JP5991304B2

JP5991304B2 - せん断制御方法およびせん断制御装置

Info

Publication number: JP5991304B2
Application number: JP2013246554A
Authority: JP
Inventors: 侑一篠崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: JP2015104758A

Description

本発明は、クロップシャーにおける鋼板のせん断制御方法およびせん断制御装置に関する。

一般に、厚板工場のせん断ラインでは、鋼板はクロップシャー、サイドシャー、エンドシャーの３種のせん断機で順にせん断される。上流のクロップシャーでは、鋼板のトップおよびボトムの粗切りが実施され、下流のエンドシャーで本切りが実施されて製品とされる。各せん断機のせん断方式には、ダウンカット方式およびローリングカット方式の２つの方式がある。いずれの方式においても、上刃が押し下げられることで、固定された下刃との間の鋼板がせん断される。このときにせん断機に発生する鉛直方向のせん断荷重は、特許文献１などに開示されているように、次式（１）で表される。

各せん断機では、上記式（１）に基づいて算出されるせん断荷重が設備強度を超えないように、せん断可能範囲が設定される。すなわち、各せん断機におけるせん断可能範囲とは、せん断対象の鋼板について、その板厚とせん断抵抗とにより、上記式（１）に基づいて決定されるせん断機におけるせん断可否を意味する。

特開２０１２−１３９７８７号公報

上記のように設定されたせん断機のせん断可能範囲を超える鋼板は、ガス切断により切断される。しかしながら、ガス切断による切断は、せん断機によるせん断より能率が低くコストが高い。したがって、いかにガス切断により切断される鋼板の比率を低減させるかは、せん断ラインにおける重要な課題である。そのために、せん断機における各鋼板のせん断荷重を低減させて、せん断機のせん断可能範囲を拡大することができる技術が期待されている。

ここで、上記（１）式によれば、ナイフレーキ角（上刃が鋼板に切り込む角度）θを大きくすれば、せん断荷重を低減させることができることがわかる。また、剪断機の設備強度を大きくすることによっても、せん断可能範囲を拡大することができる。しかしながら、ナイフレーキ角θを大きくするにも、せん断機の設備強度を大きくするにも、設備の改造を要するのでコストが嵩む。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストで鋼板のせん断荷重を低減させて、せん断可能範囲を拡大可能なせん断制御方法およびせん断制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るせん断制御方法は、クロップシャーにおける鋼板のせん断処理を制御するせん断制御方法であって、鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、クリアランス率を変化させてせん断荷重を測定するステップと、鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、せん断荷重が最小となるクリアランス率を導出するステップと、導出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を、鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応づけたクリアランス率設定データを記憶するステップと、記憶された前記クリアランス率設定データを参照して、せん断対象の鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応する、前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を抽出するステップと、抽出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率に基づく前記鋼板のせん断処理を制御するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るせん断制御装置は、クロップシャーにおける鋼板のせん断処理を制御するせん断制御装置であって、鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、クリアランス率を変化させてせん断荷重を測定する手段と、鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、せん断荷重が最小となるクリアランス率を導出する手段と、導出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を、鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応づけたクリアランス率設定データを記憶する手段と、記憶された前記クリアランス率設定データを参照して、せん断対象の鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応する、前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を抽出する手段と、抽出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率に基づく前記鋼板のせん断処理を制御する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、低コストで鋼板のせん断荷重が低減して、せん断可能範囲を拡大することができる。

図１Ａは、本発明が適用されるせん断機におけるせん断方式を説明するための図である。図１Ｂは、本発明が適用されるせん断機におけるせん断方式を説明するための図である。図２Ａは、本発明が適用されるせん断機におけるクリアランスを説明するための図である。図２Ｂは、本発明が適用されるせん断機におけるクリアランスを説明するための図である。図２Ｃは、本発明が適用されるせん断機におけるクリアランスを説明するための図である。図３は、本発明が適用されるせん断機におけるクリアランス率とせん断抵抗との関係を例示する図である。図４は、本発明の一実施形態に係るせん断制御システムの制御装置の概略構成を示す模式図である。図５は、本実施形態のクリアランス率設定データのデータ構成例を示す図である。図６Ａは、本実施形態の登録処理手順を示すフローチャートである。図６Ｂは、本実施形態の参照処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるせん断制御方法およびせん断制御装置について、詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

