JP7364901B2 - 被矯正材の変形状態の推定方法及びローラレベラのロール押込量制御方法 - Google Patents
被矯正材の変形状態の推定方法及びローラレベラのロール押込量制御方法 Download PDFInfo
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Description
まず、図1及び図2に基づいて、ローラレベラ100の概略構成について説明する。図1は、ローラレベラ100の概略構成を示す側面図である。図2は、ローラレベラ100のロールの駆動系を示す模式図である。
[2-1.検討]
被矯正材を真直かつ平坦にするローラレベラによる被矯正材の矯正効果は、ローラ矯正中に被矯正材にどの程度の曲げを付与できているかによって左右される。つまり、ローラ矯正条件を適正化し、より大きなローラ矯正効果を発揮するためには、ローラ矯正中の被矯正材の変形状態を把握することが重要である。ところが、被矯正材の変形状態として、ローラ矯正中に被矯正材に付与される曲げ曲率を測定することは、そのセンサ設置スペースがない等の理由から困難である。そのため、ロール押込量設定から被矯正材に加えられる変形(曲げ曲率)を推定できる実用算式や数値解析手法が提案されている。つまり、ローラ矯正中の被矯正材の変形状態を推定するためには、ローラレベラのロール押込量を把握することが必要である。
ロール直径D :280[mm]
ロールピッチ2l :300[mm]
ロール本数N :9
まず、被矯正材の材料定数を正しく推定できている場合の出側ロール押込量s8と残留曲率κresとの関係を調べた。その結果を図3に示す。図3の結果より、出側ロール押込量s8を大きくする(すなわち、出側ロールを締め込む)と残留曲率κresが発散的に大きくなる一方、出側ロール押込量s8を小さくする(すなわち、出側ロールを開放する)と残留曲率κresがゼロとなる点が複数存在することがわかった。これは、出側ロール押込の開放に伴って下流側のロールが被矯正材の矯正に寄与しなくなるからである。つまり、かかる結果は、ある入側ロール押込量(もしくは最大加工度)を付与した際に、残留曲率κresをゼロとする出側ロール押込量は唯一ではなく、複数存在することを意味する。以下では、被矯正材に最大加工度Kmax=3を付与し、かつ、残留曲率κresをゼロとする出側ロール押込量s8のうち最大値(最も締込側の値)で矯正を行うことが望まれているものとして説明する。
また、図4の関係において、出側ロール押込量s8と総矯正荷重ΣPとの関係を調べた。その結果を図5に示す。図5の結果より、出側ロール押込量s8を大きくする(すなわち、出側ロールを締め込む)にしたがって総矯正荷重ΣPは増加することがわかった。また、同一の入出側ロール押込条件において、実際の被矯正材の降伏応力がその推定値よりも10%低かった場合(すなわち、被矯正材の材料定数が推定誤差を含んでいた場合)には、総矯正荷重ΣPが減少することがわかる。図は割愛するが、総矯正動力ΣQについても同様のことが言える。
上述の検討を踏まえ、本実施形態では、矯正中の被矯正材の変形状態を表現する任意の2つの表現パラメータ(例えば、負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量)、及び、被矯正材の材料定数の3つの未知数を同定する。3つの未知数を同定するためには少なくとも3つの既知数が必要となるが、本実施形態ではこれらの既知数として、入側矯正荷重、出側矯正荷重、及び、総矯正動力の測定値を用いる。これは、一般的なローラレベラでは各ロールに作用する矯正荷重及び矯正動力を測定することは難しいものの、入側矯正荷重、出側矯正荷重、及び、総矯正動力は比較的容易に測定可能であるからである。そして、同定した2つの表現パラメータ(例えば、負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量)、及び、被矯正材の材料定数に基づき、被矯正材の変形状態を推定する。以下、本実施形態に係る被矯正材の変形状態の推定方法について説明する。
まず、2つの表現パラメータとして負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量を用いる場合について説明する。
被矯正材の材料定数及び矯正中の被矯正材の変形状態の推定処理では、被矯正材の材料定数及び2つの表現パラメータである矯正負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量と、ローラレベラに発生する入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係を取得するため、まず、被矯正材の材料定数が仮定される。被矯正材の材料定数のうち、特に、ヤング率、降伏応力(流動応力)は、ローラレベラによる矯正効果を左右する。これは、ヤング率、降伏応力によって該被矯正材の弾性域及び塑性域が変化する一方、被矯正材の矯正効果は被矯正材の塑性変形率に大きく影響を受けるからである。なお、本明細書において、降伏応力とは、塑性変形の開始点における応力だけでなく、例えば、0.2%耐力のような所定のひずみ量に対する応力も含めるものとする。
