JP4925123B2 - 異形断面材の製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、両端部にフランジを有する異形断面材を寸法精度よく、低コストで製造する方法及びそのための装置に関する。

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材は、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、このような異形断面材を製造する方法として、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条を製造するとき、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条を得る方法を、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板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板材を得た後、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。
特開平６−３２８１５３号公報 特開平８−１５５５７６号公報

上記のような方法で精度良く成形した後、スリットし、両端エッジ部に所定のコーナーＲを付した、図１に示すような異形断面材は、ベアリングリテーナ等に好適に用いられている。
しかしながら、昨今の各部材の強度アップによる軽量化要求から、ベアリングリテーナ用異形断面材の高強度化が望まれている。素材そのものの高強度化はコストに大きく跳ね返るため、異形断面材の形状の変更により高強度化を図っている。
例えば、図２に示すように、両端部にフランジを有し、板厚方向の両面に凹部及び凸部が形成されて断面をＭ字型に成形したものが提案されている。両端部のフランジにより高強度化を図ったものである。

このような断面Ｍ字型の異形断面材の製造方法として、上下の水平ロールにより多段成形を行うことが想定される。しかし、フランジが低い場合には、多段成形による成形は困難である。また、フランジが高い場合には多段成形により所望の形状に成形可能であるが、加工工程が増加するとともに、形状に応じたロール組み換え作業負担が大きくなり、生産性が劣る。
そこで、４方向ロール圧延を行うこととした。しかし、フラットな金属板からダイレクトに４方向ロール圧延を行うと、長手方向に材料が延ばされるため、両端のフランジ部に材料が入り難くなる。そのため、フランジの成形が十分に行えない。

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、両端部にフランジを有する異形断面材を、簡便は手段の採用により、寸法精度よく、安定的に低コストで製造することを目的とする。

本発明の異形断面材の製造方法は、その目的を達成するため、平坦な素材板を、略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールによりエッジ部がフランジを立てる方向に向くようにＣ反りを付与する第一予備成形と、両端に凸部を設けた上ロールと前記凸部間の間隔よりも狭い幅の上部平坦部を有する凸部を中央に設けた下ロールにより、前記Ｃ反りを付与された板の中央を上方に湾曲させる第二予備成形を行った後、所定の断面形状に応じたプロフィールとした上下一対の水平ロールと平滑な左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を通して、両端部にフランジを有する異形断面材を製造することを特徴とする。
上側の水平ロールと左右の垂直ロールとの間にフランジ形成用の空隙を設けておくことが好ましい。
また、略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールにより第一予備成形を行う際、前記略Ｖ字溝を形成する壁を形作る上方切込み角を下方切込み角よりも鋭くしたサイドロールを用いることが好ましい。

本発明の異形断面材の製造装置は、略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールを備えた第一予備成形機と、両端に凸部を設けた上ロールと前記凸部間の間隔よりも狭い幅の上部平坦部を有する凸部を中央に設けた下ロールを備えた第二予備成形機と、所定の断面形状に応じたプロフィールとした上下一対の水平ロールと平滑な左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を直列配置していることを特徴とする。
上側の水平ロールと左右の垂直ロールとの間にフランジ形成用の空隙が設けられた４方向ロール圧延機を配することが好ましい。
また、第一予備成形機を構成する左右のサイドロールとして、略Ｖ字溝を形成する壁を形作る上方切込み角を下方切込み角よりも鋭くしたロールを配していることが好ましい。

本発明の製造方法では、平坦な素材板を、所定プロフィールに整えられた上下一対の水平ロールとフラットな左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を通して、両端にフランジを有する異形断面材を製造する際に、素材板に所定の予備加工を付与する第一及び第二の予備成形を行うことによって、両端に形成するフランジ部への材料流入を円滑に行わせ、結果として、寸法精度に優れた異形断面材を低コストで製造することが可能になる。

前記したように本発明者等は、素材としてフラットな金属板を用い、水平な上ロールと垂直なサイドロールとの間に、フランジを形成し得る空隙を設けた４方向ロール圧延機によってダイレクトに圧延を行ってみた。そして、その断面を観察してみると、図３に示すとおり、所望のフランジ部は形成されていなかった。しかも、材料の噛み出しが発生し、端部は歪な形状になっていた。この原因は、フランジを形成するために設けた空隙へ材料が安定的に供給されず、両端のフランジ形成間隙に材料が入り難く、フランジの成形が十分に行えなかったと推測される。

そこで、フランジ形成間隙に材料を入りやすくする手段について検討した。
その結果、４方向ロール圧延機により、圧延する前に素材板を、前記空隙に入り易い形状に予め予備成形しておくことが有効であることを見出した。すなわち、平坦な素材板の両端をフランジ形成空隙に入れ易くするために予めフランジの伸びる方向に予め湾曲させておくことが有効であることを見出した。
以下、そのように予め湾曲させる方法について説明する。

