JP5440578B2 - 厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃および厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃の平面形状の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ギロチン式クロップシャーの上刃に関し、特に切断能力に優れ、高強度鋼の切断に好適なものに関する。

厚板工場では、鋼板の幅方向の両端部をサイドシャーで切断後、長手方向の両端部をギロチン式クロップシャーで切り落として矩形とする。

図６はギロチン式クロップシャーの構造を模式的に示し、門型ハウジング（図では省略）の内部で、上方に吊り上げた、レーキ角θを有する上刃１と下刃３の間に載置した鋼板２に、上刃１を落下（落下方向：矢印５）させて剪断する。

鋼板用ギロチン式クロップシャーのレーキ角θは一般に０．５〜５°のものが使用されている。

ギロチン式クロップシャーでは、上方に吊り上げた上刃１と下刃３の間隔は、鋼板２の全厚ｔを剪断するのに十分なストローク４が得られるように設定される。

ギロチン式クロップシャーの切断力は、上刃１の被切断材への押し付け力と上刃１のレーキ角θに依存し、硬くて厚い等難切断材料を切断する場合は、押し付け力を増大させるか、レーキ角θを大きくする。

押し付け力の増大は上刃の駆動装置の増強や門型フレームの補強が必要で大掛かりな設備工事となるため容易に実施できない。

レーキ角を大きくする場合、１．上刃自体の大きさ（刃基での刃先高さ）は従来のままとし、レーキ角のみを大きくする、２．上刃もレーキ角も大きくすることによる。

しかし、既設の装置において、上刃の大きさを変えずにレーキ角のみを大きくする方法は、図７に示すように鋼板の板厚ｔによっては、刃先においてストローク４が不足して切り残し部２１が発生する。

また、上刃もレーキ角も大きくする方法は図８に示すように、鋼板２の板厚ｔによっては、上刃１を吊り上げた状態においても、刃元に接触する部分２２が発生し、切断のため、鋼板２を上刃の下に移動させることができない。

特許文献１は、レーキ角を大きくして、切断力を向上させた厚鋼板用剪断機に関し、ギロチン式クロップシャーにおいて上刃のレーキ角を、中央部は一定で、両端部にかけて大きくし刃先の幅方向の形状を略鍋底状とする、切断時の門型フレームへの負荷を減少させる厚鋼板用剪断機が記載されている。

実開平２−７９１１号公報

ところで、ギロチン式クロップシャーにおいて上刃は消耗品で、適宜新品と交換される。例えば、鉄鋼メーカーの厚鋼板製造分野では約４週間に1回の頻度で実施される。

一方、厚板需要分野では、ラインパイプ材でＡＰＩ規格Ｘ１２０鋼の商用試作生産も開始される等、鋼材の高強度化が進展し、剪断作業への負荷は増大する傾向で、剪断能力の向上が要望されている。

従って、既設のギロチン式クロップシャーの切断能力を向上させ、且つ製造が容易で安価に入手できる交換用上刃への要望は強いところ、特許文献１記載の厚鋼板用剪断機に用いられる上刃は形状が複雑で生産性に劣ること、及び複雑な形状のため、既存の設備で、切断できる鋼板寸法への影響が懸念される。

そこで、本発明は、製造が容易で切断力に優れる上刃およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、直線状の刃（以下、直刃）を有する上刃を用いるギロチン式クロップシャーの切断では切断荷重のピークが、切断初期に発生し、その後低下することに着目し、上刃のうち、切断初期を受け持つ領域の刃先のレーキ角を大きくする着想を得た。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．刃幅方向に屈折点を挟んで、連続する二つの直刃の、刃元側の直刃のレーキ角が刃先側の直刃のレーキ角（但し、０°の場合を除く）より大きい、厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃。
２．刃幅方向に屈折点を挟んで、連続する二つの直刃の、刃元側の直刃のレーキ角が刃先側の直刃のレーキ角（但し、０°を除く）より大きい厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃の平面形状を前記刃先側のレーキ角（但し、０°を除く）を有する単一の直刃からなる上刃の平面形状から求める方法であって、刃幅方向に以下の手順で求めた屈折点を挟んで、連続する二つの直刃の、刃元側の直刃のレーキ角が刃先側の直刃のレーキ角（但し、０°を除く）より大きいギロチン式クロップシャー用上刃の平面形状とすることを特徴とする厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃の平面形状の決定方法。
手順１：レーキ角θ _２ の直刃からなる上刃で、上刃の食い込み量と切断荷重の関係を求め、尖頭荷重経過後、切断荷重が当該尖頭荷重の８０〜４５％となる上刃の食い込み量ｄを求める。
手順２：ＸＹ座標上に、レーキ角θ _２ の直刃からなる上刃形状を、刃元側端部をY軸、その先端部Ｂを原点としてプロットし、前記上刃形状の刃上でｄ／ｔａｎθ _２ がＸ座標となる点を屈折点とする。
手順３：手順２で求めた屈折点からレーキ角θ _１ の直線を引き、Y軸との交点を、新たな刃元側端部の先端部とする。
手順４：手順３で求めた刃元側先端部と屈折点を結んだ直線を刃元側の直刃、屈折点から刃先先端部を結ぶ直線を刃先側の直刃とする。
但し、屈折点から刃元側の直刃はレーキ角θ _１、 刃先側の直刃はレーキ角をθ _２ とする。
３．刃幅方向に複数の屈折点を挟んで、連続する直刃を有する厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃であって、各直刃のレーキ角が、刃元側の直刃から刃先側の直刃（但し、０°を除く）にかけて逐次減少することを特徴とする厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃。

