JP4454441B2

JP4454441B2 - 異形断面帯材の断面矯正方法

Info

Publication number: JP4454441B2
Application number: JP2004252577A
Authority: JP
Inventors: 正仁榊; 健治原
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP2006068755A

Description

本発明は、板幅方向に少なくとも一箇所以上厚みの異なる部分を有する異形断面帯材の断面寸法精度を向上させるための矯正方法に関する。

板幅方向に一個又は複数個の同一断面形状を有する中央側厚肉部分及び両端に位置する端部厚肉部分と薄肉部分とがそれぞれ段差部を介して連続せしめられた異形断面帯材は、通常両端に位置する端部厚肉部分及びそれに続く薄肉部分等を除去された状態で例えばベアリングリテ−ナやリードフレーム等に広く利用されている。そして、この種の異形断面帯材は、従来から切削法で製造されている。
切削法では、金属帯を長手方向に通板させながら、バイト，フライス等で板幅方向の薄肉部分を連続的に切削し、厚肉部分の間を仕切る薄肉部分を形成している。しかし、資源の有効利用，良好な作業環境の維持に支障となる切削屑が発生し、作業効率も悪い。また、切削された端部にバリや反り等が発生し、製品品質を低下させる原因ともなっている。

そこで、切削法に代わるものとして、表面に所望形状の溝部や凸条部を設けた溝付きロールや凸条付きロールを用い、ロール成形する方法が各種提案されている。
従来のロール成形法で異形断面帯材を製造するとき、厚肉部と薄肉部との間に、それぞれの傾斜角度が大きく異なる段差部が形成され易い。各厚肉部は、溝付きロールや凸条付きロールの凹部深さに一致せず、それぞれに板厚が異なったものとなっていた。
本出願人も、上記のような問題を解消すべく、各厚肉部におけるメタルフローが均一化されるようにプロフィールを設計した凸条付きロールを使用することにより、各厚肉部に肉不足を生じることなく、且つ段差部の傾斜角度が一定した形状精度の良好な異形断面帯材を得る方法を、特許文献１，２等で提案してきた。

そして、所定形状の溝や凸部が形成されたプロフィールのロールを用いて金属帯材をロール成形することにより、ロールプロフィールに対応する断面形状に成形した異形断面帯材を得た後、所定幅条にスリットされ、ベアリングリテ−ナやリードフレーム等の各種用途に供されている。
このスリット方法に関しても、本出願人は、特許文献３，４，５で、安定したスリット精度で異形断面帯材をスリットする方法を提案している。
特開平６−３２８１５３号公報特開平８−１５５５７６号公報特許第３５０９０３３号公報特許第３５０９０３４号公報特開２００１−２２５２１９号公報

しかしながら、特許文献１，２等で提案されたような、各厚肉部におけるメタルフローが均一化になるように十分に検討して設計されたプロフィールを付したロールを用いても、その後の焼鈍処理時に熱歪みが出現したりして断面形状精度が落ちることがある。このため、特許文献３，４，５で提案された方法で、注意深くスリットしても低下した断面形状精度はそのまま次工程に引き継がれる。
低い形状精度は、得られた異形断面条をスライスして製品として使用するときに信頼性を低下させる原因となる。たとえば、異形断面帯材を製品幅にスリットして単一又は複数の異形断面条を切り出すとき、薄肉部の両側にある段差部の傾斜角度及び厚肉部の板厚が同じ状態にないことから、薄肉部及びその両側の段差部で区画されている溝部の寸法精度の低下がそのまま製品価値の低下につながる。具体的には、この異形断面条からスライスして作製されたベアリングリテ−ナでは、溝部の寸法精度が異なることからベアリングの円滑な転動が阻害され、ベアリング自体の性能を低下させることになる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、所定形状の溝や凸条が付されたロールを用いてロール成形された板幅方向に少なくとも一箇所以上厚みの異なる部分を有する異形断面帯材を熱処理した後に、当該異形断面帯材の断面寸法精度を向上させるための矯正方法を提供することを目的とする。

