JP7409349B2 - Metal material thermal cutting device, metal material thermal cutting method, and metal material manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、鋼材等の金属材、例えば厚板やスラブを、自動又は半自動で熱切断する、金属材の熱切断装置及び金属材の熱切断方法、並びにこれを用いた金属材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a metal material thermal cutting device and method for automatically or semi-automatically thermally cutting metal materials such as steel materials, such as thick plates and slabs, and a method for manufacturing metal materials using the same. It is something.
鋼材等の金属材を熱切断する方法として、ガス切断、レーザー切断、プラズマ切断等が用いられている。例えば、鋼材のガス切断では、加熱部分に酸素ガス等の高圧ガス噴流を吹き付けて燃焼させ、燃焼熱で鋼材を溶融させ、燃焼生成物及び溶融金属を高圧ガス噴流で除去することにより、切断が行われる。そして、切断トーチを移動させると、鋼材の切断部で燃焼、溶融、除去が繰り返され、進行方向に切断面が形成されて、鋼材が切断される。 Gas cutting, laser cutting, plasma cutting, etc. are used as methods for thermally cutting metal materials such as steel materials. For example, in gas cutting of steel, a jet of high-pressure gas such as oxygen gas is blown onto the heated part to cause it to burn, the heat of combustion melts the steel, and the combustion products and molten metal are removed by the jet of high-pressure gas. It will be done. Then, when the cutting torch is moved, combustion, melting, and removal are repeated at the cutting portion of the steel material, and a cut surface is formed in the advancing direction, and the steel material is cut.
熱切断の開始点となる鋼材の端面、すなわち予熱点では、鋼材の発火温度である約900℃まで十分に加熱してから、切断を開始する必要がある。従来は、作業者が目視で加熱状態を確認しながら予熱時間の長さを決定しており、作業者の熟練度合いによるばらつきが大きかった。そして、予熱時間が長すぎて予熱部が溶け落ちたり、逆に予熱時間が短すぎて切断不能となったりして、品質不良を発生させることがあった。 At the end face of the steel material, which is the starting point for thermal cutting, that is, at the preheating point, it is necessary to sufficiently heat the steel material to about 900° C., which is the ignition temperature of the steel material, before starting cutting. Conventionally, the length of preheating time has been determined by an operator while visually checking the heating state, and there has been a large variation depending on the level of skill of the operator. If the preheating time is too long, the preheating part may melt, or if the preheating time is too short, it may become impossible to cut, resulting in quality defects.
そこで、例えば特許文献1では、被切断材の厚み、被切断材の材質に依存する係数、及び連続して切断を行う場合に2回目以降の切断では最初の切断よりも被切断材の温度が高いこと等を考慮した係数から、予熱時間の演算を行う自動ガス切断機が開示されている。
Therefore, for example, in
ここで、予熱ガス炎の有効径が、鋼材の端面の予熱点を外れると、予熱点がほとんど予熱されなかったり、発火温度になるまで非常に時間を要したりする。また、逆に予熱ガス炎が鋼材の端面に近すぎると、同じ予熱時間の設定では、溶融しすぎて切断面が不良となる。 Here, if the effective diameter of the preheating gas flame deviates from the preheating point of the end face of the steel material, the preheating point may hardly be preheated or it may take a very long time to reach the ignition temperature. On the other hand, if the preheating gas flame is too close to the end face of the steel material, the steel material will melt too much and the cut surface will be defective if the same preheating time is set.
このため、鋼材の端面を予熱する際には、予熱炎を鋼材の端面に精度良く沿わせる必要がある。予熱炎に求められる位置精度は、切断トーチから噴出される予熱ガス炎の有効径によって変わるが、一般的に数ミリ以内とする必要がある。 Therefore, when preheating the end surface of the steel material, it is necessary to cause the preheating flame to follow the end surface of the steel material with high precision. The positional accuracy required for the preheating flame varies depending on the effective diameter of the preheating gas flame ejected from the cutting torch, but it generally needs to be within several millimeters.
しかし、特許文献1の方法では、予熱時間を精度よく設定できる一方、予熱炎と被切断材(鋼材)の端面の距離や、被切断材(鋼材)に対するトーチの角度を精度よく合わせることは難しかった。
However, while the method of
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、熱切断の開始点となる鋼材の端面における予熱時の加熱効果が高く、切断全体の時間短縮及び切断面の品質向上を図ることのできる熱切断を、作業者の熟練度に左右されることなく自動又は半自動で行うことができる、金属材の熱切断装置及び金属材の熱切断方法、並びに金属材の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and has a high heating effect during preheating on the end face of the steel material, which is the starting point of thermal cutting, thereby shortening the overall cutting time and improving the quality of the cut surface. To provide a thermal cutting device for metal materials, a method for thermal cutting of metal materials, and a method for manufacturing metal materials, which can perform thermal cutting automatically or semi-automatically regardless of the skill level of the worker. It is something.
