JP5363792B2 - Design method of raw material in hot ring rolling process - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for predicting the hot dimensions of a rough-shape material when hot-rolling a ring and making the application in hot to the design of the rough-shaped material possible. <P>SOLUTION: This method has: a stage where the specified cooling easiness of the rough-shaped material is determined from the surface area of the rough-shaped material, the volume of the same and the average thickness of the same; a stage where the end temperature of the rolling is determined from the starting temperature of the rolling and the specified cooling easiness of the rough-shaped material; a stage where the percentage of contraction is determined from the end temperature of the rolling and the coefficient of linear thermal expansion of the rough-shaped material and a stage where the design of the rough-shaped material or the design of the die is performed by using the determined percentage of contraction. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、熱間リングローリング加工における素形材の設計方法に関し、特に、熱間リングローリング加工時の素形材の熱間寸法を予測し、熱間での素形材設計へ適用する方法に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for designing a shape material in hot ring rolling, and in particular, a method for predicting the hot dimension of a shape material during hot ring rolling and applying it to hot shape material design. It is about.

熱間リングローリング加工では、ベアリング用素材など様々なリング形状の素形材を製造している。   In hot ring rolling, various ring-shaped shapes such as bearing materials are manufactured.

この複雑な形状を持つ素形材の熱間寸法及び収縮率を予測する従来技術は見受けられない。素形材の熱間寸法は、金型の設計段階で決定する必要があり、そのためには加工終了時の温度(終止温度)、および、その温度から与えられる収縮率の情報が必要である。   There is no conventional technique for predicting the hot dimension and shrinkage rate of the shaped material having this complicated shape. The hot dimension of the base material must be determined at the design stage of the mold, and for this purpose, information on the temperature at the end of processing (end temperature) and the shrinkage rate given from that temperature are required.

従来は、素形材外径および鋼種で区分した標準から、熱間〜冷間での収縮率を求めていた。ただし、この標準には、素形材形状により生じる温度の差は含まれておらず、実態にそぐわない場合が多かった。   Conventionally, the shrinkage ratio between hot and cold has been obtained from the standard classified by the outer diameter of the shape material and the steel type. However, this standard does not include the difference in temperature caused by the shape of the shape material, and in many cases does not match the actual situation.

その他の技術として、棒線製造過程で、熱間切断を行う場合に材料の温度を測定もしくは予測して、切断長さを補正する技術が見受けられる(例えば、特許文献1参照)。
特開2004-255472号公報
As another technique, a technique for correcting the cutting length by measuring or predicting the temperature of a material when performing hot cutting in a bar wire manufacturing process can be found (for example, see Patent Document 1).
JP 2004-255472 A

熱間にて素形材製造を行う場合、加工終了温度(以下、終止温度という)から常温になるまでの熱収縮率を予測して、素形材設計、金型設計を行うことが最も重要である。熱間加工時の狙い寸法は、「冷間寸法(客先への納入寸法)÷ 熱収縮率」で決まるが、熱収縮率の予測を誤ると、狙いとは異なった寸法の素形材が得られることになる。   When manufacturing a shape material while hot, it is most important to design the shape material and mold by predicting the heat shrinkage from the processing end temperature (hereinafter referred to as the end temperature) to normal temperature. It is. The target dimensions for hot working are determined by “cold dimensions (delivery to customers) ÷ heat shrinkage ratio”, but if the heat shrinkage ratio is predicted incorrectly, a shape material with dimensions different from the target will be found. Will be obtained.

一方、終止温度は素形材形状によって様々に変わり得る。これは、素形材の外径や肉厚、表面積の多さなどによって、加工中の熱収支が変化するためである。また、製造する品目の中には、右図のように、非対称形状となる素形材もある。この場合、部位によって肉厚差があるため、各部位での終止温度は一様ではない。   On the other hand, the end temperature can vary depending on the shape of the shape material. This is because the heat balance during processing changes depending on the outer diameter, thickness, and surface area of the shaped material. In addition, among the items to be manufactured, as shown in the right figure, there is a shape material having an asymmetric shape. In this case, the end temperature at each part is not uniform because there is a difference in thickness depending on the part.

