JP6479556B2 - 圧延加工装置、湾曲加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の圧延ローラの間に長尺状の金属材料を送り、この金属材料を圧延する圧延加工装置と、この圧延加工装置を使用して金属材料を湾曲させる湾曲加工方法に関するものである。
特許文献１等に開示されているように、長尺の湾曲加工材料（金属材料）に複数の圧延ローラを押し当てながら湾曲加工材料を長手方向に送り出して湾曲させる、所謂ロール加工と呼ばれる湾曲加工方法がある。図１０に示すように、ロール加工は、湾曲加工材料ａの一側と他側に、それぞれ複数のローラｂ，ｃ，ｄとローラｅ，ｆ，ｇとを押し当てて、各ローラｂ〜ｇの種類（径、形状等）や固定位置を適宜設定した状態で、湾曲加工材料ａを長手方向に送り出すことにより、湾曲加工材料ａが湾曲形状に成形される。
しかしながら、上記のようなロール加工方法によると、湾曲成形された湾曲加工材料ａは、図１０中に大小の矢印で示すように、その湾曲半径外周側の領域が引っ張られて変形する割合よりも、湾曲半径内周側の領域が圧縮されて変形する割合の方が多くなる傾向がある。このため、内側領域に変形が集中して座屈や捩じれが発生し、加工後の形状精度が悪くなって修正を要するという難点がある。
特に、湾曲加工材料ａの断面形状がＨ形（Ｉ形）、Ｌ形、チャンネル形、クランク形（Ｚ形）等のように、角度の異なる複数の板厚部を有する形状の場合には、これら複数の板厚部の全てを同時に圧延しながら湾曲させることは従来不可能であった。したがって、圧延される面と圧延されない面とが生じ、圧延された面は厚さが目標値よりも小さくなってしまう一方、圧延されなかった面には残留応力が多く残存し、材質や断面形状、湾曲形状によっては歪みや割れ等が発生してしまうことがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、湾曲加工材料の特定の部位に変形が集中することを防止して湾曲加工後の形状精度を高めることのできる圧延加工装置、湾曲加工方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る圧延加工装置は、長尺状、且つ角度の異なる複数の板厚部を有する金属の湾曲加工材料の、２つ以上の前記板厚部を同時に圧延加工可能な圧延加工装置であって、前記板厚部の一方の面に圧接される一方の圧延ローラと、前記板厚部の他方の面に圧接される他方の圧延ローラと、を含む圧延ローラユニットを複数備え、複数の前記圧延ローラユニットのうち一の前記圧延ローラユニットは、該一の前記圧延ローラユニットと異なる他の前記圧延ローラユニットが板厚方向に圧延する前記板厚部と異なる前記板厚部を板厚方向に圧延することを特徴とする。
上記構成の圧延加工装置によれば、複数の圧延ローラを、湾曲加工材料の角度の異なる複数の板厚部に同時に押し当てることにより、複数の板厚部を同時に圧延することができる。これにより、湾曲加工材料の特定の部位に変形が集中することを防止し、残留応力を少なくして湾曲加工後の形状精度を高めることができる。