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
[1] 金属材の切断方向に移動可能かつ該切断方向に傾動可能な切断トーチと、前記切断トーチが前記金属材の端面から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることを検知する検知手段と、前記検知手段により前記切断トーチが前記予熱位置にあることが検知された際に、前記切断トーチの前記金属材に対する角度を所定の予熱角度に傾動させる切断トーチ傾動機構と、を有する金属材の熱切断装置。
[2] 前記切断トーチ傾動機構は、前記切断トーチが前記予熱位置から前記切断方向に移動する際、前記切断トーチの前記金属材に対する角度を、前記予熱角度とは異なる所定の切断角度に傾動させる、[1]に記載の金属材の熱切断装置。
[3] 前記切断トーチが鉛直下方を向く角度を0度とし、前記切断トーチの上端部が前記切断方向の前方に傾斜する角度を正とするとき、前記予熱角度は-30度~0度の範囲で設定され、前記切断角度は-10度~+30度の範囲で設定されている、[2]に記載の金属材の熱切断装置。
[4] 前記検知手段は、下端部が前記金属材の端面又は上面に当接しつつ前記切断トーチとともに前記金属材の切断方向に移動可能なプローブであり、前記切断トーチ傾動機構は、前記プローブの下端部が前記金属材の端面から上面に乗り上げて前記金属材に対する角度が変化するときに、前記切断トーチの角度を前記予熱角度から前記切断角度に変化させるように、前記プローブと前記切断トーチとを連動させるリンク機構である、[1]~[3]のいずれかに記載の金属材の熱切断装置。
[5] 前記検知手段は、前記金属材にレーザーを照射することによって前記金属材の端面又は上面の位置を検知するレーザーセンサであり、前記切断トーチ傾動機構は、前記レーザーセンサにより検知された前記金属材の端面又は上面の位置に応じて前記切断トーチの角度を前記予熱角度から前記切断角度に変化させるアクチュエータである、[1]~[3]のいずれかに記載の金属材の熱切断装置。
[6] [1]~[5]のいずれかに記載の金属材の切断装置を用いて金属材を熱切断する金属材の熱切断方法であって、前記切断トーチが前記金属材の端面から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることを検知する検知工程と、前記検知工程により前記切断トーチが前記予熱位置にあることが検知された際に、前記切断トーチの前記金属材に対する角度を所定の予熱角度に傾動させ、前記切断トーチにより前記金属材を予熱する予熱工程と、前記予熱の終了後に前記切断トーチの前記金属材に対する角度を前記予熱角度とは異なる所定の切断角度に傾動させ、前記切断トーチにより前記金属材を熱切断する切断工程と、を有する金属材の熱切断方法。
[7] 前記切断工程後に前記切断トーチの前記金属材に対する角度を所定の初期角度に戻す初期化工程をさらに有する、[6]に記載の金属材の熱切断方法。
[8] [6]又は[7]に記載の金属材の熱切断方法を用いて金属材を熱切断する工程を含む、金属材の製造方法。
The means for solving the above problems are as follows.
[1] A cutting torch that is movable and tiltable in the cutting direction of the metal material, and a detection means that detects that the cutting torch is at a preheated position separated by a predetermined distance from the end surface of the metal material. , a cutting torch tilting mechanism that tilts the angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined preheating angle when the detection means detects that the cutting torch is at the preheating position. Thermal cutting equipment.
[2] The cutting torch tilting mechanism tilts an angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined cutting angle different from the preheating angle when the cutting torch moves from the preheating position in the cutting direction. , [1] The thermal cutting device for metal materials.
[3] When the angle at which the cutting torch faces vertically downward is 0 degrees, and the angle at which the upper end of the cutting torch is inclined forward in the cutting direction is positive, the preheating angle is between -30 degrees and 0 degrees. The thermal cutting device for metal materials according to [2], wherein the cutting angle is set within a range of -10 degrees to +30 degrees.
