解決される。

本発明に係る加工片を変形する方法は、
ａ）工具を装備した少なくとも２つの回転するロールの間に加工片が配置され、
ｂ）前記少なくとも２つの回転するロールの回転速度が等しくなるように制御され、
ｃ）前記回転するロールの回転位置が少なくとも１つの位置検出手段により検出され、
ｄ）前記回転するロールの回転速度が前記位置検出手段により検出された回転位置に対して予め設定された関係となるように制御される加工片を変形する方法であって、
ｅ）前記加工片が、前記ロールの回転に応じた第１のプロセス段階の間に前記回転するロールの間に位置決めされ、
ｆ）前記加工片が、前記ロールの回転に応じた第２のプロセス段階の間に前記回転するロールに装備された前記工具の間に挟まれて圧延変形され、
ｇ）前記加工片が、前記ロールの回転に応じた第３のプロセス段階の間に前記回転するロールの間から取り出され、又は投げ出され、
ｈ）前記第１のプロセス段階における前記ロールの回転速度が少なくとも平均において前記第２のプロセス段階における前記ロールの回転速度より遅く、
ｉ）前記第２のプロセス段階における前記ロールの回転速度が少なくとも平均において前記第３のプロセス段階における前記ロールの回転速度より速い
ことを特徴とする。

好ましくは前記予め設定された関係は、加工される加工片に依存して設定される。

好ましくは前記第１のプロセス段階の間に、加工片が位置決め装置によってロールの間において位置決めされる。

好ましくは加工片が、前記第２のプロセス段階の始めに、前記ロールにおける少なくとも１つ又は複数の工具によってつかまれ、前記第２のプロセス段階の間に、両方の前記ロールの工具の間に挟持されて圧延変形され、前記第３のプロセス段階の始めに、前記ロールの間の中間空間から投出される。さらに、前記第２のプロセス段階において、前記工具によって加工片をつかんだ後に、前記ロールの回転速度が高められる。

好ましくは前記第３のプロセス段階において、加工片を投出す前に、前記ロールの回転速度が低下される。

好ましくは前記第２のプロセス段階の始めと前記第２のプロセス段階の最後とにおいて加工片を挟持して変形する回転速度が、ほぼ等しい。
また、好ましくは前記第２のプロセス段階の間に前記ロールの回転速度が、少なくとも部分的に一定に維持される。

好ましくは前記第２のプロセス段階の間に前記ロールの回転速度が、予め設定された回転位置に対する関係にしたがって変化する。

好ましくは前記第２のプロセス段階が、複数の部分プロセス段階を含み、これらの部分プロセス段階の間に、加工片が、前記ロールに装備された種々の工具によって変形され、その際、１つの前記部分プロセス段階の前または後及び／又は前記部分プロセス段階と次の前記部分プロセス段階との間及び／又は前記部分プロセス段階の間に、回転速度が変化する。

好ましくは少なくとも１つの前記部分んプロセス段階の前又はそれぞれの前記部分プロセス段階の前に、回転速度が低下される。

好ましくは前記位置検出装置が、１つ又は複数の前記ロールの現在の回転位置がを前記ロールの初期位置又は基準位置と回転速度の経過とから検出する。

好ましくは少なくとも１つの回転位置において前記ロールの回転速度が、この回転位置における加工片の過負荷を避けるために、低下される。

好ましくは少なくとも１つの回転位置において前記ロールの回転速度が、この回転位置において前記ロールに及ぼされるトルクが所定の値を取り又はこれを上回らないように、制御される。

好ましくは前記ロールに装備された前記工具の現在の位置が判定され、かつ前記ロールの基準回転位置が、判定された前記工具の現在の位置に応じて調節される。

好ましくは加工片が、冷間変形される。加工片が、熱間変形されるても良い。さらに好ましくは、加工片が、高熱変形されても良い。

好ましくは加工片が、鉄を含んだ材料からなる。

好ましくは加工片が、鉄を含まない金属材料からなる。

好ましくは複数の前記ロールが、共通の駆動装置によって駆動される。

好ましくは複数の前記ロールが、それぞれ１つの所属の駆動装置によって互いに独立して駆動される。

１つ又は複数のロールの現在の回転位置は、１つ又は複数のロールの初期位置又は基準位置と回転速度の経過とから検出することができる。しかし望ましくは１つ又は複数のロールの回転位置は、少なくとも１つの位置検出装置によって判定される。位置検出装置は、望ましくは少なくとも１つの角度位置増分信号発生器又は絶対値信号発生器及び／又は光学、磁気、誘導又は超音波角度位置信号発生器を含む。