また、本発明に係る湾曲加工方法は、長尺状、且つ角度の異なる複数の板厚部を有する金属の湾曲加工材料を複数の圧延ローラの間に送り、該湾曲加工材料を前記圧延ローラで圧延しながら湾曲させる湾曲加工方法であって、前記湾曲加工材料の初期形状を、直線状、もしくは目標とする湾曲半径寸法よりも大きな湾曲半径寸法を有する湾曲形状とし、前記湾曲加工材料の湾曲半径方向に沿う断面の厚さ寸法を、前記湾曲半径方向の内側から外側に向かって大きくなるように設定し、前記湾曲加工材料を前記圧延ローラ間に送って圧延することにより、前記湾曲半径方向外側の領域の圧延量を内側の領域の圧延量よりも大きくして前記湾曲加工材料を前記初期形状から目標とする湾曲半径寸法に湾曲させることを特徴とする。
上記の湾曲加工方法によれば、圧延ローラによって圧延される湾曲加工材料の湾曲半径方向外側の領域における長手方向への伸び量が、湾曲半径方向内側における伸び量よりも多くなり、内外の伸び量の差によって湾曲加工材料は湾曲する。この長手方向への伸び量（圧延量）は幅方向に沿ってリニアに変化し、その量は外周側に向かって徐々に大きくなる。
このため、従来のロール加工のように、湾曲加工材料の内部に変形する部分と変形しない部分とが生じる、つまり特定の部位に変形が集中することがない。したがって、圧延されない部分に応力が残留することを防止し、湾曲加工後の形状精度を高めることができる。
上記の湾曲加工方法においては、前記湾曲加工材料の前記湾曲半径方向に沿う断面の厚さ寸法のうち、湾曲半径内周部の厚さ寸法を湾曲加工完了時の目標厚さ寸法に設定し、前記湾曲半径外周部の厚さ寸法を、前記目標厚さ寸法に、前記湾曲加工材料の湾曲加工完了時の外周半径寸法を内周半径寸法で除した数値を乗じた寸法に設定するのが好ましい。
このようにすれば、湾曲加工材料の湾曲加工後の断面形状や湾曲半径から、初期形状の各部の厚さ寸法を容易且つ確実に設定することができる。
また、本発明の参考例に係る湾曲加工材料は、複数の圧延ローラの間に長尺状且つ金属の湾曲加工材料を送り、前記湾曲加工材料を前記圧延ローラで圧延しながら湾曲させる場合に用いる湾曲加工材料であって、前記湾曲加工材料の湾曲半径方向に沿う断面の厚さ寸法を、前記湾曲半径方向の内側から外側に向かって大きくなるように設定したことを特徴とする。
この湾曲加工材料は、圧延ローラによって圧延されることにより、その湾曲半径方向外側の領域における圧延量および長手方向への伸び量が、湾曲半径方向内側における圧延量および伸び量よりも多くなり、内外の伸び量の差によって湾曲する。この長手方向への伸び量（圧延量）は幅方向に沿ってリニアに変化し、その量は外周側に向かって徐々に大きくなる。
このため、湾曲加工材料の内部に変形する部分と変形しない部分とが生じる、つまり特定の部位に変形が集中することがない。したがって、圧延されない部分に応力が残留することを防止し、湾曲加工後の形状精度を高めることができる。
以上のように、本発明に係る圧延加工装置、湾曲加工方法によれば、湾曲加工される湾曲加工材料の特定の部位に変形が集中することを防止して湾曲加工後の形状精度を高め、湾曲加工後の修正作業を省くことができる。
以下に、本発明の複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示す湾曲加工材料と圧延ローラの縦断面図であり、（ａ）は湾曲加工前、（ｂ）は湾曲加工後を示している。また、図２は、湾曲加工が完了した湾曲加工材料の斜視図である。
本発明に係る湾曲加工方法は、例えば２本の並行に配置された圧延ローラ１，２の間に、アルミ合金や鋼等の金属材料からなる長尺状の湾曲加工材料Ｗを送り込み、この湾曲加工材料Ｗを圧延ローラ１，２で圧延しながら湾曲させるものである。