本発明の異形断面帯材の断面矯正方法は、その目的を達成するため、板幅方向に沿って厚肉部、薄肉部、厚肉部の順で、かつ最外両側の薄肉部に挟まれた厚肉部が少なくとも二箇所以上形成された断面形状を備え、かつ該断面形状が条材の長手方向に一様に連続してロール成形された異形断面帯材の焼鈍処理後の断面形状を矯正する方法であって、当該異形断面帯材をロール成形する際に使用した上ロールと同じ型で最外両側の凸条部のみ中央の凸条部の高さより高くした上ロールとフラットな下ロール間に通板することを特徴とする。

本発明により、ロール成形時のメタルフローの不均一化に起因したり、その後の焼鈍処理時の熱歪みに起因したりする断面形状精度の低下が生じていても、異形断面帯材を所望断面形状に寸法精度良く矯正することができる。
このため、後続する加工工程において何ら支障なく所定形状に加工され、ベアリングリテ−ナやリードフレーム等として寸法精度の優れたものを低コストで提供できる。
さらに、本発明によれば、焼鈍処理時に生じた異形断面帯材表面の肌あれも修正することが可能で、均一な表面性状の異形断面帯材が得られ、且つ幅方向の反りを抑制できる異形断面帯材の製造が可能となる。

異形断面帯材は、例えば図１に示すように、ロール軸方向に複数の溝状部を介して複数の凸条部が形成された凸条付きロールとフラットロールとの間に通板させることにより製造される。この際、凸条付きロールの製品厚肉部を形成する溝状部や当該溝状部の両側にある凸条部の幅や深さ或いは断面積等は、所望製品の断面形状に応じて適宜プロフィールに設計されている。そして、前記凸条付きロールの製品厚肉部を形成する溝状部のロール軸方向最外側には捨て溝用凸条部が設けられており、異形断面帯材に圧延加工する際の安定性を高めている。このような断面プロフィールの凸条付きロールを使用し、両側にある前記捨て溝用凸条部間の距離以上の板幅を有する金属帯材を前記凸条付きロールとフラットロールとの間に通板させている。

ところで、圧延加工により肉厚差の大きい厚肉部と薄肉部が繰り返されたような異形断面帯材を製造しようとするとき、メタルフローが均一になるようなロール形状に設計されていても、設計通りのメタルフローが起きなかったり、或いはその後の熱処理時に熱歪みが出現したりして、異形断面帯材の断面寸法精度が落ちることがある。
例えばベアリングリテ−ナ或いはリードフレーム等に代表されるように、異形断面帯材は二次加工により最終製品とされている。ベアリングリテ−ナは、断面異形帯材に打抜き及びコイニングを施し、コロを保持することでベアリングとしての機能をはたしている。断面異形帯材は打抜き加工に供されるために金型寿命及び加工性の観点から素材硬度に制約を受け、焼鈍を施して硬度調整した後に打抜き加工を行っている。この焼鈍工程の付加により熱歪みが出現して断面寸法精度が低下する場合が多い。

異形断面帯材の断面形状が所望の形状と比べて変形したままでは、打抜き及びコイニング後の加工精度が大きく低下してしまう。したがって、異形断面帯材の断面矯正が必要となる。
そのため、熱処理後に再度凸条付きロールとフラットロールとの間に異形断面帯材を通板し、断面寸法精度を確保している。

一方で、異形断面帯材の製造プロセスにおいて、製造コスト低減の観点から材料歩留まりを上げるべく、捨て溝の幅を可能な限り狭くし投入素材幅を狭くするように設計された断面プロフィールを有する圧延ロールが用いられている。このため、製品部分の凸条部の幅と捨て溝外側の凸条部の幅が異なることになり、製品部分凸条部と捨て溝外側の凸条部に作用する摩擦力に差が生じ、異形断面圧延加工時のそれぞれのロール突起部弾性変形量が異なって板幅方向で溝深さに差が生じることになる。また、大圧下を必要とする異形断面圧延加工では、圧延荷重の上昇に伴ってロール軸心方向のたわみ量が大きくなり、この現象が顕著となる。一般的に外側に幅の狭い凸条部を有する捨て溝部の深さの方が最終製品部分の溝部よりも深くなっている。