とくに有利な構成において圧延機は、プロファイル横向き圧延機又は横向きくさび圧延機である。回転速度制御可能なかつ逆転可能な駆動装置に基づいて、圧延機又は横向きくさび圧延機は、延伸圧延機又は短い延伸ロールとして使用することもできる。

永久磁石モータは、望ましくは最大３°、２．２°、１°又は０．５°の回転角度以内に、ロールを動作させる公称回転速度に加速する。さらに永久磁石モータは、望ましくはほぼ５，０００Ｎｍ及びほぼ８０，０００Ｎｍの間の、とくにほぼ３５，０００Ｎｍ及びほぼ６０，０００Ｎｍの間の公称トルクを有し、かつ／又はほぼ２０ｒ／ｍｉｎ及び８００ｒ／ｍｉｎの間の、とくにほぼ３０ｒ／ｍｉｎ又は５００ｒ／ｍｉｎの公称回転速度を有する。

圧延機の変形において、駆動装置は、永久磁石モータのトルク又は回転運動を少なくとも２つのロールに伝達するために、少なくとも１つの永久磁石モータの他に、少なくとも１つの変速機を含む。変速機は、とくに永久磁石モータの出力軸に連結された少なくとも１つの中央駆動歯車、及び駆動歯車に噛み合った又は噛み合い可能でありかつそれぞれ１つのロールに連結された２つのロール歯車を含む。駆動モータからそれぞれのロールへの変速機の変速比が、この時、一般に等しく、かつ望ましくは１：１と１：１．５との間の範囲内において選択される。したがってこのような駆動装置は、変速機を介してとくに機械的に同期化されている。

ロール駆動装置として、永久磁石モータを有する駆動装置の他に、液圧駆動装置、及び／又は別のモータ、とくに同期又は非同期モータ及び／又は誘導モータを有する電気駆動装置も問題になる。それに反してロールに対して独立した駆動装置の際、ロールは、とくに変換器を介して、電気的に同期化され又は制御され、これらの変換器は、例えば４００Ｖ及び５０Ｈｚの給電網電圧を適当な振幅及び周波数の交流電圧又は交流電流に変換する。横向きくさび圧延において、工具／ロールの対称的な構成及び／又は対称的な変形過程のため、両方のモータへの力負荷が比較的わずかであり、したがって駆動装置の同期化が助長されていることは、ここにおいてとくに有利である。

次に本発明を実施例によってさらに説明する。その際、図面を引用する。図１ないし１１において互いに対応する部分及び量は、同じ参照符号を備えている。

横向きくさびロール又は横向きくさび圧延機として形成された圧延機１の図１ないし３に示された構成は、回転軸線Ａの回りで回転可能な又は回転する第１の作業ロール２、及び回転軸線Ｂの回りで回転可能な又は回転する第２の作業ロール３を含む。両方の作業ロール２及び３の回転方向は、図示したプロファイルによって図解されており、かつ同じである。回転軸線Ａ及びＢは、互いに平行に配置されており、図１ないし３の例において重力の方向に見て互いに上下に配置されているので、作業ロール２及び３も、互いに上下に配置されている。作業ロールは、大体において円筒形の外面を有する。両方の作業ロール２及び３の円筒形外面の間の間隔は、Ｗによって示されている。

作業ロール２及び３の外面又は周面に、それぞれ横断面についてくさび形の工具２０及び２１又は３０及び３１が取付けられており、とくに支持されている。図示した構成において、第１の作業ロール２の工具２０及び２１、及び第２の作業ロール３の工具３０及び３１は、それぞれ斜めに、かつそれぞれの回転軸線Ａ及びＢに対して角度をなして配置されており、その際、作業ロール２の工具２０及び２１は、両方のロールの間において回転軸線に対して平行に延びかつ幾何学的中心を定義する中心軸線Ｍに関して、軸線方向に大体において同じ位置に配置されている。工具２０及び２１及び３０及び３１は、周方向に見てその横断面について増大し、その際、横断面の増大は、工具２０及び２１において同じ回転方向又は配向にあり、かつ第２の作業ロール３の工具３０及び３１において第１の作業ロール２の工具２０及び２１に対するものに対して反対又は逆方向になっている。