本発明によれば，以下の効果が得られ産業上極めて有用である。
１．既存設備の切断において、切断時の尖頭荷重が小さくなるので、切断時にフレームと刃先に作用する反力が低下し、設備寿命と上刃寿命が延長する。
２．切断時の尖頭荷重が小さくなるので、既存設備で、より高強度の鋼材の切断が可能で、更に、刃先が２段に屈折した形状のため、切断可能寸法を変更する必要がない。
３．既存設備より小型で、既存設備と同じ切断能力を備えた設備が可能である。

本発明例。 本発明例。 切断荷重と食い込み量の関係を示す図。 食い込み量と切断材の板厚の関係を示す図。 切断荷重における尖頭荷重と定常最大荷重の関係を示す図。 従来例。 従来例。 従来例。

図３は、ギロチン式クロップシャーの切断における、鋼材への食い込み量と切断荷重の関係を模式的に示す図で、ギロチン式クロップシャーの切断荷重は、切断の初期において、最初のピーク値（以下、尖頭荷重）に達した後、次第に安定して定常最大荷重となる。図５は尖頭荷重／定常最大荷重比と切断荷重の関係を示す図で、図より、定常最大荷重は、尖頭荷重の約８０〜４５％である。

図４は尖頭荷重が発生する際の食い込み量と材料板厚の関係を示す図で、食い込み量が板厚の約３０〜８０％となると尖頭荷重が発生する。

本発明では、尖頭荷重を低減するように、切断初期に、材料に食い込む刃のレーキ角を、尖頭荷重が生じた後に材料に新たに食い込みはじめる刃のレーキ角より大きくすることを特徴とする。

図１は、本発明に係る上刃の形状を模式的に説明する上面図で、図において１は上刃、１１、１２は直刃、１３は背、１４は刃元、１５は刃先、ｈ_１は刃元における刃面高さ、ｈ_２は刃先における刃面高さ、ｈ_３は屈折点における刃面高さを示す。

上刃１は刃幅Ｗの方向に屈折点ｃを挟んで、連続する二つの直刃１１、１２を有し、刃元側の直刃１１のレーキ角θ_１が刃先側の直刃１２のレーキ角θ_２より大きい。

切断初期は、刃元側の直刃１１が受けもつので、刃先側の直刃１２と同じレーキ角θ_２の直刃からなる上刃で切断する場合と比較して、尖頭荷重が減少する。以下、図１に示す上刃形状を決定する手順について、図２を用いて具体的に説明する。

図２はレーキ角θ_２の単一の直刃からなる上刃（以下、レーキ角θ_２の直刃からなる上刃）にレーキ角θ１の直刃を付加した外観形状をＸＹ座標軸上において示す図で、図において１´はレーキ角θ_２の直刃１２からなる上刃で、四周部をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする。

手順１：レーキ角θ_２の直刃からなる上刃１´で、図３に一例を示した上刃の食い込み量と切断荷重の関係を求め、尖頭荷重経過後、切断荷重が当該尖頭荷重の８０〜４５％となる上刃の食い込み量ｄを求める。

次に、尖頭荷重を当該尖頭荷重の８０〜４５％の大きさの切断荷重まで低減させるため、直刃１２において、切断開始から尖頭荷重が発生するまでの切断を受け持つ部分のレーキ角をレーキ角θ_２より大きくする。

レーキ角θ_２の直刃からなる上刃１´で尖頭荷重が発生する際の食い込み量をｄとすると、鋼板表面における、鋼板端部からの切断長さはｄ／ｔａｎθ_２となるので、図２に示す幾何学的関係を用いて屈折点Ｅの位置が特定される。