このような点から、各素形材形状ごとの終止温度を見積もることは、現実的に不可能であった。そのため、前述のような標準(現状の標準)を用いて網羅的に対応していたが、狙いの熱間寸法が正しくない場合があった。この課題を解決するためには、素形材形状に対応した終止温度を予測する方法が必要であり、本発明はその課題を解決する方法である。   From such a point, it is practically impossible to estimate the end temperature for each shape of each shape material. For this reason, the above-mentioned standard (the current standard) was used for comprehensive support, but the target hot dimension was sometimes incorrect. In order to solve this problem, a method for predicting the end temperature corresponding to the shape of the raw material is required, and the present invention is a method for solving the problem.

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、熱間リングローリング加工時の素形材の熱間寸法を予測し、熱間での素形材設計へ適用することを可能とする方法を提供することである。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and predicts the hot dimension of a raw material at the time of hot ring rolling and applies it to the hot material design. Is to provide a method that enables

本発明の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法は、素形材表面積、素形材体積、及び素形材平均肉厚から素形材固有の冷えやすさを求める工程と、ローリング開始温度及び素形材固有の冷えやすさからローリング終止温度を求める工程と、ローリング終止温度及び素形材の線膨張係数とから収縮率を求める工程と、求められた熱収縮率を使用して、素形材設計または金型設計を行う工程と、を有する。   The method for designing a shape material in the hot ring rolling process of the present invention includes a step of determining the easiness of cooling of the shape material from the shape material surface area, the shape material volume, and the average shape material thickness, and starting rolling. Using the process of obtaining the rolling end temperature from the temperature and the easiness of cooling of the shape material, the step of obtaining the shrinkage rate from the rolling end temperature and the linear expansion coefficient of the shape material, and using the obtained heat shrinkage rate, And a step of performing a shape material design or a mold design.

本発明によれば、素形材形状に応じて収縮率を算出することにより、実際に素形材を製造することなく、素形材の熱間寸法を精度良く予測することが可能となる。そして、素形材の熱間寸法の予測結果に基づいて素形材設計及び金型設計を行うことにより、冷間での素形材の寸法精度を向上することが可能となる。   According to the present invention, by calculating the shrinkage rate according to the shape of the shape material, it is possible to accurately predict the hot dimension of the shape material without actually manufacturing the shape material. Then, by performing the shape material design and the mold design based on the prediction result of the hot dimension of the shape material, it is possible to improve the dimensional accuracy of the shape material in the cold state.

以下、本発明の実施形態である熱間リングローリング加工における素形材の設計方法について、図を参照して詳細に説明をする。   Hereinafter, a method for designing a shape material in hot ring rolling processing, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法が適用される素形材の形状の一例を示す断面図である。図に示すように、本実施形態の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法が適用される素形材は、内径がDinのリング状の部材であり、一端部に外径がDLの大外径部Aと、他端部に外径がDSの小外径部Bとを含んで構成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the shape of a shape material to which the method for designing a shape material in the hot ring rolling process of the present embodiment is applied. As shown in the figure, the shape material to which the design method of the shape material in the hot ring rolling process of the present embodiment is applied is a ring-shaped member having an inner diameter of D in , and the outer diameter is D at one end. L and large outer diameter portion a of the outer diameter is formed and a small outer diameter portion B of D S at the other end.

(1)素形材形状から、素形材の冷えやすさを定量化する
熱間リングローリング加工において、素形材形状と終止温度を調査した結果、両者の間には線形の関係があることが判明した。つまり、S:素形材表面積、V:素形材体積、t:素形材平均肉厚とすると、素形材固有の冷えやすさαは、以下の数式1で表現できる。
(数式1)
α=(S÷V)÷t
(1) Quantify the ease of cooling of the shape material from the shape of the shape material As a result of investigating the shape of the shape material and the end temperature in hot ring rolling, there is a linear relationship between the two. There was found. That is, assuming that S is the shape material surface area, V is the shape material volume, and t is the shape material average thickness, the easiness of cooling α inherent to the shape material can be expressed by the following Equation 1.
(Formula 1)
α = (S ÷ V) ÷ t

ここで、素形材平均肉厚tは、図1に示すように、大外径部Aの肉厚をtL=(DL - Din)/2と定義し、小外径部Bの肉厚をts=(Ds- Din)/2と定義した場合に、t=(tL + ts)/2で算出できる。 Here, as shown in FIG. 1, the average shape material thickness t is defined as t L = (D L −D in ) / 2, and the thickness of the small outer diameter portion B is defined as t L = (D L −D in ) / 2. When the wall thickness is defined as t s = (D s −D in ) / 2, it can be calculated by t = (t L + t s ) / 2.