それぞれの作業ロール２及び３は、２つの部分からなる保持装置内に取外し可能に保持されており、かつ工具２０及び２１又は３０及び３１又は工具２０及び２１又は３０及び３１とともに作業ロール２及び３全体を交換するために、保持装置からそのロック解除された状態において取出すことができる。作業ロール２のための保持装置は１２によって示されており、かつ作業ロール３のための保持装置は１３によって示されている。図１及び２において左に配置された保持装置１２の第１の部分１２Ａは、作業ロール２から外方に回転軸線Ａに対して軸線方向に延びた円錐台形の突起２４（軸基部）を収容するために、円錐形の収容部１４を含む。相応して第２の部分１２Ｂは、作業ロール２から離れる方に円錐形に先細になりかつ回転軸Ａに対して軸線方向に延びた相応する作業ロール２の突起２５を収容するために、収容部１５を含む。その結果生じるくさび及びクランプ作用を受けて、作業ロール２は、保持装置１２の収容部１４及び１５内に固定的に支持されており、その際、作業ロール２を保持するために、回転軸線Ａの方向において作業ロール２に向かう収容部１５への軸線方向力は、ばね１６又は軸線方向力を及ぼすその他の要素によって発生される。収容部１４及び１５は、回転軸線Ａに対して回転対称に形成されており、かつ詳細に示さない回転軸受内に支持されている。

収容部１４は、中空軸として回転軸線Ａに対して軸線方向に継続しており、かつ作業ロール２から離れた方のその端部範囲に、歯車１８を有し、この歯車は、第２の作業ロール３に付属の相応する歯車１９と同様に、制御歯車（ピニオン、駆動歯車）５に噛み合っている。その際、保持装置１２を介して第１の作業ロール２を駆動するために使われる歯車１８は、上から制御歯車５に噛み合っており、かつ保持装置１３を介して第２の作業ロール３に連結された歯車１９は、下から制御歯車５に噛み合っている。

この時、制御歯車５は、出力軸４５を介して駆動モータ４に連結されている。その際、制御歯車５、出力軸４５、及び−図示しない−駆動モータ４のロータは、共通の回転軸線Ｒの回りで回転可能であり、又は回転している。したがって歯車（ロール歯車）１８及び１９のために、したがって歯車１８及び１９と同期して回転する作業ロール２及び３のために駆動モータ４、出力軸４５及び制御歯車５から構成された駆動装置は、直接駆動装置である。

駆動モータ４によって提供される機械的な動力は、トルクと角速度又は角周波数ωとからなる積に相当し、その際、角周波数ωは、２πと回転数ｎとからなる積に等しい。駆動モータ４は、望ましくはトルクモータであり、かつ作業ロール２及び３のために必要な駆動動力を発生するために、駆動モータ４の比較的低い回転数ｎの際にも大きなトルクを有する。

したがって制御歯車５から歯車１８及び１９への伝達比は、ほぼ１の範囲に、とくにほぼ１：１とほぼ１：２との間の範囲において選択することができる。２の伝達比の際、駆動ロール２及び３は、制御歯車５及び駆動モータ４の倍の速さで回転し、１：１の伝達比の際、ちょうど同じ速さで回転する。作業ロール２及び３の典型的な回転速度は、ほぼ毎分１０回転（ｒ／ｍｉｎ）とほぼ４０ｒ／ｍｉｎとの間にあり、典型的には１５ｒ／ｍｉｎにある。

この時、このように低回転の又は低い回転速度で回転する駆動モータ４によって、作業ロール２及び３の回転速度のきわめてダイナミックな整合又は制御又は調整を実現することができる。