次に、ステップ1により仮定された被矯正材の材料定数に対し、2つの表現パラメータである矯正負荷下の入側ロール押込量、出側ロール押込量と、入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係が予め取得される。これらは公知の理論計算により算出可能であり、例えば、実ロール押込量分布を仮定することにより算出することができる。
まず、任意の加工度について、各ロールにおいて被矯正材に作用する曲げモーメントは、下記式(5)より算出される(非特許文献2参照)。
一方、総矯正動力ΣQは、被矯正板を弾完全塑性体とみなすと、下記式(9)より求めることができる。式(9)は、非特許文献3に記載の式から導出できる。
次いで、入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力の3つの実測値に基づき、上記ステップ2で取得された種々の材料定数に対する負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量と、入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係に基づいて、被矯正材の材料定数、ならびに、被矯正材の変形状態として、例えば負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量等の、ローラ矯正中の被矯正材の変形状態を表現する表現パラメータが推定される。
次に、2つの表現パラメータとして被矯正材に付与される最大加工度及び被矯正材の矯正に寄与するロール本数を用いる場合について説明する。なお、上述の2つの表現パラメータとして負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量を用いる場合と同様の処理については、詳細な説明を省略する。
被矯正材の材料定数及び変形状態の推定処理では、被矯正材の材料定数及び2つの表現パラメータと、ローラレベラに発生する入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係を取得するため、まず、被矯正材の材料定数が仮定される。かかる処理は、上述の2つの表現パラメータとして負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量を用いる場合と同様に行えばよい。
次に、ステップ1により仮定された被矯正材の材料定数に対し、2つの表現パラメータである被矯正材に付与される最大加工度及び被矯正材の矯正に寄与するロール本数と、入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係が予め取得される。これらも公知の理論計算により算出可能であり、例えば、加工度(曲率)分布を仮定することにより算出することができる。
次いで、入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力の3つの実測値に基づき、上記ステップ2で取得された種々の材料定数に対する被矯正材に付与される最大加工度、被矯正材の矯正に寄与するロール本数と、入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係に基づいて、被矯正材の変形状態が推定される。
本実施形態に係るローラレベラのロール押込量制御では、ローラレベラにより矯正中の被矯正材の変形状態が適正な値となるように入側ロール押込量及び出側ロール押込量を制御する。すなわち、図13に示すように、まず、被矯正材の変形状態の推定処理により、被矯正材の変形状態が推定される(S10)。次いで、推定された被矯正材の変形状態が適正な値となるように、入側ロール押込量及び出側ロール押込量が制御される(S20)。ステップS10の推定処理は、例えば図6に示した処理を行えばよい。
上記の被矯正材の材料定数及び変形状態の推定、及び、ローラレベラのロール押込量制御は、ローラレベラを制御する演算処理装置(図示せず。)により行われる。演算処理装置は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、演算処理装置の各構成要素の機能を、CPU等がすべて行ってもよい。演算処理装置は、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
110 ハウジング
121 入側押込装置
123 出側押込装置
130 上ロール群支持部
140 下ロール群支持部
151~159 ロール
160 駆動モータ
170 減速機
180 分配器
Claims (16)
- ローラレベラによる被矯正材の変形状態の推定方法であって、
前記ローラレベラは、上下に千鳥状に配置された複数本のロールを有し、
被矯正材の材料定数、及び、矯正中の被矯正材の変形状態を表現する任意の2つの表現パラメータと、前記ローラレベラに発生する入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係を取得し、