まず、図１Ａ〜図１Ｂを参照して本発明が適用されるせん断機のせん断方式について説明する。せん断機のせん断方式には、前述したように、図１Ａに示すダウンカット方式と、図１Ｂに示すローリングカット方式との２方式がある。図１Ａに示すように、ダウンカット方式のせん断機では、下刃２の上に配置された鋼板Ｓに対して上刃１ａが鉛直方向に押し下げられて、鋼板Ｓがせん断される。また、図１Ｂに示すように、ローリングカット方式のせん断機では、円弧状の上刃１ｂが回転することにより下刃２の上に配置された鋼板Ｓに押し付けられて、鋼板Ｓがせん断される。いずれの方式においても、上刃１（１ａ、１ｂ）が鉛直方向下方に押し下げられることで、固定された下刃２との間の鋼板Ｓがせん断される。せん断抵抗Ｋ（ＭＰａ）、板厚ｔ（ｍｍ）の鋼板Ｓをせん断する際に、せん断機に発生する鉛直方向のせん断荷重は、前述したように、次式（２）で表される。なお、ナイフレーキ角θとは、せん断対象の鋼板Ｓに上刃１が切り込む角度を意味する。

次に、図２Ａ〜図２Ｃを参照して、本発明が適用されるせん断機におけるクリアランスについて説明する。クリアランス３とは、上刃１と下刃２との間にできる水平方向の隙間のことである。上刃１が鉛直方向下方に押し下げられると、下刃２の上に配置された鋼板Ｓには、上刃１と下刃２とにより上下からクラック４が生じる。そこで、せん断機では、通常、図２Ｂに示すように、上下２本のクラック４が会合するように、クリアランス３が調整される。クリアランス３が小さ過ぎる場合には、図２Ａに示すように、上下２本のクラック４に囲まれた部分（タング）に２次せん断を受ける部分が生じてしまう。一方、クリアランス３が大き過ぎる場合には、図２Ｃに示すように、上下２本のクラック３が離れて破断面の傾きが大きくなってしまう。すなわち、クリアランス３が小さ過ぎても大き過ぎても、鋼板Ｓのせん断面の性状が悪化する。このように、クリアランス３は、せん断処理における重要な因子であって、板厚ｔとの比（クリアランス率＝クリアランス／板厚）によって評価される。

一方、クリアランス率が増大すると、曲げモーメントによる引張力が大きくなるため、図３に例示するように、せん断抵抗Ｋが低減すること、すなわち、せん断荷重Ｐが低減することが知られている。そこで、本発明は、予め各鋼板Ｓのせん断抵抗Ｋ（ＭＰａ）および板厚ｔ（ｍｍ）ごとにせん断荷重を低減させる最適なクリアランス率を設定する。

次に、図４を参照して、本発明の一実施形態であるせん断制御方法を実行するせん断制御装置１０について説明する。せん断制御装置１０は、ワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置によって実現される。このせん断制御装置１０は、図４に示すように、電源スイッチおよび入力キーなどの入力デバイスである入力装置１２と、表示装置や印刷装置などの出力装置１３と、ＲＯＭやＲＡＭなどの各種メモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体およびその読み書き装置などである記録装置１４と、歪ゲージＭとを備える。歪ゲージＭは、せん断機のハウジングあるいは上刃１を昇降させるクランク軸などに取り付けられ、せん断荷重を測定する。なお、記録装置１４は、ＬＡＮやインターネットなどの電気通信回線を介してせん断制御装置１０と通信する構成としてもよい。

記録装置１４には、図５に例示するクリアランス率設定データが格納されている。このクリアランス率設定データには、せん断対象の鋼板の板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋごとの最適なクリアランス率が設定されている。この最適なクリアランス率は、後述のせん断制御処理によって決定される。

せん断制御装置１０は、電気通信回線やプロセスコンピュータなどを介してせん断機に接続される。また、せん断制御装置１０は、情報処理装置内部のＣＰＵなどの演算処理装置１１がメモリに記憶された制御プログラムを実行することによって、データ読込部１１１、演算部１１２、データ登録部１１３、データ参照部１１４として機能する。これら各部の機能については後述する。