駆動モータ４の有利な構成は永久磁石モータであり、ここにおいて通常ロータに永久磁石（持続磁石）が配置されており、これらの永久磁石は、電磁石又は巻き線によって発生されるステータの誘導磁界内において回転する磁束を発生し、その際、永久磁石の磁束と誘導磁界との相互作用により、誘導基本方式又は電磁基本方式に基づくロータの回転が生じる。一般にトルクモータは同期モータであり、すなわちロータは、回転する磁束に同期して回転する。ステータの誘導巻き線は、通常三相電流の相に接続されており、かつ互いに１２０°だけずらして配置されている。望ましくはできるだけ大きなエネルギー積を有する永久磁石が使用され、例えば希土類−コバルト−磁石が使用される。そのために通常ステータは、三相巻き線パッケージを有する鉄心を有するが、一方ロータは、永久磁石を有する円筒形の鉄心を有する。このようなトルクモータは、８０，０００Ｎｍまでのトルクを有することができる。大きなトルクは、きわめて急速な回転加速も引起こす。とくに永久磁石モータ又はトルクモータは、わずか１°の、望ましくはそれどころか０．５°の回転角以内にロールを公称回転数に、例えば３０ｒ／ｍｉｎに加速することができる。トルクモータのこの高度な動力学又は回転加速度は、回転速度のきわめて動的な制御を可能にする。

互いにかつ同期して回転する作業ロール２及び３の回転数ｎの制御又は調整は、本発明によればこの時、特別な制御方法又は調整方法によって圧延プロセスに整合される。そのために作業ロール２及び３の回転数ｎ又は角速度ωは、作業ロール２及び３のその都度の回転位置又は角度位置φに整合され、かつこの回転位置φに依存して制御される。したがってその都度のプロセス、それぞれの圧延機に依存して、及びとりわけ加工すべき加工片に依存して、回転数ｎ又は角速度ω＝ｄφ／ｄｔを制御することによって、作業ロール２及び３による変形は最適化することができる。

この時、図４ないし７は、加工片１０におけるこのような回転位置に依存した回転数制御又は調整を含む圧延プロセスの可能な経過を示している。加工片１０のための位置決めは、６０によって示されており、かつ互いに相対的に可動の２つの位置決め部分（ガイド定規）６１及び６２を含んでいる。

図４は、加工片を持込む前の作業ロール２及び３の位置を示している。それぞれの回転軸線Ａ及びＢの回りにおける両方のロール２及び３の同方向の回転方向は、相応する矢印によって示されている。作業ロール２の外面の回り及び回転軸線Ａの回りにセグメント状に延びた工具２０において、切り欠き２３が設けられている。第２の作業ロール３において、同様にセグメント状の工具３０に別に切り欠き３３が設けられている。

加工片１０は、この時、それ以上示されていない位置決め装置の２つのガイド定規によって作業ロール２と３との間の位置に持出され、この位置においてこの加工片は、第１の作業ロール２の工具２０における切り欠き２３によってつかまれる。図５は、初期位置に持込まれた加工片１０によるこのプロセス段階を示している。加工片１０において、作業ロール２及び３の互いに向き合った表面は、互いに反対方向に又は逆に動く。

この時、作業ロール２及び３相互のそれ以上の回転の際、加工片１０は、工具２０と３０との間に運ばれ、かつ互いに加工片１０の当初の直径より小さな間隔ｗを有する工具２０及び３０の圧力を受けて、一層小さな直径にされる。横断面において示した位置において変形の後に生じた縮小された加工片１０の直径（通過）は、かなりの程度まで作業ロール２及び３の工具２０と３０との間の最小間隔ｗに相当する。本来の圧延プロセスの間におけるその間にあるこねられた加工片１０を含む作業ロール２及び３の位置は、図６に示されている。

最後に図７に、作業ロール２及び３の位置が図解されており、この位置において加工片１０は、第２の作業ロール３の工具３０の切り欠き３３内に落込んでおり、かつ作業ロール３のそれ以上の回転の際に、作業ロール２と３との間の中間空間から投出される。

したがって圧延プロセスにおいて基本的に３つのプロセス段階を区別することができ、すなわち圧延プロセスを準備しかつ加工片を初期位置に位置決めする第１のプロセス段階、したがって図４及び５に示したプロセス段階、さらにその間に本来の圧延プロセスが行なわれかつ加工片が両方の作業ロールの工具の間において変形される図６に相当する第２のプロセス段階、及び最後にその間に加工片が再び工具から取出される図７に相当する第３のプロセス段階を区別することができる。