図１は、本発明の第１実施形態を示す湾曲加工材料と圧延ローラの縦断面図であり、（ａ）は湾曲加工前、（ｂ）は湾曲加工後を示している。また、図２は、湾曲加工が完了した湾曲加工材料の斜視図である。
本発明に係る湾曲加工方法は、例えば２本の並行に配置された圧延ローラ１，２の間に、アルミ合金や鋼等の金属材料からなる長尺状の湾曲加工材料Ｗを送り込み、この湾曲加工材料Ｗを圧延ローラ１，２で圧延しながら湾曲させるものである。
湾曲加工材料Ｗは、例えば帯板状であり、その初期形状は、直線状、もしくは目標とする湾曲半径寸法よりも大きな湾曲半径寸法を有する湾曲形状とされるが、本実施形態では初期形状が直線状であるものとして説明する。
湾曲加工材料Ｗの湾曲加工後の内周半径をｒ、外周半径をＲ、内周縁部の厚さ寸法をｍ、湾曲加工前の外周縁部の厚さ寸法をＭとし、湾曲加工前の初期形状における湾曲半径方向ｒ（Ｒ）に沿う断面を見た場合に、その厚さ寸法は、湾曲半径方向ｒ（Ｒ）の内側（ｍ）から外側（Ｍ）に向かって大きくなるように設定される。ここで、内周側の厚さ寸法ｍは、湾曲加工完了時の目標厚さ寸法（完成寸法）と同一、もしくはこれに近似する値に設定し、外周側の厚さ寸法Ｍは、目標厚さ寸法であるｍに、湾曲加工材料Ｗの湾曲加工完了時の外周半径寸法Ｒを内周半径寸法ｒで除した数値を乗じた寸法に設定する。即ち、Ｍは、次式により求められる。
Ｍ＝ｍ（Ｒ／ｒ）
このようにすれば、湾曲加工材料Ｗの湾曲加工後の断面形状や湾曲半径から、初期形状の各部の厚さ寸法を容易且つ確実に設定することができる。
Ｍ＝ｍ（Ｒ／ｒ）
このようにすれば、湾曲加工材料Ｗの湾曲加工後の断面形状や湾曲半径から、初期形状の各部の厚さ寸法を容易且つ確実に設定することができる。
そして、このように形成された湾曲加工材料Ｗを圧延ローラ１，２の間に送り込んで圧延する。この湾曲加工方法および湾曲加工材料Ｗによれば、湾曲加工材料Ｗの湾曲半径方向ｒ（Ｒ）に沿う断面の厚さ寸法（ｍ〜Ｍ）が、湾曲半径方向内側から外側に向かって大きくなるように設定されていることから、図１（ｂ）に示すように、圧延ローラ１，２による圧延量Ｄが、湾曲半径方向内側の領域（ｍ付近）から外側の領域（Ｍ付近）に向かって大きくなる。同時に、図２に示すように、湾曲加工材料Ｗの長手方向への伸び量Ｓが、湾曲半径方向内側から外側に向かって大きくなり、内外の伸び量Ｓの差によって湾曲加工材料Ｗは湾曲する。
湾曲加工材料Ｗの厚さ方向への圧延量Ｄおよび長手方向への伸び量Ｓは、湾曲加工材料Ｗの幅方向に沿ってリニアに変化し、その量は外周側に向かって徐々に大きくなる。このため、従来のロール加工のように、湾曲加工材料Ｗの内部に変形する部分と変形しない部分とが生じる、つまり特定の部位に変形が集中することがない。したがって、圧延されない部分に応力が残留することを防止し、湾曲加工後の形状精度を高めるとともに、湾曲加工後の修正作業を省くことができる。
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示す圧延加工装置の正面図であり、図４は圧延加工装置でＬ形断面の湾曲加工材料を湾曲加工している状態を示す正面図である。