負荷下で測定された入側矯正荷重、出側矯正荷重、及び、総矯正動力に基づいて、前記関係から前記被矯正材の材料定数、及び、2つの表現パラメータを推定し、
推定された前記被矯正材の材料定数、及び、前記2つの表現パラメータに基づいて、矯正中の被矯正材の変形状態を推定する、被矯正材の変形状態の推定方法。 - 前記2つの表現パラメータとして、負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量を推定する、請求項1に記載の被矯正材の変形状態の推定方法。
- 前記2つの表現パラメータとして、前記被矯正材に付与される最大加工度、及び、前記被矯正材の矯正に寄与するロール本数を推定する、請求項1に記載の被矯正材の変形状態の推定方法。
- 前記被矯正材に付与される最大加工度、及び、前記被矯正材の矯正に寄与するロール本数は、前記負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量の推定値に基づき推定される、請求項3に記載の被矯正材の変形状態の推定方法。
- 前記被矯正材の材料定数として、前記被矯正材の降伏応力を推定する、請求項1~4のいずれか1項に記載の被矯正材の変形状態の推定方法。
- 前記被矯正材の材料定数は、前記被矯正材の降伏応力及びヤング率を任意の1つの媒介変数により表された関数に基づき推定される、請求項1~4のいずれか1項に記載の被矯正材の変形状態の推定方法。
- 前記媒介変数は、矯正時の前記被矯正材の温度である、請求項6に記載の被矯正材の変形状態の推定方法。
- 被矯正材を矯正するローラレベラのロール押込量制御方法であって、
前記ローラレベラは、上下に千鳥状に配置された複数本のロールを有し、
被矯正材の材料定数、及び、矯正中の被矯正材の変形状態を表現する任意の2つの表現パラメータと、前記ローラレベラに発生する入側矯正荷重、出側矯正荷重及び総矯正動力との関係を取得し、
負荷下で測定された入側矯正荷重、出側矯正荷重、及び、総矯正動力に基づいて、前記関係から前記被矯正材の材料定数、及び、2つの表現パラメータを推定し、
推定された前記被矯正材の材料定数、及び、前記2つの表現パラメータに基づいて、矯正中の被矯正材の変形状態を推定し、
推定された前記被矯正材の変形状態が適正となるように、入側ロール押込量と出側ロール押込量とのうち少なくともいずれか一方を制御する、ローラレベラのロール押込量制御方法。 - 前記2つの表現パラメータとして、負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量を推定する、請求項8に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。
- 前記2つの表現パラメータとして、前記被矯正材に付与される最大加工度、及び、前記被矯正材の矯正に寄与するロール本数を推定する、請求項8に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。
- 前記被矯正材に付与される最大加工度、及び、前記被矯正材の矯正に寄与するロール本数は、前記負荷下の入側ロール押込量及び出側ロール押込量の推定値に基づき推定される、請求項10に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。
- 前記被矯正材の材料定数として、前記被矯正材の降伏応力を推定する、請求項8~11のいずれか1項に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。
- 前記被矯正材の材料定数は、前記被矯正材の降伏応力及びヤング率を任意の1つの媒介変数により表された関数に基づき推定される、請求項8~11のいずれか1項に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。
- 前記媒介変数は、矯正時の前記被矯正材の温度である、請求項13に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。
- 前記変形状態を最大加工度により表すとき、
前記最大加工度が所望の値よりも大きい場合には、前記入側ロール押込量を減少させ、
前記最大加工度が所望の値よりも小さい場合には、前記入側ロール押込量を増加させる、請求項8~14のいずれか1項に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。 - 前記変形状態を前記被矯正材の矯正に寄与するロール本数により表すとき、
前記ロール本数が所望の値よりも少ない場合には、前記出側ロール押込量を増加させ、
前記ロール本数が所望の値よりも多い場合には、前記出側ロール押込量を減少させる、請求項8~14のいずれか1項に記載のローラレベラのロール押込量制御方法。
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