JP5206082B2 - Shape steel straightening method and straightening device - Google Patents
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Description
本発明は、形鋼の矯正を高精度かつ高効率に行う方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for correcting a shape steel with high accuracy and high efficiency.
例えば、H型鋼等の形鋼には、垂直断面形状の寸法精度確保と同時に、長手方向の真直性の確保が重要である。形鋼の圧延工場では真直性確保のために、圧延工程後の精整工程において形鋼の矯正を行っている。
従来、形鋼の矯正工程としては、ローラーレベラーによる矯正方法が一般的であり、また、冷間ユニバーサル圧延機とその前後のピンチロールを用いる矯正方法(特許文献1)が知られている。
For example, for shape steel such as H-shaped steel, it is important to ensure the straightness in the longitudinal direction at the same time as ensuring the dimensional accuracy of the vertical cross-sectional shape. In order to ensure straightness, rolling mills for shape steels straighten the shape steel in the finishing process after the rolling process.
Conventionally, as a straightening process of a shaped steel, a straightening method using a roller leveler is generally used, and a straightening method using a cold universal rolling mill and front and rear pinch rolls (Patent Document 1) is known.
ローラーレベラーによる矯正方法では、形鋼通過ラインの上下または左右に千鳥状に配設された矯正ロールの押込み位置を調節し、後段になるほど曲率が減少していくような適当な繰り返し曲げを付与していき、その際に被矯正材の曲率が0に収束していく性質を用いている。このローラーレベラーによる矯正方法は、比較的コンパクトな設備ですみ、一旦適正条件に設定すれば無人運転が可能であるといった利点があり、広く利用されてきた。 In the straightening method using a roller leveler, the pushing position of straightening rolls arranged in a staggered pattern on the top and bottom or the right and left of the shape steel passage line is adjusted, and appropriate repeated bending is applied so that the curvature decreases as the later stage. In this case, the curvature of the material to be corrected converges to zero. This straightening method using a roller leveler is a relatively compact facility, and has been widely used because it has the advantage of being capable of unmanned operation once set to appropriate conditions.
また、冷間ユニバーサル圧延機とその前後のピンチロールを用いる矯正方法においては、圧延機によって被矯正材を圧下し、さらに被矯正材に長手方向の張力と矯正方向の曲げモーメントを与えることで、より高精度かつ高効率に形鋼を矯正できるという利点があった。
しかし、一方で、ローラーレベラーによる矯正方法では、近年の寸法精度および真直性に対する厳しいニーズ全てに対応することが困難であるといった問題点や、形鋼はしばしば所定寸法に切断してから製品として用いられるにもかかわらず、ローラーレベラー矯正では原理的に繰り返し曲げによる残留応力を付与するため、形鋼内部に大きな残留応力があり、切断面近傍でその残留応力が開放されることにより製品の局部変形が顕著に発生するといった問題点がある。
また、冷間ユニバーサル圧延機とその前後のピンチロールを用いる矯正方法においては、被矯正材の断面形状が必ずしも狙い通りの形状ではないため、すべての被矯正材について、圧延により高精度に全断面降伏状態を実現できないといった問題点や、全ての被矯正材が狙い通りの形状であったとしても、少なくとも製品形状(種類)毎にその形状にあった冷間ユニバーサル圧延用ロールが必要になるため設備の増大化や高コストとなるといった問題点がある。
However, on the other hand, it is difficult to meet all the strict needs for dimensional accuracy and straightness in recent years by the correction method using a roller leveler, and shape steel is often used as a product after being cut to a predetermined size. In spite of this, in the roller leveler correction, residual stress due to repeated bending is applied in principle, so there is a large residual stress inside the shape steel, and the residual stress is released near the cut surface, resulting in local deformation of the product. There is a problem that the problem occurs remarkably.
Moreover, in the straightening method using the cold universal rolling mill and the front and rear pinch rolls, the cross-sectional shape of the material to be straightened is not necessarily the shape as intended. The problem that the yield state cannot be realized, and even if all the materials to be straightened have the desired shape, at least a cold universal rolling roll suitable for the shape is required for each product shape (type). There are problems such as increased equipment and higher costs.
そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑み、形鋼を長手方向に引っ張り、精度よく形鋼の全断面降伏状態を実現するとともに、形鋼の任意の部分に長手方向に垂直な方向の変位を与えることで、形鋼の高精度かつ高効率な矯正が可能な方法および装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems, the present invention pulls the shape steel in the longitudinal direction to achieve the entire cross-sectional yield state of the shape steel with high accuracy, and in a direction perpendicular to the longitudinal direction at any part of the shape steel. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus capable of correcting a shape steel with high accuracy and high efficiency by giving a displacement of.
上記目的を達成するため、本発明者は、矯正材端面を拘束し、鋼材長手方向に引っ張り歪を与え全断面降伏状態としたまま、長手方向に移動するロール等により鋼材長手方向に垂直な方向に鋼材に対して変位を与えることで、変形矯正を高精度かつ高効率に行えるとの知見を得た。 In order to achieve the above object, the present inventor constrains the end face of the straightening material, gives a tensile strain in the longitudinal direction of the steel material, and maintains a yielding state in the entire cross section, and a direction perpendicular to the longitudinal direction of the steel material by a roll or the like that moves in the longitudinal direction. We obtained knowledge that deformation can be corrected with high accuracy and efficiency by giving displacement to steel.
そこで、本発明によれば、形鋼を矯正する矯正方法であって、前記形鋼を長手方向に引っ張り、全断面を降伏状態として、前記形鋼の任意の部分にその長手方向から全断面降伏となる張力を加えながら長手方向に垂直な方向の変位を与えることにより矯正を行うことを特徴とする、形鋼の矯正方法が提供される。
Therefore, according to the present invention, there is provided a straightening method for straightening a section steel, wherein the section steel is pulled in the longitudinal direction to bring the entire cross section into a yielding state, and the entire section is yielded from the longitudinal direction to an arbitrary portion of the section steel. There is provided a method for correcting a shaped steel, characterized in that correction is performed by applying a displacement in a direction perpendicular to the longitudinal direction while applying tension .
また、前記形鋼の両端をクランプによって拘束して、前記形鋼を長手方向に引っ張ることを特徴とする、形鋼の矯正方法が提供される。 Moreover, both ends of the shape steel are restrained by clamps, and the shape steel is pulled in the longitudinal direction, and a method for straightening the shape steel is provided.
さらに、前記形鋼の長手方向に移動する単独または複数のロールによって、前記形鋼の長手方向に垂直な方向に変位を与えることを特徴とする、形鋼の矯正方法が提供される。 Furthermore, the straightening method of a structural steel characterized by displace | moving to the direction perpendicular | vertical to the longitudinal direction of the said structural steel by the roll or single roll which moves to the longitudinal direction of the said structural steel is provided.
また、本発明によれば、形鋼を矯正する矯正装置であって、前記形鋼を長手方向に引っ張り、全断面を降伏状態とする引っ張り機構と、前記形鋼の任意の部分に、前記引っ張り機構による全断面降伏状態の上に長手方向に垂直な方向に変位を与える変位付与機構を有することを特徴とする、形鋼の矯正装置が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a correction device for correcting the structural steel, tensile the section steel in the longitudinal direction, a mechanism pulling the entire cross-section and the yield state, to any portion of the shaped steel, said tension There is provided a straightening device for a shaped steel, characterized by having a displacement imparting mechanism that applies a displacement in a direction perpendicular to the longitudinal direction on the yielding state of the entire cross section by the mechanism .
さらに、前記引っ張り機構は、前記形鋼の両端を拘束するクランプと、前記クランプを介して前記形鋼の長手方向に引っ張り力を付与する動力部を有することを特徴とする、形鋼の矯正装置が提供される。 Further, the tension mechanism has a clamp for restraining both ends of the shape steel, and a power section for applying a tensile force in the longitudinal direction of the shape steel via the clamp. Is provided.