この圧延加工装置１０は、例えばアルミ合金や鋼等の金属でできた長尺状の湾曲加工材料Ｗａを圧延することができる。図３、図４に示す湾曲加工材料Ｗａは、例えば９０度の挟み角をなす２つの板厚部ｗ１，ｗ２を有するＬ形断面のものである。圧延加工装置１０は、これらの板厚部ｗ１，ｗ２を同時に圧延加工することができる。
図３は、本発明の第２実施形態を示す圧延加工装置の正面図であり、図４は圧延加工装置でＬ形断面の湾曲加工材料を湾曲加工している状態を示す正面図である。
この圧延加工装置１０は、例えばアルミ合金や鋼等の金属でできた長尺状の湾曲加工材料Ｗａを圧延することができる。図３、図４に示す湾曲加工材料Ｗａは、例えば９０度の挟み角をなす２つの板厚部ｗ１，ｗ２を有するＬ形断面のものである。圧延加工装置１０は、これらの板厚部ｗ１，ｗ２を同時に圧延加工することができる。
圧延加工装置１０は、湾曲加工材料Ｗａの板厚部ｗ１を圧延する圧延ローラユニット１１と、湾曲加工材料Ｗａの板厚部ｗ２を圧延する圧延ローラユニット１２とを備えている。圧延ローラユニット１１は、板厚部ｗ１の一方の面に圧接される円筒圧延ローラ１３（一方の圧延ローラ）と、板厚部ｗ１の他方の面に圧接される円筒圧延ローラ１４（他方の圧延ローラ）とを含んでいる。これらの円筒圧延ローラ１３，１４は板厚部ｗ１を挟んで対向する。
圧延ローラユニット１２は、板厚部ｗ２の一方の面に圧接される円筒圧延ローラ１５（一方の圧延ローラ）と、板厚部ｗ２の他方の面に圧接される円筒圧延ローラ１６（他方の圧延ローラ）とを含んでいる。これらの円筒圧延ローラ１５，１６は板厚部ｗ２を挟んで対向する。
円筒圧延ローラ１３，１５は、ローラアーム１９，２０に片持ち支持されたシャフト２１，２２に回転自在に軸支されている。また、円筒圧延ローラ１４，１６は、ローラフレーム２４，２５に両端支持されたシャフト２６，２７に回転自在に軸支されている。
圧延ローラユニット１１におけるローラアーム１９とローラフレーム２４は、それぞれ板厚部ｗ１の面方向に直交する方向に独立して移動することができる。これにより、円筒圧延ローラ１３，１４を板厚部ｗ１の両面に押し付けて板厚部ｗ１を圧延することができる。
圧延ローラユニット１２におけるローラアーム２０とローラフレーム２５は、それぞれ板厚部ｗ２の面方向に直交する方向に独立して移動することができる。これにより、円筒圧延ローラ１５，１６を板厚部ｗ２の両面に押し付けて板厚部ｗ２を圧延することができる。
圧延ローラユニット１１，１２の一方は、他方に対してローラ軸角度が異なっている。即ち、図３、図４中に例示される通り、湾曲加工材料Ｗａの板厚部ｗ１を圧延する圧延ローラユニット１１のローラ軸角度は例えば水平であり、板厚部ｗ２を圧延する圧延ローラユニット１２のローラ軸角度は例えば鉛直である。
このため、２つの圧延ローラユニット１１，１２は、その一方と他方とで、それぞれ異なる板厚部ｗ１，ｗ２を圧延することができる。もちろん、各圧延ローラユニット１１，１２のローラ軸角度は水平および鉛直に限らず、他の角度に設定してもよい。また、各圧延ローラユニット１１，１２のローラ軸角度を可変式にしてもよい。
４個の円筒圧延ローラ１３，１４，１５，１６は、およそ上記の構造によって保持されているが、その保持構造や、ローラの位置、個数、可動方向等は上記のものに限定されない。例えば、対向する一対の圧延ローラの両方を可動式にすることは必須ではなく、例えば一方の圧延ローラを構造物等に固定し、他方の圧延ローラからの押圧力を受け止めるようにしてもよい。また、圧延ローラの形状も円筒に限らず、円錐状等としてもよい。