今度は図８は線図を示しており、この線図において作業ロール２及び３の回転数ｎは、作業ロール２の回転位置又は回転角φに関して、計量単位、ヘルツ（Ｈｚ）＝１／ｓにおいて又は１秒あたりの回転（又は１分あたりの回転でも）において示した回転速度に対する直接の尺度として記録されている。９つの連続した角度位置φ１ないしφ９が、φ軸上に記入されており、かつ角度位置φ１とφ９との間において回転数ｎは、回転角φの関数ｎ（φ）として記録されている。それにより生じる曲線は、Ｋによって示されている。曲線Ｋは、再び７つの部分曲線Ｋ１ないしＫ７に分割されており、その際、第１の部分曲線Ｋ１は角度位置φ１とφ２の間に、第２の部分曲線Ｋ２は角度位置φ２とφ３の間に、第３の部分曲線Ｋ３は角度位置φ３とφ４の間に、第４の部分曲線Ｋ４は角度位置φ４とφ５の間に、第５の部分曲線Ｋ５は角度位置φ５とφ６の間に、第６の部分曲線Ｋ６は角度位置φ６とφ７の間に、第７の部分曲線Ｋ７は角度位置φ７とφ８の間に延びている。第１の部分曲線Ｋ１及び第２の部分曲線Ｋ２は、加工片１０を準備しかつ位置決めするために、角度位置φ１とφ３の間にある第１のプロセス段階における作業ロール２及び３の回転数ｎの可能な時間的な経過を示している。角度位置φ１とφ２の間において部分曲線Ｋ１による右に急な上昇において、回転数は、０から第１の回転数ｎ１＞０に上昇し、かつそれから角度位置φ２とφ３の間において、部分曲線Ｋ２に相応して大体において一定に維持される。部分曲線Ｋ２に相応してφ２とφ３の間の期間において、加工片１０は、作業ロール２と３との間に位置決めされ、かつ最後にほぼ角度位置φ３において、第１の作業ロール２の工具２０の切り欠き２３によってつかまれる。

この時、角度位置φ３は、加工片１０が切り欠き２３内に固定されておりかつ圧延プロセスを始めることができる第１の回転ロール２の角度位置である。その際、第２の作業ロール３の角度位置又は回転位置が、作業ロール２の角度位置と直接相関を有し、かつ第１の作業ロールの角度位置と同期しているが逆方向に変化し、その際、作業ロール２及び３の回転が互いに同方向に行なわれることに注意されたい。それ故に第１の作業ロール２の回転位置を考察すれば十分である。もちろんまったく同様に第２の作業ロール３の角度位置は、回転数ｎが依存するようになる変数又はパラメータとみなすことができる。いずれにせよ両方の作業ロールのうち一方２又は３において、図４ないし７において下方に選定されかつ記入された基準又はゼロ位置φ０に対して相対的に回転角φを決めるために、位置検出装置を設ければ十分である。

この時、角度位置φ３に達し、かつ切り欠き２３内に加工片１０を係止した際に、回転数ｎは、角度位置φ３とそれに続く角度位置φ４との間において、相応して大きな回転加速度又は特性曲線Ｋの勾配を有する曲線区間Ｋ３において急速に上昇する。それから角度位置φ４において、一層高い回転数ｎ２に達し、この回転数において回転数ｎは、部分曲線Ｋ４の間に新しい角度位置φ６にまで維持される。角度位置φ４とφ６の間のこの部分曲線Ｋ４は、本来の圧延プロセスをマークする。図６は、作業ロール２の角度位置φ５におけるこの圧延区間のスナップを示している。

第２の作業ロール３の工具３０の切り欠き３３が加工片１０に達する直前に、第１の作業ロール２の所属の角度位置φ７の前にある第１の作業ロール２の角度φ６に対して、回転数ｎは、再び部分曲線Ｋ５の間に低下し、望ましくは再び高い制動加速度によって低下し、かつそれから角度位置φ７とφ８の間の部分曲線Ｋ６における平らな勾配に相応して低い制動加速度によって再び低下する。したがって加工片の投出しは、加工片をていねいに投出すために、一層低い回転数ｎ及び一層低い回転加速度において行なわれる。加工片の投出しは、第１の作業ロール２の角度位置φ８において部分曲線Ｋ６の最後において終了し、かつこの時、回転数ｎは、回転角φ８とφ９の間のこの加工片１０の加工プロセスの終了の際、部分曲線Ｋ７に相応して再び回転数ｎ＝０に戻される。それにより作業サイクル又は変形プロセスは終了している。