また、前記変位付与機構は、前記形鋼の、長手方向に沿って移動する単独または複数のロールと、前記ロールを介して前記形鋼の長手方向に垂直な方向に変位を与えるロール支持部を有することを特徴とする、形鋼の矯正装置が提供される。 The displacement imparting mechanism includes a single or a plurality of rolls that move along the longitudinal direction of the shape steel, and a roll support portion that applies displacement in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the shape steel via the roll. There is provided a straightening device for a shaped steel.
本発明によれば、形鋼に対し、断面形状毎に多くのロール等を必要とすることなく、高精度で全断面降伏状態を実現できるため、残留応力を最大限低減することができ、容易に形鋼の矯正を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to realize a full-section yield state with high accuracy without requiring a large number of rolls or the like for each cross-sectional shape of the section steel. The shape steel can be straightened.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。なお、形鋼の一例として、L型断面形状を有する山形鋼を矯正する場合について説明する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the case where the angle steel which has L-shaped cross-sectional shape is corrected as an example of a shape steel is demonstrated. Further, in the present specification and the drawings, the same reference numerals are given to constituent elements having substantially the same functional configuration, and redundant description is omitted.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態として、図1および図2を用いて形鋼の両端をクランプによって拘束し、長手方向に引っ張って全断面を降伏状態とし、形鋼の任意の部分に単独のロールによって長手方向に垂直な方向に変位をあたえる矯正装置及び矯正方法を説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態にかかる矯正装置1を斜め上方から見た斜視概観図である。また、図2は、図1の様子を上方から見た概観図である。形鋼2はその両端2aをクランプ10によって拘束されている。クランプ10は、複数のブロック11を有しており、それらブロック11の間に形鋼2の両端2aを挟んで固定している。シリンダー動力部5によって、クランプ10を介して形鋼2の長手方向に引っ張り力が加えられている。このようにクランプ10によって拘束されている形鋼2の側方には、形鋼2と平行に軸15が配置され、この軸15に沿って移動自在にロール支持部16が装着されている。また、ロール支持部16の前面には、押圧機構17およびアーム20を介して、ロール18が回転自在に支持されている。そして、押圧機構17の稼動により、ロール18が形鋼2の側面に押し付けられるようになっている。また、ロール支持部16は軸15に沿って任意の位置に移動でき、これによって、形鋼2の側面の任意の位置にロール18が押し付けられる。
(First embodiment)
As a first embodiment, both ends of a section steel are restrained by clamps using FIGS. 1 and 2 and pulled in the longitudinal direction to bring the entire cross section into a yielding state, and any part of the section steel is elongated by a single roll. A correction apparatus and a correction method for providing displacement in a direction perpendicular to the direction will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a correcting
上記のように構成された矯正装置1において、両端2aをクランプ10によって拘束され、シリンダー動力部5によって形鋼2の長手方向に引っ張り力が加えられ、形鋼2の長手方向に対する垂直な断面の全体に降伏応力が加えられる。こうして、形鋼2は全断面降伏状態にされる。そして、ロール支持部16が任意の位置に移動し、押圧機構17の稼動により、ロール18を介して形鋼2の長手方向に垂直な方向に変位が与えられる。また、押圧機構17を稼働させた状態でロール支持部16を形鋼2の長手方向に移動することにより形鋼2の長手方向に連続して長手方向に垂直の任意の変位をあたえることもできる。このように、全断面降伏状態となった形鋼2の任意の位置において、側方から変位が加えられることにより、極めて容易に形鋼2の矯正が可能となる。また、クランプ10を介して形鋼2の長手方向に降伏応力を加えるだけで全断面降伏状態とすることができ、断面形状毎のロールを用意する必要もない。
In the straightening
また、ローラーレベラーを用いた変形矯正方法等では、変形矯正を行った後の形鋼の内部には残留応力が残っていたが、本発明の形鋼の矯正装置では形鋼を全断面降伏状態とすることが前提となっており、その後に外力を加えて変形矯正をするため、形鋼内部に残留応力が残ることはなく、さらに、変形矯正前の形鋼の冷却段階において発生して残っていた残留応力をなくすことも可能となる。
つまり、本発明によれば、高精度かつ高効率に形鋼を変形矯正することができ、さらに、残留応力が残ることもないため、製品化等に非常に有益であるといえる。
Moreover, in the deformation correction method using a roller leveler, etc., residual stress remained in the shape steel after the deformation correction was performed. After that, since the deformation is corrected by applying an external force, no residual stress remains in the shape steel, and it is generated and remains in the cooling stage of the shape steel before the deformation correction. It is also possible to eliminate the residual stress.