ここで、図６Ａ、図６Ｂのフローチャートを参照して、本実施の形態のせん断制御処理手順について説明する。本実施の形態のせん断制御処理は、登録処理と参照処理とを含む。

まず、図６Ａのフローチャートを参照して、登録処理手順について説明する。図６Ａのフローチャートは、例えば、オペレータが入力装置１２を操作して登録処理開始の指示を入力したタイミングで開始となり、登録処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、データ読込部１１１が、入力装置１２などを介して入力された鋼板Ｓの板厚ｔ、せん断抵抗Ｋ、およびクリアランス率のデータを読み込む。次に、データ読込部１１１が、歪ゲージＭにより測定されたせん断荷重の実測値Ｐｒを受信する。次に、データ読込部１１１が、例えば、オペレータに指示を出すなどしてクリアランス率を変化させ、入力装置１２を介して変化したクリアランス率のデータを読み込む。その後、データ読込部１１１が、歪ゲージＭにより測定されたせん断荷重の実測値Ｐｒを受信する。クリアランス率の変更を手動で実施して、その都度データを読み込むことにしてもかまわない。このように、データ読込部１１１が、同一の板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋの鋼板について、変化させたクリアランス率と、せん断荷重の実測値Ｐｒとを受信する処理を繰り返す。このようにして、同一の板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋの鋼板について、クリアランス率が変化した場合のせん断荷重の実測値Ｐｒが得られる。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、登録処理は、ステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、演算部１１２が、ステップＳ１の処理で得られたデータのうち、鋼板Ｓの板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋごとに、せん断荷重の実測値Ｐｒが最小となるクリアランス率を特定し、これを最適なクリアランス率として導出する。なお、演算部１１２は、鋼板Ｓへのかみ込みが発生せずに確実に鋼板Ｓがせん断される場合のせん断荷重の実測値Ｐｒをクリアランス率の最適化の対象とする。また、演算部１１２は、せん断荷重の実測値Ｐｒと上記式（２）により算出される理論値Ｐとの比（Ｐｒ／Ｐ）に基づいて、異なる板厚およびせん断抵抗に対するせん断荷重の実測値Ｐｒを総合的に評価することによって、最適なクリアランス率を導出してもよい。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、登録処理は、ステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、データ登録部１１３が、ステップＳ２の処理で導出された鋼板Ｓの板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋごとの最適なクリアランス率をクリアランス率設定データとして、記録装置１４に記憶させる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の登録処理は終了する。

次に、図６Ｂのフローチャートを参照して、参照処理手順について説明する。図６Ｂのフローチャートは、例えば、オペレータが入力装置１２を操作して対象の鋼板Ｓのせん断開始の指示を入力したタイミングで開始となり、参照処理はステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、データ読込部１１１が、入力装置１２などを介して入力されたせん断対象の鋼板Ｓの板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋのデータを読み込む。次に、データ参照部１１４が、記録装置１４に記憶されているクリアランス率設定データを参照し、読み込まれた板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋに対応する最適なクリアランス率を読み込む。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、参照処理は、ステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ１２の処理では、データ参照部１１４が、ステップＳ１１の処理で読み込まれた最適なクリアランス率をせん断機に通知する。なお、せん断機では、通知された最適なクリアランス率に基づいてクリアランス３が設定されて鋼板Ｓがせん断される。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、一連の参照処理は終了する。

以上、説明したように、本実施の形態のせん断制御方法およびせん断制御装置１０によれば、演算部１１２が予め鋼板Ｓの板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋごとに、せん断荷重が低減される最適なクリアランス率を導出し、データ登録部１１３がクリアランス率設定データとして記録装置１４に記憶させる。そして、鋼板Ｓをせん断する際に、データ参照部１１４がクリアランス率設定データを参照して、せん断対象の鋼板Ｓの板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋに基づいて最適なクリアランス率を読み出して、せん断機に通知することにより、せん断機のクリアランス３を制御する。これにより、鋼板Ｓは、せん断荷重が最小となるクリアランス３が設定されたせん断機でせん断される。このように、本実施の形態のせん断制御方法およびせん断制御装置によれば、クロップシャーにおいて、設備改造を要することなく低コストで鋼板のせん断荷重が低減して、せん断可能範囲を拡大することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。例えば、せん断対象の鋼板Ｓの板厚ｔおよびせん断抵抗Ｋに基づいて読み出された最適なクリアランス率を、せん断機に通知してもよい。これにより、せん断機のクリアランス３を制御するにあたり、剪断機のクリアランス率変更作業を手動で実施することも、本発明の範疇に含まれる。

１上刃
１ａダウンカット式上刃
１ｂローリングカット式上刃
２下刃
３クリアランス
４クラック
１０せん断制御装置
１１１データ読込部
１１２演算部
１１３データ登録部
１１４データ参照部
１２入力装置
１３出力装置
１４記録装置
Ｍ歪ゲージ

Claims

クロップシャーにおける鋼板のせん断処理を制御するせん断制御方法であって、
鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、クリアランス率を変化させてせん断荷重を測定するステップと、
鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、せん断荷重が最小となるクリアランス率を導出するステップと、
導出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を、鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応づけたクリアランス率設定データを記憶するステップと、
記憶された前記クリアランス率設定データを参照して、せん断対象の鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応する、前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を抽出するステップと、
抽出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率に基づく前記鋼板のせん断処理を制御するステップと、
を含むことを特徴とするせん断制御方法。
クロップシャーにおける鋼板のせん断処理を制御するせん断制御装置であって、
鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、クリアランス率を変化させてせん断荷重を測定する手段と、
鋼板の板厚およびせん断抵抗ごとに、せん断荷重が最小となるクリアランス率を導出する手段と、
導出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を、鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応づけたクリアランス率設定データを記憶する手段と、
記憶された前記クリアランス率設定データを参照して、せん断対象の鋼板の板厚およびせん断抵抗に対応する、前記せん断荷重が最小となるクリアランス率を抽出する手段と、
抽出された前記せん断荷重が最小となるクリアランス率に基づく前記鋼板のせん断処理を制御する手段と、
を備えることを特徴とするせん断制御装置。