湾曲させる手段として２段階の予備成形手段を採用する。
まず、図４に示すように、平坦な素材板に、略Ｖ字溝を有するサイドロールを用い、板幅方向の圧下によりＣ反りを付与する第一の予備成形を行う。この際、前記略Ｖ字溝を形成する壁を形作る上方切込み角（図４中θ₁）を下方切込み角（図４中θ₂）よりも小さく、すなわち上下非対称な溝形状としたサイドロールを用いることにより、材料の反り方向が切込み角の小さい方に優先的に端部を湾曲（この場合は上側）させた下に凸のＣ反り形状を付与することができる。

次に、両端に凸部を設けた上ロールと前記凸部間の間隔よりも狭い幅の上部平坦部を有する凸部を中央に設けた下ロールにより、前記Ｃ反りを付与された板の中央をＣ反りとは逆に上方に湾曲させる第二予備成形を行う。
具体的には、図５に示すように、両端に凸部を設けた上ロールで素材板の両端を拘束しつつ、中央部に上部平坦部を有する凸部を設けた下ロールにより、前記Ｃ反りを付与された板の中央を上方に湾曲させる。いわゆる断面Ｗ字状になるように成形する。この際、下ロールの中央部に設けられた凸部は上部平坦部が設けられているため、素材板に対して二点接触となる。したがって、一点接触に比べて板幅方向のずれや傾きが抑制される。

なお、下ロールに設けられた凸部は、図２に示すような異形断面材の中央凸部を形成し易くするものではない。あくまでも二点接触で板幅方向のずれや傾きを起こすことなく、板の中央部を湾曲させようとするものである。
第二の予備成形が終わった素材板は、その中央部が一旦湾曲されても予備成形機を通過した後にはスプリングバックを起こして湾曲の度合いが低下するが、端部のＣ反りは第一予備成形時よりも大きくなって全体的には両端側にのみ湾曲部が存在するうねった断面形状いわゆるＷ型の断面形状となる。

この後、図６に示すように、両端側にのみ湾曲部が形成された素材板を４方向ロール圧延機により圧延する。
この際、４方向ロール圧延機を構成する上側の水平ロールの端部と同じく左右の垂直ロールとの間にフランジ形成用の空隙を設けておくと、この空隙部に前記素材板の両端に付与された湾曲部が入り込み易くなって、素材板の両端にフランジが容易に形作られる。
すなわち、図７に示すような、噛み出しの発生がなく、所望のフランジが形成された寸法精度の優れた異形断面材を得ることができる。
なお、添付の図では中央部に凹凸を形成した異形断面材を紹介しているが、本発明は、両端にフランジを有しているものであればよく、中央部の形状が凹凸形状になっているものに限定されるものではない。

本発明方法を実施する装置は、直列に配置された上記第一及び第二の予備成形を行う予備成形機と四方圧延可能な４方向ロール圧延機を備えていれば足りる。
すなわち、略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールを備えた第一予備成形機と、両端に凸部を設けた上ロールと前記凸部間の間隔よりも狭い幅の上部平坦部を有する凸部を中央に設けた下ロールを備えた第二予備成形機と、所定の断面形状に応じたプロフィールとした上下一対の水平ロールと平滑な左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を直列配置していれば足りる。

ただし、形成するＣ反りの方向を安定的に下に凸にするためには、第一予備成形機を構成する左右のサイドロールとして、略Ｖ字溝を形成する壁を形作る上方切込み角を下方切込み角よりも鋭くしたロールを配していることが好ましい。
また、寸法精度の優れたフランジ形成を形成するためには、４方向ロール圧延機を構成する上側の水平ロールと左右の垂直ロールとの間にフランジ形成用の空隙が設けられて入ることが好ましい。

現実的には、所望幅にスリットされた金属コイルを素材とし、所望の断面形状に成形された後、ベアリングリテーナ等に加工される工程に搬送されるために巻き取られるので、図８に示されるような態様で各装置が配置されていることが好ましい。ペイオフリール１と巻取りリール２の間に前記第一及び第二の予備成形を行う予備成形機３，４と４方向ロール圧延可能な圧延機５を直列に配置することが好ましい。
また、異形断面材の形状精度、寸法精度をより向上させるためには、断面矯正ロールスタンド６や端部フランジ矯正サイドロールスタンド７、キャンバー矯正ロールスタンド８を付設することが好ましい。なお、図８中、９はガイドロールである。

素材として板厚１．０ｍｍ、板幅２８ｍｍのＳＰＣＣ材を用いて、図９に示す形状の異形断面材を試作することとした。
比較例
まず、図４で示す第一の予備成形を施してＣ反りを付与した鋼板をそのまま図６に示す４方向ロール圧延に供した。この際、図４で示す略Ｖ字溝を構成する壁面切込み角θ₁を２°、θ₂を２５°とした。そして、サイドロールによる圧下力の調整により、図１０で定義されるＣ反り量を種々変更した予備成形板を作製した。