また、このαの値は、素形材図面から算出できる値である。このように、素形材の「表面積、体積、及び、平均肉厚」を用いることで、ローリング加工中の抜熱(温度低下)を予想することが可能となり、ローリング終止温度を予測することが可能となる。   The value of α can be calculated from the raw material drawing. In this way, by using the “surface area, volume, and average wall thickness” of the shaped material, it becomes possible to predict heat removal (temperature decrease) during the rolling process, and predict the rolling end temperature. It becomes possible.

(2)ローリング終止温度を求める
上記で求めたαの値を、数式2に代入することにより、ローリング終止温度Tend(℃)が得られる。なお、当方法の予測精度の面から、得られたローリング終止温度Tend(℃)に、±30℃の範囲を持たせている。
(2) Finding the rolling end temperature By substituting the value of α obtained above into Equation 2, the rolling end temperature T end (° C.) is obtained. Note that the rolling end temperature T end (° C.) obtained has a range of ± 30 ° C. from the viewpoint of prediction accuracy of this method.

(数式2)
Tend±30℃=Tini - μ×α
(Formula 2)
T end ± 30 ℃ = T ini -μ × α

ここで、Tiniは、ローリング開始温度(℃)であり、Tendは、ローリング終止温度(℃)であり、μは、実測結果から求められる係数であり、αは素形材固有の冷えやすさである。 Here, T ini is the rolling start temperature (° C.), T end is the rolling end temperature (° C.), μ is a coefficient obtained from the actual measurement result, and α is the characteristic cooling characteristic of the shape material. That's it.

数式1は、実際に製造されているローリング品について、各種形状、各種鋼種を選定し、ローリング終止温度と素形材形状との関係を調査し、その結果、終止温度と素形材形状との間に見出された関係式である。本実施形態では、μを6640とする。この「μ=6640」という値は、実測の結果から得たものである。実測の際には、鋼種・形状問わずに測定した結果であり、数式1の導出方法は、データをグラフ上にプロットし、1次の近似式で得られた結果である。   Formula 1 selects various shapes and various steel types for the rolling product that is actually manufactured, and investigates the relationship between the rolling end temperature and the shape of the shape material. As a result, the relationship between the end temperature and the shape of the shape material is determined. It is a relational expression found in between. In this embodiment, μ is 6640. This value “μ = 6640” is obtained from the result of actual measurement. In actual measurement, it is a result of measurement regardless of the steel type and shape, and the derivation method of Equation 1 is a result obtained by plotting data on a graph and obtaining a first-order approximation equation.

(3)ローリング終止温度に応じた収縮率を見積もる
上記で求めたローリング終止温度Tendと、鋼の線膨張係数βとの積が、終止温度〜室温までの収縮率δとなる。
(3) Estimating the shrinkage rate according to the rolling end temperature The product of the rolling end temperature T end obtained above and the linear expansion coefficient β of the steel is the shrinkage rate δ from the end temperature to room temperature.

(数式3)
δ=Tend×β
(Formula 3)
δ = T end × β

この収縮率δを用いて、熱間素形材の設計及び金型の設計を行う。例えば、熱間素形材の設計では、「冷間での素形材寸法÷収縮率δ」により各部の熱間寸法を算出することが可能となり、この熱間寸法を熱間作業での狙い値とする。また、金型の設計では、上記熱間素形材の設計で算出した各部の熱間寸法を用いて、リングローリング前の荒地設計(つまり、荒地の金型設計)や、リングローリング時の金型設計を行うことが可能となる。また、収縮率δを1度求めれば、同一加工であれば、以降、予め求めていた数値を使用し続けて、加工することが可能である。   Using this shrinkage rate δ, the hot shape material and the mold are designed. For example, in the design of a hot shape material, it is possible to calculate the hot size of each part by “cold shape material size ÷ shrinkage ratio δ”, and this hot size is the target for hot work. Value. Also, in the mold design, using the hot dimensions of each part calculated in the above hot shape material design, the rough land design before ring rolling (that is, the mold design of the rough land) and the mold during ring rolling Mold design can be performed. Further, once the shrinkage rate Δ is obtained, if it is the same processing, it is possible to continue processing using the numerical values obtained in advance thereafter.