明らかに別の角度位置に依存する回転数ｎのプロファイルも運転することができる。プロセスの部分段階の間に、両方の作業ロール２及び３を互いに異なった回転数又はそれどころか異なった回転方向で回転させることも可能である。さらに作業ロール上における工具の数及び配置に依存して、プロファイルｎ（φ）を制御することができる。

図９は、変形プロセスの間に複雑なプロファイルを運転する依存性ｎ（φ）を示している。まず角度位置φ０及び回転数ｎ＝２ｎから出発して、角度位置φ１における回転数ｎ１に制動される。この回転数ｎ１は、角度位置φ２まで維持され、かつそれから再び角度位置φ３における回転数ｎ２に加速され、かつこの回転数ｎ２は、角度位置φ４まで維持される。回転数ｎのこの低下は、加工片１０を通す際又はつかむ際に有利である。この時、第１の工具による第１の変形段階のために、角度位置φ４とφ５との間に回転数ｎ２からそれより高い回転数ｎ８に加速され、かつこの回転数ｎ８は、角度位置φ６まで維持される。それから再び角度位置φ６とφ７との間に回転数ｎ８から回転数ｎ５に制動される。回転数ｎ５は、角度位置φ７とφ８との間に維持され、かつそれからφ８とφ９との間に再び回転数ｎ７に加速され、この回転数は、再びφ９とφ１０との間の平坦部分段階の間に維持される。回転数ｎ７を有するφ９とφ１０との間のこの平坦部分段階は、別の工具による別の変形段階に相当する。最後に角度位置φ１０とφ１１との間に回転数ｎ７からｎ４に制動され、回転数ｎ４は、角度位置φ１２まで維持され、かつそれから再びφ１２とφ１３との間の間隔において回転数ｎ６に加速される。回転数ｎ６は、角度位置φ１４まで一定に維持される。それからもう一度角度位置φ１４とφ１６との間において最大回転数ｎ９に加速され、かつ回転数ｎ９は、φ１６とφ１７との間の最後の変形段階の間に維持される。最後にφ１７とφ１８との間の変形プロセスの最後に、当初の回転数ｎ２に制動される。０＜ｎ１＜ｎ２＜ｎ３＜ｎ４＜ｎ５＜ｎ６＜ｎ７＜ｎ８＜ｎ９が成立つ。

図８及び９によるプロファイルが示すように、本発明による角度に依存する回転数制御は、異なったプロセス、工具及び加工片に対する多数の整合したロール回転運動を可能にする。

さらに図１及び３は、ウオーム歯車９を示しており、このウオーム歯車は、作業ロール２のための歯車１８に連結されており、かつ作業ロール３に対して相対的に、作業ロール２の相対的な角度位置の移動又は調節を可能にする。それにより種々の工具に整合して又は修正するためにも、作業ロール２及び３の角度位置を互いに相対的に調節することができる。

さらにロール歯車１８及び１９と中央制御歯車５との間の歯遊び又は歯噛み合いを調節し又は修正するために、図示しない調節駆動装置を設けることができ、この調節駆動装置は、両方のロール歯車１８及び１９に対して相対的に、永久磁石モータ４及び出力軸４５と制御歯車５を含む変速機を有する回転駆動装置を動かすことができる。それにより非対称の噛み合い又は歯側面遊びを修正することができる。そのロール歯車１８及び１９を有するロール２及び３の移動のために切離した駆動装置を設けることも、さらに可能なので、中央制御歯車５に対するロール歯車１８及び１９の歯噛み合いは、それぞれ互いに独立に調節することができる。