その結果、Ｃ反りを全く施していないと、フランジの形成が十分に行えないばかりか、フランジ形成方向とは逆向き端面に噛み出しが発生していた。また、Ｃ反り量が少ないとフランジの成形が十分ではなく、所望のフランジ高さが得られなかった。逆に、Ｃ反り量が多すぎるとフランジの先端外側に噛み出しが発生していた。
このように、所望のフランジ高さを得るには、予備成形の段階のＣ反り付与量の調整が重要になることがわかった。ちなみに、上記サイズの異形断面材を製造するには、適正なＣ反り量は２．２〜３．０ｍｍであった。しかし、詳細は後記の実施例に記載するが、適正と思われる上記２．２〜３．０ｍｍなるＣ反り量を付与していても、連続して安定的なフランジ高さを得ることができない。

実施例
上記のように、所望のフランジ高さを得るには予備成形の段階のＣ反り付与量の調整が重要になることを確認した上で、前記第一予備成形の後に、図５で示す第二の予備成形を行った。この際、上ロールとして、高さ２ｍｍ、間隔２４ｍｍで凸部を両端に形成したロールを用い、Ｃ反り付与鋼板の両端を拘束しつつ、下ロールにより鋼板の板幅方向中央を上方に押圧した。
第二予備成形を終わった後の鋼板断面形状は、図１１のように、両端側にのみ湾曲部が存在する形状になっている。うねり量を図１１で示されるように定義するとき、当該うねり量を２．４ｍｍとした２段階予備成形鋼板を、図６に示すように４方向ロール圧延した。

そして、各試験材についてフランジ高さを連続的に測定した。
その結果を図１２に示す。なお、図１２には、上記比較例で検討した、反り量２．２ｍｍのＣ反り付与鋼板を第二の予備成形を行うことなく直接４方向ロール圧延した試験材の結果も併せて示している。
その結果からも明らかなように、第一予備成形の後第二予備成形を行った後に、４方向ロール圧延を行ったものは、連続して安定的なフランジ高さが得られている。
これに対して、単にＣ反りを付与した後にそのまま直接４方向ロール圧延すると、次第にフランジ高さが不安定になっていくことがわかる。

一般的な異形断面材の形状を説明する図 本発明の異形断面材の形状を説明する断面図 本発明の異形断面材に現れ易い形状不良の事例を紹介する断面図 本発明第一予備成形の概略を説明する図 本発明第二予備成形の概略を説明する図 ４方向ロール圧延の概略を説明する図 本発明方法で得られた異形断面材のフランジ形状を説明する図 本発明方法で異形断面材を製造するための装置の配置状況を説明する図 実施例で作製した異形断面材の形状を説明する断面図 Ｃ反りを付与した鋼板のＣ反り量を定義する図 本発明方法の第二予備成形を付与した後の板材断面形状を説明する図 予備成形を採用したことに伴うフランジ高さの安定成形性を示す図

Claims (6)

1. 平坦な素材板を、略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールによりエッジ部がフランジを立てる方向に向くようにＣ反りを付与する第一予備成形と、両端に凸部を設けた上ロールと前記凸部間の間隔よりも狭い幅の上部平坦部を有する凸部を中央に設けた下ロールにより、前記Ｃ反りを付与された板の中央を上方に湾曲させる第二予備成形を行った後、所定の断面形状に応じたプロフィールとした上下一対の水平ロールと平滑な左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を通して、両端部にフランジを有する異形断面材を製造することを特徴とする異形断面材の製造方法。
2. 上側の水平ロールと左右の垂直ロールとの間にフランジ形成用の空隙を設けておく請求項１に記載の異形断面材の製造方法。
3. 略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールにより第一予備成形を行う際、前記略Ｖ字溝を形成する壁を形作る上方切込み角を下方切込み角よりも鋭くしたサイドロールを用いる請求項１又は２に記載の異形断面材の製造方法。
4. 略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールを備えた第一予備成形機と、両端に凸部を設けた上ロールと前記凸部間の間隔よりも狭い幅の上部平坦部を有する凸部を中央に設けた下ロールを備えた第二予備成形機と、所定の断面形状に応じたプロフィールとした上下一対の水平ロールと平滑な左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を直列配置していることを特徴とする異形断面材の製造装置。
5. 上側の水平ロールと左右の垂直ロールとの間にフランジ形成用の空隙が設けられた４方向ロール圧延機を配している請求項４に記載の異形断面材の製造装置。
6. 第一予備成形機を構成する左右のサイドロールとして、略Ｖ字溝を形成する壁を形作る上方切込み角を下方切込み角よりも鋭くしたロールを配している請求項４又は５に記載の異形断面材の製造装置。

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