前記矯正のためにロール間通板する際に、異形断面を圧延加工したときに用いたものと同じ凸条付きロールとフラットロールを用いると、前述したように異形断面帯材の溝深さに差が生じているために捨て溝部は加工されない状態となる。その結果、捨て溝部には圧延圧力は加わらず、異形断面帯材の幅方向の拘束力が大幅に低下して蛇行しやすくなり、安定した断面矯正が行えない。
そこで、本発明の断面矯正方法では、両端の捨て溝に嵌まる凸条部のみ、薄肉部形成用凸条部の高さよりも高くしたロールを用いている。薄肉部形成用凸条部よりも捨て溝に嵌まる凸条部を高くしたロールを用いることにより、両端に位置する捨て溝部の圧下率が上昇することになる。その結果、捨て溝部の面圧が上昇して異形断面帯材の幅方向の拘束力をアップさせ、蛇行を抑制することができるものである。

なお、異形断面帯材は図３に示すような刃組みでスリットされ、異形断面条にされた後スライスされて最終製品とされる場合もある。図３に示される刃組みでは、スリット時に異形断面条に作用する曲げモーメント（図中、矢印で示す）を下向きとしたダウンカット方式としている。このため、スリットされた異形断面条にはスリット時の曲げモーメントの作用により幅方向に反りが生じる。しかし本発明によれば、スリット前に断面矯正を行っているために加工硬化により異形断面帯材の剛性が増しており、スリットで生じやすい幅方向の反りを低減できると言う付随的な効果も得ることができる。
また、異形断面帯材の素材としては、用途に応じて、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ａｌ，Ａｌ合金，鋼，Ｆｅ合金等からなる単体材料や、これらを組み合わせた複合材料を使用できることは勿論である。

被圧延材の材質が高炭素工具鋼で、図７に示すロール径φ２２０ｍｍ，バレル幅５２０ｍｍのワークロールの圧延機にて異形断面圧延加工し、板幅方向で３箇所の凸条の幅Ｗが３８．８ｍｍと、それと交互に配置された幅ｗ₁が７ｍｍの凹部とその両端に幅ｗ₂が３ｍｍの捨て溝を有する異形断面帯材を圧延により作製した。なお、異形断面圧延加工に用いたロールの全てのロール凸条部高さｈ₁，ｈ₂は同一とした。
異形断面圧延加工後の当該異形断面帯材の形状は概ね図２に示す形状となっており、各部の板厚の測定結果は次の表１に示す通りとなっていた（単位はｍｍ）。

板厚は、製品部の薄肉部及び厚肉部については板幅方向でほぼ均一であるが、両端の捨て溝部は製品厚肉部よりも約０．１２ｍｍ薄くなっている。これは、異形断面圧延加工時にロー中央凸部の扁平が大きくなっているためと推察する。
この異形断面帯材を素材として、図１のロールプロフィールにおいて、捨て溝用凸条部の高さｈ₁を製品部分の凸条部の高さｈ₂よりも０．１５ｍｍ高くし、約２％の伸び率を異形断面帯材に作用させるように通板し、断面矯正を行った。

そして、図４に示すような異形断面帯材の２つの厚肉部について板厚偏差を測定した。板厚偏差は、１つの凸部当りの最大板厚と最小板厚の差で定義している。なお、断面矯正前の各部位の寸法測定結果を参考例として図５の（ａ）に、また断面矯正時のロールプロフィールを捨て溝用凸条部の高さと製品部分の凸条部の高さを同じにして圧延した時の寸法測定結果を比較例として図５の（ｃ）に示す。図５の（ｂ）が本発明を適用して断面矯正を行った後の板厚偏差を示すものである。