両方の作業ロール２及び３の保持装置１２及び１３は、支持体装置６によって支持されており、かつこの支持体装置において支持され又は係止されている。支持体装置６は、柱状の４つの支持体要素６Ａないし６Ｄを含み、これらの支持体要素は、四角形の配置にして配置されており、かつ底部５０上に支持された共通の底部板６Ｅ上に取付けられ又は固定されている。それぞれの支持体要素６Ａないし６Ｄ内において、それぞれの支持体要素の長手方向に鉛直に所属の引っ張り棒７Ａないし７Ｄが配置されており、この引っ張り棒は、下側において支持体板６Ｅに取付けられており、かつ上側において所属のロックナットによって、望ましくは液圧操作されるロックナット（図３における９Ｂ、９Ｃ）によって初応力を与えられている。その際、液圧ナットが緩められた状態にあるとき、液圧ナットの下に土台リングセグメントが置かれ、かつそれから液圧を加えることによってナットは、土台リングセグメント上にプレスされる。それにより圧延機のスタンドを形成する支持体装置は、所定の引っ張り応力を受けることができる。このことは、ロールスタンドの補強に通じる。

図１０及び１１は、横向きくさび圧延機１の別の構成を示しており、ここでは図１ないし３による構成とは相違して、第１の作業ロール２のための第１の駆動装置４２、及び駆動装置４２から独立した第２の作業ロール３のための第２の駆動装置４３を示している。それぞれの駆動装置４２および４３は、所属の永久磁石モータ４４及び４５、及び−詳細には図示しない−変速機、例えば所属の作業ロール２又は３にモータのトルクを伝達する３段の歯車変速機を含む。それぞれの変速機の減速比は、１：３５であることができる。図１０及び１１による図示した実施例において、第１の駆動装置４２の永久磁石モータ４４の出力軸の回転軸線Ｃ、及び第２の駆動装置４３の永久磁石モータ４５の出力軸の回転軸線Ｄは、それぞれの作業ロール２及び３の回転軸線Ａ及びＢに対して直交するように向けられており、かつモータは、相応してロールスタンドの側方に配置されている。

それぞれの永久磁石モータ４４及び４５は、電気的にとくに変換器を介して制御される。それにより作業ロール２及び３は、電気的に同期して又は非同期でも駆動することができる。

２つのロール及び１つの共通の駆動装置を有する圧延機を一部断面で示す正面図である。 図１による圧延機を一部断面で示す上から見た平面図である。 図１及び図２による圧延機の側面図である。 加工片を持込む前の圧延機の両方の作業ロールを示す横断面図である。 加工片を持込む際の圧延機の両方の作業ロールを示す図である。 加工された加工片を有する作業ロールを示す横断面図である。 加工片を投出した際の両方の作業ロールを示す図である。 回転角に対する作業ロールの角速度の可能な依存性を示す線図である。 回転角に対する作業ロールの角速度の別の可能な依存性を示す線図である。 ２つのロール及びロールのための独立した駆動装置を有する圧延機の構成を一部断面で示す正面図である。 図１０による圧延機を示す側面図である。

符号の説明

１ 圧延機
２ 作業ロール
３ 作業ロール
４ 駆動モータ
５ 制御歯車
６ 支持体装置
６Ａ 支持体要素
６Ｂ 支持体要素
６Ｃ 支持体要素
６Ｄ 支持体要素
６Ｅ 底部板
７Ａ 引っ張り棒
７Ｂ 引っ張り棒
７Ｃ 引っ張り棒
７Ｄ 引っ張り棒
９ ウオーム歯車
９Ｂ ロックナット
９Ｃ ロックナット
１０ 加工片
１２ 保持装置
１２Ａ 部分
１２Ｂ 部分
１３ 保持装置
１３Ａ 部分
１３Ｂ 部分
１４ 収容部
１５ 収容部
１６ ばね
１８ 歯車
１９ 歯車
２０ 工具
２１ 工具
２３ 切り欠き
２４ 突起
２５ 突起
３０ 工具
３１ 工具
３３ 切り欠き
４２ 回転駆動装置
４３ 回転駆動装置
４５ 出力軸
４６ 回転駆動変速機
４７ 回転駆動変速機
５０ 底部
６０ 位置決め装置
６１ 位置決め部分
６２ 位置決め部分
Ａ 回転軸線
Ｂ 回転軸線
Ｃ 駆動軸線
Ｄ 駆動軸線
Ｍ 中心軸線
Ｒ 回転軸線
ｗ 工具間隔
Ｗ ロール間隔