(4)肉厚差がある素形材への対応
図1に示すように素形材の部位毎に肉厚差がある場合は、下記数式4より両者の肉厚比γを求める。
(4) Correspondence to raw material having a thickness difference When there is a wall thickness difference for each part of the raw material as shown in FIG.

(数式4)
γ=(DA-Din)/(DB-Din)
(Formula 4)
γ = (D A -D in ) / (D B -D in )

ここで、DAは素形材の大外径部Aの外径であり、DBは素形材の小外径部Bの外径であり、Dinは素形材の内径である。 Here, D A is the outer diameter of the large outer diameter portion A of industrial castings, D B is the outer diameter of the small outer diameter portion B of industrial castings, D in is the inner diameter of the formed and fabricated material.

この肉厚比γを下記数式5に代入することで、各部位での温度差Δt(℃)が求まる。   By substituting this thickness ratio γ into the following Equation 5, the temperature difference Δt (° C.) at each part can be obtained.

(数式5)
Δt=a×γ- b
(Formula 5)
Δt = a × γ- b

ここで、a、bは、実測結果から求められる係数である。   Here, a and b are coefficients obtained from actual measurement results.

数式5は、実際に製造されているローリング品について、各種形状、各種鋼種を選定し、各部位での温度差Δtと肉厚比γとの関係を調査し、その結果、各部位での温度差Δtと肉厚比γとの間に見出された関係式である。本実施形態では、aを41.5とし、bを11.8とする。この「41.5」及び「11.8」という値は、実測の結果から得たものである。実測の際には、鋼種・形状問わずに測定した結果であり、数式5の導出方法は、データをグラフ上にプロットし、1次の近似式で得られた結果である。   Formula 5 selects various shapes and various steel types for the rolling products that are actually manufactured, and investigates the relationship between the temperature difference Δt and the wall thickness ratio γ at each part. As a result, the temperature at each part is determined. It is a relational expression found between the difference Δt and the thickness ratio γ. In this embodiment, a is 41.5 and b is 11.8. The values “41.5” and “11.8” are obtained from actual measurement results. In actual measurement, it is a result of measurement regardless of the steel type and shape, and the derivation method of Equation 5 is a result obtained by plotting data on a graph and obtaining a first-order approximation equation.

この温度差Δt(℃)を、数式1に適用することで、部位毎の温度差Δt(℃)から生じる、収縮率δの差を予測することが可能となる。   By applying this temperature difference Δt (° C.) to Equation 1, it is possible to predict the difference in shrinkage rate δ that results from the temperature difference Δt (° C.) for each part.

具体的には、まず、数式2により、まず、大外径部Aのローリング終止温度TA_endを予測する。 Specifically, first, the rolling end temperature T A_end of the large outer diameter portion A is predicted by Equation 2.

(数式6)
TA_end±30℃=Tini-μ×α
(Formula 6)
T A_end ± 30 ℃ = T ini -μ × α

次に、肉厚差のある素形材の場合には、温度差Δtを数式5により算出する。   Next, the temperature difference Δt is calculated by Equation 5 in the case of a shaped material having a thickness difference.

次に、数式6により得られた大外径部Aのローリング終止温度TA_endから温度差Δtを引くことにより小外径部Bのローリング終止温度TB_endを予測することが可能となる。 Then, it is possible to predict the rolling termination temperature T B_end the small outer diameter portion B by subtracting the temperature difference Δt from the rolling termination temperature T A_end the large outer diameter portion A obtained by Equation 6.