上記構成の圧延加工装置１０を用いて、圧延前の板厚部ｗ１，ｗ２の肉厚を図５に示すように設定した湾曲加工材料Ｗａを圧延することにより、角度の異なる２つの板厚部ｗ１，ｗ２を、その表裏両面側から同時に圧延しながら湾曲させることができる。
図５は、湾曲加工材料Ｗａの縦断面図であり、（ａ）は湾曲加工前、（ｂ）は湾曲加工後を示している。湾曲加工材料Ｗａの湾曲加工後の内周半径をｒ、外周半径をＲ、板厚部ｗ１の内周縁部の厚さ寸法をｍ、湾曲加工前の外周縁部の厚さ寸法をＭとすると、湾曲加工前の初期形状における湾曲半径方向ｒ（Ｒ）に沿う断面を見た場合に、各部の厚さ寸法ｍ〜Ｍは、湾曲半径方向ｒ（Ｒ）の内側から外側に向かって大きくなるように設定される。また、板厚部ｗ２の湾曲加工前の厚さ寸法をＮとすると、厚さ寸法Ｎは、湾曲加工完了時の目標厚さ寸法ｎ（完成寸法）よりも大きく設定される。
ここで、板厚部ｗ１の内周側の厚さ寸法ｍは、湾曲加工完了時の目標厚さ寸法（完成寸法）と同一、もしくはこれに近似する値に設定し、板厚部ｗ１の外周側の厚さ寸法Ｍ及び板厚部ｗ２の厚さ寸法Ｎは、目標厚さ寸法であるｍ，ｎに、湾曲加工完了時の外周半径寸法Ｒを内周半径寸法ｒで除した数値を乗じた寸法に設定する。即ち、Ｍ，Ｎは、次式により求められる。
Ｍ＝ｍ（Ｒ／ｒ）
Ｎ＝ｎ（Ｒ／ｒ）
Ｍ＝ｍ（Ｒ／ｒ）
Ｎ＝ｎ（Ｒ／ｒ）
そして、このように形成された湾曲加工材料Ｗａを圧延加工装置１０の複数の円筒圧延ローラ１３，１４，１５，１６の間に送り、複数の板厚部ｗ１，ｗ２を同時に圧延して湾曲加工する。この時、板厚部ｗ１は円筒圧延ローラ１３，１４の間で圧延され、板厚部ｗ２は円筒圧延ローラ１５，１６の間で圧延される。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、湾曲加工材料Ｗａ（ｗ１，ｗ２）の各部の厚さ寸法ｎ，Ｎおよびｍ，Ｍが、湾曲半径方向ｒ（Ｒ）の内側から外側に向かって大きくなるように設定されていることから、第１実施形態の場合と同様に、圧延による変形量（圧延量）が、湾曲半径方向ｒ（Ｒ）の内側の領域から外側の領域に向かって大きくなる。したがって、湾曲加工材料Ｗａの長手方向への伸び量が、湾曲半径方向内側から外側に向かって大きくなり、内外の伸び量の差によって湾曲加工材料Ｗａは湾曲する。
図６は、本発明に係る圧延加工装置１０を用いて湾曲加工材料Ｗａを湾曲加工した場合における各部の変形量を、従来の材料とロール加工によるものと比較したグラフである。このグラフに実線で示すように、本実施形態によれば、湾曲加工材料Ｗａの変形量（圧延量Ｄ）が、湾曲半径方向の内周側から外周側に向かってリニアに上昇する。したがって、湾曲加工材料Ｗａの特定の部位に変形が集中することを防止し、残留応力を少なくして湾曲加工後の形状精度を高めることができる。
一方、従来の材料（材料断面形状）とロール加工によるものでは、前述したように、湾曲半径外周側の領域が引っ張られて変形する割合よりも、湾曲半径内周側の領域が圧縮されて変形する割合の方が多く、このためグラフに破線で示すように、内側領域に圧縮変形が集中して座屈や捩じれが発生し、加工後の形状精度が悪くなって修正を要するものとなる。