That is, according to the present invention, the shape steel can be deformed and corrected with high accuracy and high efficiency, and since no residual stress remains, it can be said that it is very useful for commercialization.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態として、図3および図4を用いて形鋼の両端をクランプによって拘束し、長手方向に引っ張って全断面を降伏状態とし、形鋼の任意の部分に複数のロールによって長手方向に垂直な方向に変位をあたえる矯正装置及び矯正方法を説明する。
図3は本発明の第2の実施の形態にかかる複数のロールを有する矯正機19を備えた矯正装置1’を斜め上方から見た斜視概観図である。また、図4は、図3の様子を上方から見た場合の矯正機19の内部構造を表す説明図である。矯正装置1’の形鋼2拘束部の主な構成は上記第1の実施の形態と同様であるため省略する。形鋼2の両側の側方には形鋼2に平行に軸15がそれぞれ配置され、各軸15に沿って移動自在に矯正機19が備えられている。矯正機19の内部側面(形鋼2の側面に対面している側の面)には、押圧機構17および6本のアーム20a、20b、20c,20d,20e,20fを介して、6つのロール18a、18b、18c,18d,18e,18fが、回転自在にそれぞれ支持されている。そして、押圧機構17の稼動により、形鋼2の各両側において6つのロール18a、18b、18c,18d,18e,18fが形鋼2の両側面に押し付けられるようになっている。ただし、一方側のロール18a、18b、18cと他方側のロール18d、18e、18fとは対向しておらず、一方側のロール18a、18bの間に他方側のロール18dが配置され、一方側のロール18b、18cの間に他方側のロール18eが配置されているというように、一方側のロール18a、18b、18cと他方側のロール18d、18e、18fは互いに千鳥状に配置されている。また、矯正機19は軸15に沿って任意の位置に移動でき、これによって、形鋼2の側面の任意の位置に各ロール18a、18b、18c、18d、18e、18fが両側から押し付けられる。なお、各ロールは18c、18f、18b、18e、18a、18dの順により強い押し付けから弱い押し付けへと並べられる。形鋼2に加えられる長手方向に垂直な変位は18c、18f、18b、18e、18a、18dの順により大きな変位から小さな変位に並べられると言い換えることもできる。但し、この場合、18a、18b、18cと18d,18e,18fでは変位の方向は反対となる。これは従来技術であるローラーレベラーでのロールの配置と基本的な考え方として等しい。なお、形鋼2がよりなめらかに変形できるように、18c、18f、18b、18e、18a、18dと並んだロールのうち中間のいずれかのロール、たとえば18bの変位を最大とし、18f、18cの順に変位が小さくなり、また18e,18a、18dの順に変位が小さくなるように各ロールを設定することもある。これもローラーレベラーでのロール配置の場合の考え方と同じである。
(Second Embodiment)
As a second embodiment, both ends of the shape steel are restrained by clamps using FIGS. 3 and 4 and pulled in the longitudinal direction so that the entire cross section is in a yielded state. A correction apparatus and a correction method for providing displacement in a direction perpendicular to the direction will be described.