(数式7)
TB_end=TA_end-Δt
(Formula 7)
T B_end = T A_end -Δt

したがって、大外径部Aの収縮率δAは、下記数式8から求めることが可能である。 Thus, the shrinkage [delta] A of the large outer diameter portion A, can be determined from the following equation 8.

(数式8)
δA=TA_end×β
(Formula 8)
δ A = T A_end × β

また、小外径部Bの収縮率δBは、下記数式9から求めることが可能である。 Further, shrinkage [delta] B of the small outer diameter portion B may be determined from the following equation 9.

(数式9)
δB=TB_end×β
(Formula 9)
δ B = T B_end × β

以上説明したように、本実施形態の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法によれば、素形材形状に応じて収縮率δA及び収縮率δBを算出することにより、実際に素形材を製造することなく、素形材の熱間寸法を精度良く予測することが可能となる。そして、素形材の熱間寸法の予測結果に基づいて素形材設計及び金型設計を行うことにより、冷間での素形材の寸法精度を向上することが可能となる。 As described above, according to the method for designing a shaped material in the hot ring rolling process of the present embodiment, by actually calculating the shrinkage rate δ A and the shrinkage rate δ B according to the shape of the shaped material, It is possible to accurately predict the hot dimension of the shaped material without producing the shaped material. Then, by performing the shape material design and the mold design based on the prediction result of the hot dimension of the shape material, it is possible to improve the dimensional accuracy of the shape material in the cold.

また、ローリング終止温度の予測による熱間狙い寸法の精度向上により、冷間寸法(客先納入寸法)の精度向上、さらには素形材取代の削減などに繋がる。また、現場操業上も、試作調整の手間が減ることになる。   In addition, by improving the accuracy of the hot target dimensions by predicting the rolling end temperature, the accuracy of the cold dimensions (customer delivery dimensions) will be improved, and the material allowance will be reduced. In addition, the labor for making prototype adjustments is reduced in the field operation.

以下、本発明の実施例について説明をする。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.

(1)素形材形状から、素形材の冷えやすさを定量化する
本実施例では、図1に示す断面形状の素形材において、素形材表面積Sが「114671mm2」、素形材体積Vが「691163mm3」、素形材平均肉厚tが、「18.125mm」である素形材を使用した。したがって、素形材固有の冷えやすさαは、数式1より「0.0092」となる。
(1) from the formed and fabricated material shape, in the present embodiment for quantifying the cold ease of industrial castings, in industrial castings sectional shape shown in FIG. 1, formed and fabricated material surface area S is "114671Mm 2", preformed A shape material having a material volume V of “691163 mm 3 ” and a shape material average thickness t of “18.125 mm” was used. Therefore, the easiness of cooling α inherent to the raw material is “0.0092” from Equation 1.

(2)肉厚差がある素形材への対応
本実施例では、大外径部Aの外径DAが「φ276.7mm」であり、小外径部Bの外径DBが「φ256.2mm」であり、内径Dinが「φ230.2mm」の素形材を用いた。したがって、肉厚比γは、数式4より、「1.79」となる。
(2) Corresponding to the shape material having a thickness difference In this embodiment, the outer diameter D A of the large outer diameter portion A is “φ276.7 mm”, and the outer diameter DB of the small outer diameter portion B is “ A shape material having a diameter of “φ256.2 mm” and an inner diameter D in of “φ230.2 mm” was used. Therefore, the thickness ratio γ is “1.79” according to Equation 4.

この肉厚比γを数式5に代入することで、大外径部A及び小外径部Bでの温度差Δt「62.5」(℃)を得た。なお、数式5におけるa、bについては、実際に製造されているローリング品について見出された数値である「41.5」及び「11.8」としている。   By substituting this thickness ratio γ into Equation 5, a temperature difference Δt “62.5” (° C.) between the large outer diameter portion A and the small outer diameter portion B was obtained. Note that “a” and “b” in Equation 5 are “41.5” and “11.8”, which are numerical values found for a rolling product that is actually manufactured.