Claims (22)

1. 加工片を変形する方法が、
   ａ）工具を装備した少なくとも２つの回転するロールの間に加工片が配置され、
   ｂ）前記少なくとも２つの回転するロールの回転速度が等しくなるように制御され、
   ｃ）前記回転するロールの回転位置が少なくとも１つの位置検出手段により検出され、
   ｄ）前記回転するロールの回転速度が、加工片を加工変形させるプロセス段階の間において、前記位置検出手段により検出された回転位置に対して予め設定された関係となるように制御される構成を有し、
   ｅ）前記加工片が、前記ロールの回転に応じた第１のプロセス段階の間に前記回転するロールの間に位置決めされ、
   ｆ）前記加工片が、前記ロールの回転に応じた第２のプロセス段階の間に前記回転するロールに装備された前記工具の間に挟まれて圧延変形され、
   ｇ）前記加工片が、前記ロールの回転に応じた第３のプロセス段階の間に前記回転するロールの間から取り出され、又は投げ出され、
   ｈ）前記第１のプロセス段階における前記ロールの回転速度が少なくとも平均において前記第２のプロセス段階における前記ロールの回転速度より遅く、
   ｉ）前記第２のプロセス段階における前記ロールの回転速度が少なくとも平均において前記第３のプロセス段階における前記ロールの回転速度より速い
   ことを特徴とする加工片を変形する方法。
2. 前記予め設定された関係が、加工される加工片に依存して設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のプロセス段階の間に、加工片が、位置決め装置によって前記ロールの間において位置決めされることを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の方法。
4. 加工片が、前記第２のプロセス段階の始めに、前記ロールにおける少なくとも１つ又は複数の工具によってつかまれ、前記第２のプロセス段階の間に、両方の前記ロールの工具の間に挟持されて変形され、前記第３のプロセス段階の始めに、前記ロールの間の中間空間から投出されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第２のプロセス段階において、前記工具によって加工片をつかんだ後に、前記ロールの回転速度が高められることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記第３のプロセス段階において、加工片を投出す前に、前記ロールの回転速度が低下されることを特徴とする、請求項４もしくは５に記載の方法。
7. 前記第２のプロセス段階の始めと前記第２のプロセス段階の最後とにおいて加工片を挟持して変形する回転速度が、ほぼ等しいことを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第２のプロセス段階の間に前記ロールの回転速度が、少なくとも部分的に一定に維持されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第２のプロセス段階の間に前記ロールの回転速度が、予め設定された回転位置に対する関係にしたがって変化することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記第２のプロセス段階が、複数の部分プロセス段階を含み、これらの部分プロセス段階の間に、加工片が、前記ロールに装備された種々の工具によって変形され、その際、１つの前記部分プロセス段階の前または後及び／又は前記部分プロセス段階と次の前記部分プロセス段階との間及び／又は前記部分プロセス段階の間に、回転速度が変化することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 少なくとも１つの前記部分プロセス段階の前又はそれぞれの前記部分プロセス段階の前に、回転速度が低下されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記位置検出装置が、１つ又は複数の前記ロールの現在の回転位置を前記ロールの初期位置又は基準位置と回転速度の経過とから検出することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 少なくとも１つの回転位置において前記ロールの回転速度が、この回転位置における加工片の過負荷を避けるために、低下されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 少なくとも１つの回転位置において前記ロールの回転速度が、この回転位置において前記ロールに及ぼされるトルクが所定の値を取り又はこれを上回らないように、制御されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
15. 前記ロールに装備された前記工具の現在の位置が判定され、かつ前記ロールの基準回転位置が、判定された前記工具の現在の位置に応じて調節されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 加工片が、冷間変形されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
17. 加工片が、熱間変形されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
18. 加工片が、高熱変形されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
19. 加工片が、鉄を含んだ材料からなることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
20. 加工片が、鉄を含まない金属材料からなることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
21. 複数の前記ロールが、共通の駆動装置によって駆動されることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれかに記載の方法。
22. 複数の前記ロールが、それぞれ１つの所属の駆動装置によって互いに独立して駆動されることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれかに記載の方法。
    

Images