FIG. 3 is a schematic perspective view of the
上記のように構成された矯正装置1’において、両端2aをクランプ10によって拘束され、シリンダー動力部5によって形鋼2の長手方向に引っ張り力が加えられ、形鋼2の長手方向に対する垂直な断面の全体に降伏応力が加えられる。こうして、形鋼2は全断面降伏状態にされる。その状態で、矯正機19を図4の左から右に向かって移動させると、18c,18f,18b,18e,18a、18dの順で上下交互に各ロールが形鋼2に対して垂直方向の変位を与え、またその変位量が順次小さくなっていく。つまり、従来技術であるローラーレベラーでは固定配置されたロールの間を鋼材が移動することにより鋼材の矯正を実施するのに対し、本方法では固定した鋼材に対して配置されたロールが移動することによりローラーレベラーと同様の繰り返し曲げの原理により鋼材の矯正をおこなうことができる。但し、本方法ではシリンダー動力部5による引っ張り力にて形鋼2はすでに全断面降伏状態となっているため、各ロールによって与えられる垂直方向の変位およびロールを形鋼2に押し付けることで発生する力は、従来技術であるローラーレベラーに対して圧倒的に小さく、また同じく全断面降伏状態となっているため矯正後の残留応力を0に近づけることが可能である。さらに、本方法では鋼材の長手方向の任意の位置について矯正を実施することが可能である。 なお、本実施の形態では、ロールの数を6つとし、それぞれのロールにより形鋼2の長手方向に垂直な方向に加える変位を変えることとしているが、本発明において、これらロールの数および変位設定量は、形鋼2の変形状態に応じて適宜変更することが望ましい。
In the
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明は上記の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said form. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be made within the scope of the ideas described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.
例えば、形鋼2に長手方向の引っ張り力を付与する動力部5はシリンダーでなくモーター等を用いた動力部でもよい。また、形鋼2にロール18を押し付けて変位を与える位置を、形鋼2の長手方向で変形の大きな位置を選ぶことも可能であり、あるいは形鋼2の長手方向のどの位置でも変形量がほぼ等しい場合には、形鋼2の全長にわたってロール18を押し付けてもよい。さらに、形鋼2の長手方向と垂直な方向に変位を与えるロール18を形鋼2の両側に任意の複数配置することもできる。また、その場合、例えば各ロール18の押し付け力が任意の関係を持つように設定した上で、長手方向のいずれかの方向に全体のロール18群を移動させるといった構成をとってもよい。なお、ロール18の形状・材質等も、当然、適宜有用なものを用いればよい。
また、本実施の形態では山形鋼を例にして説明したが、本発明は、その他の形鋼、例えばみぞ形鋼、I形鋼、H形鋼およびZ形鋼等についても適応可能である。
For example, the
In the present embodiment, the angle steel is described as an example. However, the present invention can be applied to other shape steels such as a groove shape steel, an I shape steel, an H shape steel, and a Z shape steel.
図5は変形した形鋼2の長手方向に引っ張り力を加え、降伏状態とする際の様子を表した概略図である。そして、図5(a)に示すように初期変形した形鋼2に引っ張り力を加えて図5(b)のように変形矯正する場合の形鋼2の変形部上部および変形部下部の各点αおよび点βにかかる応力と歪の大きさをグラフにしたものを図6に示す。なお、点αは初期変形によって縮んでいる部分であり、点βは初期変形によって伸びている部分である。図6において、応力がかかっていない状態での点αと点βでの歪の大きさの差100は初期歪を表し、応力を加えていくとともにα→βの順で歪が加わっていく。
FIG. 5 is a schematic view showing a state in which a tensile force is applied in the longitudinal direction of the
図6に示される各点αおよび点βにかかる応力と歪の大きさの関係を示す曲線は、形鋼2の材質により一様に決まり、共に同一の曲線であり、両曲線は歪の大きさが大きくなるにつれて一定値に収束していく。また、例えばA点において、形鋼2への引っ張り力を除荷した際に、形鋼2は材質によってきまるヤング率に応じて引っ張り力を加えていた方向と逆方向に戻る。そのため点αと点βの歪差101が残る。前記歪差101が形鋼2に対してA点まで引っ張り矯正を行ったときの矯正しきれない歪であるが、例えば、B点まで引っ張り矯正を行った場合には図6からわかるように点αと点βでの歪差はほぼ残らないことになる。つまり、B点まで引っ張ることにより、理論上は引っ張り矯正のみによって、ほぼ完全な矯正ができることとなる。