この数式5における「41.5」及び「11.8」という値は、実測の結果から得たものであり、鋼種、素形材形状問わずに測定した結果、実測値をプロットし、1次の近似式で得られた数値である。具体的には、鋼種がSUJ2であり、γが2.069であり、Δtが66℃である。   The values “41.5” and “11.8” in Equation 5 are obtained from the actual measurement results. As a result of measuring regardless of the steel type and the shape of the material, the actual measurement values are plotted, and a first-order approximation formula is used. It is the obtained numerical value. Specifically, the steel type is SUJ2, γ is 2.069, and Δt is 66 ° C.

この温度差Δt(℃)を、数式1に適用することで、部位毎の温度差Δt(℃)から生じる、収縮率δの差を予測した。   By applying this temperature difference Δt (° C.) to Equation 1, the difference in shrinkage rate δ resulting from the temperature difference Δt (° C.) for each part was predicted.

具体的には、まず、数式6により、まず、大外径部Aのローリング終止温度TA_endを求めると「946℃」となる。 Specifically, first, when the rolling end temperature T A_end of the large outer diameter portion A is obtained by Equation 6, “946 ° C.” is obtained.

なお、数式6におけるμについては、実際に製造されているローリング品について見出された数値である「6640」としている。   Note that μ in Expression 6 is “6640” which is a numerical value found for a rolling product actually manufactured.

この数式6における「6640」という値は、実測の結果から得たものであり、鋼種、素形材形状問わずに測定した結果、実測値をプロットし、1次の近似式で得られた数値である。具体的には、図3に示すように、鋼種がSUJ2であり、終止温度が907.8℃であり、αが0.0125である。   The value of “6640” in Equation 6 is obtained from the actual measurement result. As a result of the measurement regardless of the steel type and the shape of the material, the actual measurement value is plotted, and the numerical value obtained by the first order approximate expression. It is. Specifically, as shown in FIG. 3, the steel type is SUJ2, the end temperature is 907.8 ° C., and α is 0.0125.

次に、数式6により得られた大外径部Aのローリング終止温度TA_end「946℃」を用いて、数式7から小外径部Bのローリング終止温度TB_endを求めると、「883.5℃」となる。 Then, using a rolling termination temperature T A_end "946 ° C." of the resulting large outer diameter portion A by Equation 6, when obtaining the rolling termination temperature T B_end the small outer diameter portion B from Equation 7, "883.5 ° C." It becomes.

したがって、大外径部Aの収縮率δAは、数式8から「1.10」となる。なお、鋼の線膨張係数βの値は「11.6×10-6」である。 Accordingly, shrinkage [delta] A of the large outer diameter portion A is "1.10" from the equation (8). The value of the coefficient of linear expansion β of steel is “11.6 × 10 −6 ”.

また、小外径部Bの収縮率δBは、数式9から「1.02」となる。 Further, the shrinkage ratio δ B of the small outer diameter portion B is “1.02” from Expression 9.

上記の方法にて、終止温度・収縮率を予測し、実機にて確認を行った結果を表1に示す。   Table 1 shows the results of predicting the end temperature and shrinkage rate by the above method and confirming with the actual machine.

Figure 0005363792
Figure 0005363792

各部位での収縮率を比較すると、従来方法にて導出した収縮率(δA=1.30%、δB=1.30%)と、実機テスト結果(δA=1.16%、δB=1.09%)とは、比較的大きな誤差が生じている。一方、本実施例の予測方法にて導出した収縮率(δA=1.10%、δB=1.02%)と、実機テスト結果(δA=1.16%、δB=1.09%)とは良く一致することがわかる。 Comparing the shrinkage rate at each part, the shrinkage rate derived by the conventional method (δ A = 1.30%, δ B = 1.30%) and the actual machine test results (δ A = 1.16%, δ B = 1.09%) Has a relatively large error. On the other hand, the shrinkage rate (δ A = 1.10%, δ B = 1.02%) derived by the prediction method of this example and the actual machine test results (δ A = 1.16%, δ B = 1.09%) agree well. I understand that.