[4] The detection means is a probe that is movable in the cutting direction of the metal material together with the cutting torch while a lower end portion is in contact with an end surface or an upper surface of the metal material, and the cutting torch tilting mechanism is configured to The probe and the cutting torch are configured to change the angle of the cutting torch from the preheating angle to the cutting angle when the lower end rides on the upper surface from the end surface of the metal material and the angle with respect to the metal material changes. The thermal cutting device for metal materials according to any one of [1] to [3], which is a link mechanism that interlocks.
[5] The detection means is a laser sensor that detects the position of the end surface or top surface of the metal material by irradiating the metal material with a laser, and the cutting torch tilting mechanism is configured to detect the position of the end surface or top surface of the metal material by irradiating the metal material with a laser beam. The thermal cutting device for metal materials according to any one of [1] to [3], which is an actuator that changes the angle of the cutting torch from the preheating angle to the cutting angle according to the position of the end surface or top surface of the metal material. .
[6] A method for thermally cutting a metal material using the metal material cutting device according to any one of [1] to [5], wherein the cutting torch cuts the metal material from an end surface of the metal material. a detection step of detecting that the cutting torch is at the preheating position separated by a predetermined distance; and a predetermined angle of the cutting torch with respect to the metal material when the detection step detects that the cutting torch is at the preheating position. a preheating step of preheating the metal material with the cutting torch at a preheating angle of , and after the preheating is completed, tilting the angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined cutting angle different from the preheating angle, A method for thermally cutting a metal material, comprising: a cutting step of thermally cutting the metal material with the cutting torch.
[7] The method for thermally cutting a metal material according to [6], further comprising an initialization step of returning the angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined initial angle after the cutting step.
[8] A method for manufacturing a metal material, including the step of thermally cutting a metal material using the method for thermally cutting a metal material according to [6] or [7].