The curves showing the relationship between the stress applied to each point α and point β and the magnitude of strain shown in FIG. 6 are uniformly determined by the material of the
しかし、実際に形鋼2をB点まで引っ張り矯正を行うと、例えば被矯正材の長手方向に寸法変動があった場合に、応力集中によって形鋼2が破断する恐れがある。
However, when the
そこで、発明者は、形鋼2に例えばA点まで引っ張り力を加え引っ張り矯正を行い、さらに形鋼2をA点で引っ張った状態において、例えば点βに変位を加えることで、引っ張り力除荷後の点αと点βの歪差をほぼ残らないようにする本発明を創案した。
Therefore, the inventor performs a tensile correction by applying a tensile force to the
そして、形鋼2の両端を拘束し、シリンダー動力部5により、形鋼2に破断しない程度の一定の引っ張り力を与え、全断面降伏状態にすると共に、ロール18によって形鋼2の長手方向に垂直な方向に変位を与えることで、高精度かつ高効率に形鋼2の変形矯正を行うことができた。
Then, both ends of the
また、図7は、通常製品等として利用されるT型鋼を、H型鋼の切断によって作る際の様子を表したものである。従来の技術により変形矯正した、H型鋼30をT型鋼31とするために、図7(a)のように、長手方向に切断面21を入れて切断すると、各部分の厚みの違い等により形鋼内部発生している残留応力により図7(b)のように変形が発生する。しかし、本発明をこのような場合に適応すると、H型鋼30を引っ張り力によって全断面降伏状態とするため、H型鋼30内の残留応力は最大限低減されており、製品等として一部切断した場合の変形はほぼ起こらなかった。
FIG. 7 shows a state where a T-shaped steel, which is normally used as a product, is made by cutting an H-shaped steel. In order to change the H-shaped
また、図8は長尺な形鋼の変形の様子を表したものである。長尺な形鋼40では熱された状態から常温に冷却される段階においての変形は、図8のように両端部41のみが変形する。これは長尺な形鋼40が冷却所等におかれた場合、真ん中部分42は自重により冷却時に応力がかかった場合も曲がらないことが要因である。しかし長尺な形鋼40の両端部41が図8のように変形していることから、冷却時には長尺な形鋼40全体に応力がかかっており、曲がらない真ん中部分22には内部に残留応力が発生していることがわかる。
このような長尺な形鋼40に本発明を適応する際の、長尺な形鋼40の長手方向と垂直な方向に与える変位量は、両端部41の変形の曲率から導ける内部の残留応力によって定まるものと考えられる。そして、その定められた変位量をもとに長尺な形鋼40の残留応力を取り除く程度の変位を本発明のローラーによって与えることで、残留応力を取り除くことができ、かつ高精度な変形矯正を行うことができた。
FIG. 8 shows the deformation of a long section steel. In the
When applying the present invention to such a long shaped
本発明は、形鋼の矯正を高精度かつ高効率に行う方法および装置に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a method and an apparatus for correcting a shape steel with high accuracy and high efficiency.
1…矯正装置
1’…複数のロールを備えた矯正装置
2…形鋼
2a…クロップ部
5…シリンダー動力部
10…クランプ
11…ブロック
15…軸
16…ロール支持部
17…押圧機構
18…ロール
19…矯正機
20…アーム
21…切断面
30…H型鋼
31…T型鋼
40…長尺な形鋼
41…長尺な形鋼の両端部
42…長尺な形鋼の真ん中部分
100…初期歪
101…A点まで引っ張り矯正を行ったときの矯正しきれない歪
DESCRIPTION OF
Claims (6)
The displacement imparting mechanism has a single or a plurality of rolls that move along the longitudinal direction of the shape steel, and a roll support portion that gives displacement in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the shape steel via the roll. The shape steel straightening device according to claim 4 or 5, wherein
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