表2は、従来の設計方法を適用した場合の小外径部(寸法φDs)の冷間寸法結果を示す表である。従来は、大外径部(φDL)、小外径部(φDS)の温度差を考慮せずに設計しているため、つまり、小外径部の収縮率を、大外径部と同一としているため、狙い値通りの寸法が得られない。具体的には、狙い値よりも寸法が大きめに外れる。 Table 2 is a table showing the cold dimension result of the small outer diameter portion (dimension φD s ) when the conventional design method is applied. Conventionally, it is designed without considering the temperature difference between the large outer diameter part (φD L ) and the small outer diameter part (φD S ), that is, the shrinkage rate of the small outer diameter part is Since they are the same, the target dimensions cannot be obtained. Specifically, the dimension is larger than the target value.

一方、本実施例の場合は、表2から分かるように、大外径部と小外径部との温度差を予め予測し、部位毎に適切な収縮率を適用しているため、狙いどおりの冷間寸法が得られることがわかる。   On the other hand, in the case of the present embodiment, as can be seen from Table 2, the temperature difference between the large outer diameter portion and the small outer diameter portion is predicted in advance, and an appropriate shrinkage rate is applied to each part. It can be seen that the cold dimension is obtained.

Figure 0005363792
Figure 0005363792

このように、従来の設計方法では、非対称形状の素形材の場合には、部位毎の温度差が予測できていなかったため、狙い寸法との誤差が生じていたが、本実施例の設計方法では、ほぼ狙い通りの寸法となっている。よって、本発明の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法の妥当性が証明された。   Thus, in the conventional design method, in the case of an asymmetric shaped material, the temperature difference for each part could not be predicted, and thus an error from the target dimension occurred. Then, the dimensions are almost as intended. Therefore, the validity of the method for designing the shape material in the hot ring rolling process of the present invention was proved.

本実施形態の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法が適用される素形材の形状の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the shape of the shaped material to which the design method of the shaped material in the hot ring rolling process of this embodiment is applied. 本実施形態の数式5の導出方法を示す図である。It is a figure which shows the derivation method of Numerical formula 5 of this embodiment. 本実施形態の数式2及び数式6の導出方法を示す図である。It is a figure which shows the derivation method of Numerical formula 2 and Numerical formula 6 of this embodiment.

Claims (7)