本発明の金属材の熱切断装置及び金属材の熱切断方法によれば、切断トーチが金属材の端面から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることを検知し、切断トーチの金属材に対する角度を所定の予熱角度に傾動させることを、容易かつ正確に行える。よって、作業者の熟練度に左右されることなく、手作業と同様の精度で熱切断を行える。 According to the thermal cutting device for metal materials and the thermal cutting method for metal materials of the present invention, it is detected that the cutting torch is at a preheated position separated from the end face of the metal material by a predetermined distance, and the angle of the cutting torch with respect to the metal material is detected. The preheating angle can be tilted to a predetermined preheating angle easily and accurately. Therefore, thermal cutting can be performed with the same precision as manual cutting, regardless of the skill level of the operator.
また、本発明の金属材の製造方法では、上記の熱切断方法を用いて金属材を製造することで、予熱及び切断に要する時間短縮を図ることができるとともに、切断面が不良となることを抑制することができ、短時間で精度良く金属材を製造できる。 Furthermore, in the method for manufacturing a metal material of the present invention, by manufacturing the metal material using the above-described thermal cutting method, it is possible to shorten the time required for preheating and cutting, and to prevent the cut surface from becoming defective. metal materials can be manufactured with high precision in a short time.
以下、図面を参照して、本発明の金属材の熱切断装置及び金属材の熱切断方法、並びに金属材の製造方法の実施形態について、具体的に説明する。
<第1の実施形態>
図1に、第1の実施形態の金属材の熱切断装置1の全体構成を示す。なお、図1は、金属材の熱切断装置の概略を示す図であり、各部材の位置や形状は実際の金属材の熱切断装置とは異なる。図1に示すように、本実施形態の金属材の熱切断装置1は、装置本体10と、金属材としての鋼材Wを熱切断する切断トーチ11と、切断トーチ11が予熱位置にあることを検知する検知手段12と、切断トーチ11を傾動させる切断トーチ傾動機構14(14A~14C)と、を備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a metal material thermal cutting apparatus, a metal material thermal cutting method, and a metal material manufacturing method of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
<First embodiment>
FIG. 1 shows the overall configuration of a
具体的には、切断トーチ11は、鋼材Wの切断方向Dに移動可能かつ切断方向Dに傾動可能となるように、切断トーチ傾動機構14により支持されている。切断トーチ傾動機構14は、切断トーチ11の下端部より下方に位置する回転軸X1(図2(a)及び図2(b)参照)を中心に切断トーチ11を回動させることで、鋼材Wに対して傾動させるように、構成されている。
Specifically, the
図2(a)及び図2(b)に、本実施形態の金属材の熱切断装置1における、検知手段12及び切断トーチ傾動機構14の動作を示す。
2(a) and 2(b) show the operation of the detection means 12 and the cutting
図2(a)及び図2(b)に示すように、本実施形態の金属材の熱切断装置1では、検知手段は、接触式のプローブ12により構成されている。また、切断トーチ傾動機構は、プローブ12に機械的に連係されたリンク機構14により、構成されている。切断トーチ傾動機構を構成するリンク機構14は、プローブ旋回ギア14A、伝達ギア14B及びトーチ旋回ギア14Cから構成されている。
As shown in FIGS. 2(a) and 2(b), in the metal material
プローブ旋回ギア14Aは、金属材の熱切断装置1の装置本体10に設けられたプローブ旋回ガイド10aに回動自在に支持され、鋼材Wの上面W1から所定の高さの回転軸X0を中心に回動しつつ装置本体10とともに鋼材Wの切断方向Dに移動する。同様に、トーチ旋回ギア14Cは、装置本体10に設けられたトーチ旋回ガイド10bに回動自在に支持され、鋼材Wの上面W1とほぼ同じ高さの回転軸X1を中心に回動しつつ装置本体10とともに鋼材Wの切断方向Dに移動する。
The
金属材の熱切断装置1の装置本体10は、鋼材Wの切断方向Dに沿って走行する台車(図示せず)に搭載されることで、鋼材Wの切断方向Dに沿って移動する。金属材の熱切断装置1の装置本体10を台車と一体に構成して、レール上を走行する門型の装置等としても良い。金属材の熱切断装置1をポータブルな装置として構成して、装置本体10を台車に搭載して移動させても良い。
The apparatus
または、装置本体10をロボットアーム(図示せず)等により、鋼材Wの切断方向Dに移動するようにしても良い。あるいは、金属材の熱切断装置1の装置本体10は移動させず、鋼材Wを移動させることにより、装置本体10が鋼材Wの切断方向Dに相対的に移動するようにしても良い。
Alternatively, the apparatus
切断トーチ11は、その下端部がトーチ旋回ギア14Cの回転軸X1を向くように、トーチ旋回ギア14Cに固定されており、トーチ旋回ギア14Cとともに、回転軸X1を中心に傾動(回動)しつつ鋼材Wの切断方向Dに移動する。
The cutting
また、プローブ12は、その下端部が鋼材Wの端面W0に接触可能な高さとなるように、かつ切断トーチ11よりも切断方向Dに進行した位置となるように、プローブ旋回ギア14Aに固定されており、プローブ旋回ギア14Aとともに、回転軸X0を中心に傾動(回動)しつつ鋼材Wの切断方向Dに移動する。