なお、本発明は上記各実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、図７に示すクランク形（Ｚ形）断面の湾曲加工材料Ｗｂや、図８に示すチャンネル形断面の湾曲加工材料Ｗｃ、図９に示すＴ形断面の湾曲加工材料Ｗｄ、さらに図示しないＨ形やＩ形断面の湾曲加工材料等が挙げられる。いずれの場合も、その湾曲半径方向ｒ（Ｒ）に沿う断面における各板厚部ｗ１，ｗ２，ｗ３の厚さ寸法ｍ，Ｍ，ｎ，Ｎ等は、第２実施形態と同様に、湾曲半径方向ｒ（Ｒ）の内側から外側に向かって大きくなるように設定する。これにより、Ｌ形断面の湾曲加工材料Ｗａの場合と同様に、複数の円筒圧延ローラによって湾曲加工材料を無理なく、且つ高い精度で湾曲させることができる。
１，２ 圧延ローラ
１０ 圧延加工装置
１１，１２ 圧延ローラユニット
１３，１５ 円筒圧延ローラ（一方の圧延ローラ）
１４，１６ 円筒圧延ローラ（他方の圧延ローラ）
Ｄ 圧延量
Ｍ，Ｎ 湾曲加工前の湾曲半径外周部の厚さ寸法
ｍ，ｎ 湾曲半径内周部の厚さ寸法
Ｗ，Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄ 湾曲加工材料
ｗ１，ｗ２，ｗ３ 板厚部
Ｒ 湾曲加工後の外周半径寸法
ｒ 湾曲加工後の内周半径寸法
１０ 圧延加工装置
１１，１２ 圧延ローラユニット
１３，１５ 円筒圧延ローラ（一方の圧延ローラ）
１４，１６ 円筒圧延ローラ（他方の圧延ローラ）
Ｄ 圧延量
Ｍ，Ｎ 湾曲加工前の湾曲半径外周部の厚さ寸法
ｍ，ｎ 湾曲半径内周部の厚さ寸法
Ｗ，Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄ 湾曲加工材料
ｗ１，ｗ２，ｗ３ 板厚部
Ｒ 湾曲加工後の外周半径寸法
ｒ 湾曲加工後の内周半径寸法
Claims (2)
- 長尺状、且つ角度の異なる複数の板厚部を有する金属の湾曲加工材料の、２つ以上の前記板厚部を同時に圧延加工可能な圧延加工装置であって、
前記板厚部の一方の面に圧接される一方の圧延ローラと、前記板厚部の他方の面に圧接される他方の圧延ローラと、を含む圧延ローラユニットを複数備え、
複数の前記圧延ローラユニットのうち一の前記圧延ローラユニットは、該一の前記圧延ローラユニットと異なる他の前記圧延ローラユニットが板厚方向に圧延する前記板厚部と異なる前記板厚部を板厚方向に圧延することを特徴とする圧延加工装置。 - 長尺状、且つ角度の異なる複数の板厚部を有する金属の湾曲加工材料を複数の圧延ローラの間に送り、該湾曲加工材料を前記圧延ローラで圧延しながら湾曲させる湾曲加工方法であって、
前記湾曲加工材料の初期形状を、直線状、もしくは目標とする湾曲半径寸法よりも大きな湾曲半径寸法を有する湾曲形状とし、
前記湾曲加工材料の湾曲半径方向に沿う断面の厚さの初期形状の寸法のうち、湾曲半径内周部の厚さ寸法を湾曲加工完了時の目標厚さ寸法に設定し、湾曲半径外周部の厚さ寸法を、前記目標厚さ寸法に、前記湾曲加工材料の湾曲加工完了時の外周半径寸法を内周半径寸法で除した数値を乗じた寸法に設定し、
前記湾曲加工材料を前記圧延ローラ間に送って圧延することにより、
前記湾曲半径方向外側の領域の圧延量を内側の領域の圧延量よりも大きくして前記湾曲加工材料を前記初期形状から目標とする湾曲半径寸法に湾曲させることを特徴とする湾曲加工方法。
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