手順２：ＸＹ座標上に、レーキ角θ_２の直刃１２からなる上刃１´の形状を、刃元側の端部１４´をY軸、その先端部Ｂを原点としてプロットし、前記直刃１２の刃上においてｄ／ｔａｎθ_２がＸ座標となる点を屈折点Ｅとする。

手順３：手順２で得られた屈折点Ｅからレーキ角θ_１の直線を引き、Y軸との交点を、刃元側の端部１４´の新たな先端部Ｂ´とする。

手順４：手順３で求めた先端部Ｂ´と屈折点Ｅを結んだ直線を刃元側の直刃１１、屈折点Ｅから刃先先端部Ｃを結んだ直線を刃先側の直刃１２とする。

尚、屈折点から刃元側の直刃のレーキ角θ_１は刃先側の直刃のレーキ角θ_２より大きければ良く特に規定しない。但し、レーキ角θ_１が大きすぎると、鋼材に未切断領域が発生するので、切断する鋼材寸法に応じて適宜決定することが必要である。

尚、図４に示すように食い込み量が板厚の約３０〜８０％となると尖頭荷重が発生するので、屈折点ｃにおける刃面高さｈ_３は、幾何学的関係より求まる下式を満たすように設定することも可能である。但しθ_２は、刃先側の直刃のレーキ角をθ_２とする。
（刃先での刃面高さｈ_２＋刃幅Ｗ×ｔａｎθ_２）−０．８×切断する鋼材の板厚ｔ≦ｈ_３≦（刃先での刃面高さｈ_２＋刃幅Ｗ×ｔａｎθ_２）−０．３×切断する鋼材の板厚ｔ
上刃の幅が切断する鋼材の幅Ｗより広い場合は、鋼材の幅Ｗの部分について刃先形状を求めた後、幅方向にレーキ角に沿って延長する。

以上の説明では、屈折点が一つの場合について述べたが、更に刃元側の直刃に屈折点を設け、刃元側から刃先側にかけて逐次レーキ角が小さくなるようにすると、切断初期における切断荷重の上昇がなだらかとなり、表面性状に優れる切断面が得られ好ましい。

１ 上刃
１１、１２ 直刃
１３ 背
１４ 刃元
１５ 刃先
２ 被切断材（鋼材）
２１ 未切断部
２２ 接触部
３ 下刃
４ ストローク
５ 圧下方向
ｈ_１ 刃元高さ
ｈ_２ 刃先高さ
ｈ_３ 屈折点における刃の高さ
θ、θ_１、θ_２ レーキ角

Claims (3)

1. 刃幅方向に屈折点を挟んで、連続する二つの直刃の、刃元側の直刃のレーキ角が刃先側の直刃のレーキ角より大きい（但し、いずれのレーキ角も正角であり、０°の場合を除く）厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃。
2. 刃幅方向に屈折点を挟んで、連続する二つの直刃の、刃元側の直刃のレーキ角が刃先側の直刃のレーキ角より大きい（但し、いずれのレーキ角も正角であり、０°を除く）厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃の平面形状を前記刃先側のレーキ角を有する単一の直刃からなる上刃の平面形状から求める方法であって、刃幅方向に以下の手順で求めた屈折点を挟んで、連続する二つの直刃の、刃元側の直刃のレーキ角が刃先側の直刃のレーキ角より大きいギロチン式クロップシャー用上刃の平面形状とすることを特徴とする厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃の平面形状の決定方法。
   手順１：レーキ角θ_２の直刃からなる上刃で、上刃の食い込み量と切断荷重の関係を求め、尖頭荷重経過後、切断荷重が当該尖頭荷重の８０〜４５％となる上刃の食い込み量ｄを求める。
   手順２：ＸＹ座標上に、レーキ角θ_２の直刃からなる上刃形状を、刃元側端部をＹ軸、その先端部Ｂを原点としてプロットし、前記上刃形状の刃上でｄ／ｔａｎθ_２がＸ座標となる点を屈折点とする。
   手順３：手順２で求めた屈折点からレーキ角θ_１の直線を引き、Ｙ軸との交点を、新たな刃元側端部の先端部とする。
   手順４：手順３で求めた刃元側先端部と屈折点を結んだ直線を刃元側の直刃、屈折点から刃先先端部を結ぶ直線を刃先側の直刃とする。
   但し、屈折点から刃元側の直刃はレーキ角θ_１、刃先側の直刃はレーキ角をθ_２とする。
3. 刃幅方向に複数の屈折点を挟んで、連続する直刃を有する厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃であって、各直刃のレーキ角が、刃元側の直刃から刃先側の直刃にかけて逐次減少すること（但し、いずれのレーキ角も正角であり、０°を除く）を特徴とする厚鋼板用ギロチン式クロップシャー用上刃。

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