所定の形状に熱間リングローリング加工される素形材の設計方法であって、
前記素形材の表面積、体積、及び平均肉厚から素形材固有の冷えやすさを求める工程と、
ローリング開始温度及び前記素形材固有の冷えやすさからローリング終止温度を求める工程と、
前記ローリング終止温度及び前記素形材の線膨張係数とから収縮率を求める工程と、
前記求められた熱収縮率を使用して、素形材設計または金型設計を行う工程と、
を有することを特徴とする熱間リングローリング加工における素形材の設計方法。
A method of designing a shaped material that is hot ring rolled into a predetermined shape,
Determining the easiness of cooling of the shape material from the surface area, volume, and average thickness of the shape material; and
Determining the rolling end temperature from the rolling start temperature and the easiness of cooling inherent to the shape material;
Obtaining a shrinkage rate from the rolling end temperature and the linear expansion coefficient of the shaped material; and
Using the obtained heat shrinkage rate, and performing a shape material design or mold design;
A method for designing a shape material in hot ring rolling, characterized by comprising:
前記素形材が、肉厚差がある大外径部及び小外径部を有する場合には、
前記大外径部及び前記小外径部の肉厚比を求める工程と、
前記肉厚比から前記大外径部及び前記小外径部の温度差を求める工程と、
をさらに含み、
前記ローリング終止温度を求める工程において、
前記大外径部の前記ローリング終止温度及び前記温度差とから前記小外径部のローリング終止温度を求め、
前記収縮率を求める工程において、
前記大外径部の前記ローリング終止温度及び前記線膨張係数とから前記大外径部の収縮率を求めるとともに、前記小外径部の前記ローリング終止温度及び前記線膨張係数とから前記小外径部の収縮率を求める、ことを特徴とする請求項1に記載の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法。
In the case where the raw material has a large outer diameter portion and a small outer diameter portion having a thickness difference,
Obtaining a wall thickness ratio of the large outer diameter portion and the small outer diameter portion;
Obtaining a temperature difference between the large outer diameter portion and the small outer diameter portion from the thickness ratio;
Further including
In the step of determining the rolling end temperature,
Determine the rolling end temperature of the small outer diameter portion from the rolling end temperature and the temperature difference of the large outer diameter portion,
In the step of determining the shrinkage rate,
The shrinkage rate of the large outer diameter portion is determined from the rolling end temperature and the linear expansion coefficient of the large outer diameter portion, and the small outer diameter is determined from the rolling end temperature and the linear expansion coefficient of the small outer diameter portion. The shrinkage rate of a part is calculated | required, The shape material design method in the hot ring rolling process of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記素形材固有の冷えやすさを求める工程において、前記素形材固有の冷えやすさは下記数式1により求められることを特徴とする請求項1または2に記載の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法。
(数式1)
α=(S÷V)÷t
ここで、αは冷えやすさであり、Sは素形材の表面積であり、Vは素形材の体積であり、tは素形材の平均肉厚である。
3. The element in the hot ring rolling process according to claim 1, wherein in the step of determining the easiness of cooling inherent to the shape material, the easiness of cooling inherent to the shape material is obtained by the following mathematical formula 1. How to design a shape.
(Formula 1)
α = (S ÷ V) ÷ t
Where α is the ease of cooling, S is the surface area of the shaped material, V is the volume of the shaped material, and t is the average thickness of the shaped material.
前記ローリング終止温度を求める工程において、前記ローリング終止温度は下記数式2により求められることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法。
(数式2)
Tend±30℃=Tini-μ×α
ここで、Tiniは、ローリング開始温度(℃)であり、Tendは、ローリング終止温度(℃)であり、μは、実測結果から求められる係数であり、αは素形材固有の冷えやすさである。
The method for designing a shape material in hot ring rolling according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step of obtaining the rolling end temperature, the rolling end temperature is obtained by the following mathematical formula 2.
(Formula 2)
T end ± 30 ℃ = T ini -μ × α
Here, T ini is the rolling start temperature (° C.), T end is the rolling end temperature (° C.), μ is a coefficient obtained from the actual measurement result, and α is the characteristic cooling characteristic of the shape material. That's it.
前記収縮率を求める工程において、収縮率は下記数式3により求められることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の熱間リングローリング加工における素形材の設計
方法。
(数式3)
δ=Tend×β
ここで、δは収縮率であり、Tendは、ローリング終止温度(℃)であり、βは素形材の線膨張係数である。
The method for designing a shape material in hot ring rolling according to any one of claims 1 to 4, wherein in the step of obtaining the shrinkage rate, the shrinkage rate is obtained by the following mathematical formula 3.
(Formula 3)
δ = T end × β
Here, δ is a shrinkage rate, T end is a rolling end temperature (° C.), and β is a linear expansion coefficient of the base material.
前記肉厚比を求める工程において、前記肉厚比は下記数式4により求められることを特徴とする請求項に記載の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法。
(数式4)
γ=(DA-Din)/(DB-Din)
ここで、γは肉厚比であり、DAは素形材の大外径部の外径であり、DBは素形材の小外径部の外径であり、Dinは素形材の内径である。
3. The method for designing a shape material in hot ring rolling according to claim 2 , wherein in the step of obtaining the thickness ratio, the thickness ratio is obtained by the following mathematical formula 4.
(Formula 4)
γ = (D A -D in ) / (D B -D in )
Where γ is the thickness ratio, D A is the outer diameter of the large outer diameter portion of the shaped material, D B is the outer diameter of the smaller outer diameter portion of the shaped material, and D in is the original shape The inner diameter of the material.
前記温度差を求める工程において、前記温度差は下記数式5により求められることを特徴とする請求項に記載の熱間リングローリング加工における素形材の設計方法。
(数式5)
Δt=a×γ- b
ここで、Δtは温度差であり、γは肉厚比であり、a、bは、実測結果から求められる係数である。
The method for designing a shaped member in hot ring rolling according to claim 2 , wherein in the step of obtaining the temperature difference, the temperature difference is obtained by the following mathematical formula 5.
(Formula 5)
Δt = a × γ- b
Here, Δt is a temperature difference, γ is a thickness ratio, and a and b are coefficients obtained from actual measurement results.
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