図５に示した結果からもわかるように、図５（ａ）に参考例として示した断面矯正前の板厚偏差に比べて、図５（ｂ）に示した本発明の断面矯正法を適用した場合には、板厚偏差は大幅に小さく、且つコイルの長手方向にわたって均一になっている。これに対して、図５（ｃ）に示すように捨て溝部の凸条部高さを製品部分の凸条部高さと同じにしたロールを用いて断面矯正を行った比較例では、コイル上流側の板厚偏差は抑制できているものの、コイル下流側での板厚偏差は大きくなっており、同一コイル内での板厚偏差の変動が大きくなっていた。

また、図６に示すような異形断面帯材の２つの凸部についてその幅を測定した。その結果を図７に示す。
図７に示した結果からもわかるように、凸部の幅は、図７（ａ）で示した断面矯正前の参考例と図７（ｂ）で示した本発明の断面矯正法を適用した場合とで大差はなく、コイル内で安定していた。これに対して、図７（ｃ）に見られるように捨て溝部の凸条部高さを製品部分の凸条部高さと同じにしたロールを用いて断面矯正を行った比較例では、コイル下流側で変動し、凸部の幅が狭くなっている。これは、断面矯正の後半において異形断面帯材と孔型ロールプロフィールとのマッチング不良、いわゆる“溝ズレ”が生じたためと思われる。

さらに、図８に示すような異形断面帯材の各部位でその断面硬さを測定した。その結果を図９に示す。
図９に示した結果からもわかるように、断面硬さは、図９（ａ）で示した断面矯正前の参考例と比べて図９（ｂ）で示した本発明の断面矯正法を適用した場合、硬くかつバラツキも小さくなっている。この両者の硬さの差は断面矯正での加工硬化によるものである。これに対して、図９（ｃ）に見られるように捨て溝部の凸条部高さを製品部分の凸条部高さと同じにしたロールを用いて断面矯正を行った比較例では、断面硬さは上昇しているものの、コイル下流側での硬さの変動が大きくなっている。異形断面のテーパ部の硬さがコイル下流側で異常に上昇している。これは、凸部の幅寸法の変動と同様、断面矯正の後半において異形断面帯材と孔型ロールプロフィールとのマッチング不良、いわゆる“溝ズレ”が生じたため、片方のテーパ部の歪が大きくなってその部分が異常に加工硬化したためと思われる。

図５，７，９に示す結果からわかるように、板厚偏差，厚肉部の幅及び断面硬さのいずれにおいても、本発明による断面矯正法を適用することにより、長手方向でのバラツキが小さくなり、断面寸法精度が向上し、且つ安定した品質の異形断面条が得られている。

異形断面帯材を製造するためのロール形状を説明する図異形断面帯材の形状を説明する図異形断面帯材の側端部をスリットする態様を説明する図板厚偏差の測定方法を説明する図矯正前のコイル長手方向における板厚偏差の変動（ａ）と本発明による矯正後のコイル長手方向における板厚偏差の変動（ｂ）を示す図、並びに従来法による矯正後のコイル長手方向における板厚偏差の変動（ｃ）を示す図厚肉部幅の測定方法を説明する図矯正前のコイル長手方向における厚肉部幅の変動（ａ）と本発明による矯正後のコイル長手方向における厚肉部幅の変動（ｂ）を示す図、並びに従来法による矯正後のコイル長手方向における厚肉部幅の変動（ｃ）を示す図断面硬さの測定箇所を説明する図矯正前のコイル長手方向における断面硬さの変動（ａ）と本発明による矯正後のコイル長手方向における断面硬さの変動（ｂ）を示す図、並びに従来法による矯正後のコイル長手方向における断面硬さの変動（ｃ）を示す図

Claims

板幅方向に沿って厚肉部、薄肉部、厚肉部の順で、かつ最外両側の薄肉部に挟まれた厚肉部が少なくとも二箇所以上形成された断面形状を備え、かつ該断面形状が条材の長手方向に一様に連続してロール成形された異形断面帯材の焼鈍処理後の断面形状を矯正する方法であって、当該異形断面帯材をロール成形する際に使用した上ロールと同じ型で最外両側の凸条部のみ中央の凸条部の高さより高くした上ロールとフラットな下ロール間に通板することを特徴とする異形断面帯材の断面矯正方法。