Further, the
プローブ12は、鋼材Wの端面W0に当接する前の初期状態では、ばね等の付勢手段(図示せず)によって、鉛直方向を基準として切断方向Dとは反対側(負方向)に傾斜した初期角度(図示せず)まで付勢されて、この初期角度に保持されている。これにより、プローブ12に連動して動作する切断トーチ11も、プローブ12とは異なる初期角度(図示せず)に保持される。そして、図2(a)に示すように、金属材の熱切断装置1の装置本体10が鋼材Wの切断方向Dに移動して、鋼材Wに接近すると、プローブ12の下端部が鋼材Wの端面W0に当接する。このとき、プローブ12がわずかに傾動するため、プローブ12の動きを検知するセンサ(図示せず)により、プローブ12の下端部が鋼材Wの端面W0に当接したこと、すなわち、切断トーチ11が鋼材Wの端面W0から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることが検知されるようになっている。
In the initial state before contacting the end surface W0 of the steel material W, the
本実施形態の金属材の熱切断装置1では、プローブ12が鋼材Wの端面W0に当接して、プローブ12がわずかに傾動することにより、これに連動して、切断トーチ11が初期角度から予熱角度θ1まで傾動する。つまり、プローブ12による鋼材Wの端面W0の検知と同時に、切断トーチ11の予熱角度θ1への傾動が行われるようになっている。
In the
そして、上述のようにして、切断トーチ11が予熱位置にあることが検知された時、金属材の熱切断装置1の装置本体10の移動を停止して、切断トーチ11から鋼材Wの端面W0上の予熱点P(図1参照)に向かって予熱角度θ1で、所定の予熱時間の間、予熱炎を噴出する。これにより、鋼材Wの端面W0上の予熱点Pを予熱できる。
As described above, when it is detected that the cutting
予熱終了後は、装置本体10の鋼材Wの切断方向Dへの移動を再開するとともに、切断トーチ11から噴出される予熱炎を切断炎に切り替えることで、鋼材Wの切断を開始できる。このとき、図2(b)に示すように、プローブ12の下端部が鋼材Wの端面W0から上面W1に乗り上げることで、プローブ12がさらに傾動する。プローブ12が固定されたプローブ旋回ギア14Aも、プローブ12と同じ角度だけ回動する。
After the preheating is completed, cutting of the steel material W can be started by restarting movement of the
このプローブ旋回ギア14Aの回転が、伝達ギア14Bを通じてトーチ旋回ギア14Cに伝達されることで、トーチ旋回ギア14Cに固定された切断トーチ11が、鋼材Wの切断方向Dに移動しつつ、予熱角度θ1から、予熱角度θ1とは異なる所定の切断角度θ2まで、徐々に傾動する。
The rotation of the
このとき、図2(a)及び図2(b)に示すように、切断トーチ11が予熱角度θ1から切断角度θ2まで傾動する間に、切断トーチ11から噴出される切断炎が、切断済の切断面に当たらないようにすることが好ましい。このようにすると、切断を効率的に行うことができ、切断面の性状が損なわれることも無い。
At this time, as shown in FIGS. 2(a) and 2(b), while the cutting
本実施形態の金属材の熱切断装置1では、互いにギア比が異なるプローブ旋回ギア14A、伝達ギア14B及びトーチ旋回ギア14Cの3つのギアを用いることにより、切断トーチ11が、鋼材Wに対して傾動するようにしている。これらプローブ旋回ギア14A、伝達ギア14B、及びトーチ旋回ギア14Cのギア比や配置を変更することで、プローブ12の傾動量に対する切断トーチ11の傾動量、プローブ12の角度に対する切断トーチ11の角度を調整できる。
In the
また、プローブ12及び切断トーチ11の角度の設定に余裕代が許容される場合は、プローブ旋回ギア14A、伝達ギア14B及びトーチ旋回ギア14Cを用いなくてもよい。例えば、プローブ12及び切断トーチ11を、それぞれプローブ旋回ガイド10a及びトーチ旋回ガイド10bによって回動自在に支持するとともに、プローブ12と切断トーチ11とを図示しない連結部材によって連結し、プローブ12が鋼材Wに接触して傾動する時に切断トーチ11を牽引して傾動させる構造としても良い。
Further, if a margin is allowed in setting the angles of the
装置本体10が鋼材Wの切断方向Dにさらに移動して、図2(b)に示すように、プローブ12の下端部が鋼材Wの上面W1に完全に乗り上げると、プローブ12はこれ以上傾動せず、切断トーチ11の傾動も、切断角度θ2で停止する。そして、切断トーチ11が切断角度θ2に保持されたまま、鋼材Wの切断方向Dに移動して、鋼材Wの切断が継続される。
When the device
このように、本実施形態の金属材の熱切断装置1では、切断トーチ11とプローブ12とがリンク機構14によって連動するように構成されている。よって、鋼材Wを切断する際に、リンク機構14によって、切断トーチ11を予熱時の予熱角度θ1から切断時の切断角度θ2に自動的に傾動させることができる。
As described above, in the
ここで、切断トーチ11は、その下端部がトーチ旋回ギア14Cの回転軸X1に近い位置になるように、トーチ旋回ギア14Cに固定されていると好ましい。
Here, it is preferable that the cutting
切断トーチ11が傾動するとき、その下端部は、トーチ旋回ギア14Cの回転軸X1を中心とする円弧状の軌跡に沿って移動する。よって、切断トーチ11の下端部がトーチ旋回ギア14Cの回転軸X1から離れていると、切断トーチ11の下端部が通過する円弧状の軌跡の半径が大きくなり、切断トーチ11のリフト量L(鋼材Wの上面と切断トーチ11の下端部の距離)の変化が大きくなる。そして、切断トーチ11が予熱角度θ1から切断角度θ2まで傾動する間に、切断トーチ11のリフト量Lが過大となって、良好な切断条件にならないおそれがある。
When the cutting
これに対し、切断トーチ11の下端部がトーチ旋回ギア14Cの回転軸X1に近い位置であれば、切断トーチ11の下端部が通過する円弧状の軌跡の半径が小さくなり、切断トーチ11のリフト量L(鋼材Wの上面と切断トーチ11の下端部の距離)の変化が小さくなる。よって、切断トーチ11が予熱角度θ1から切断角度θ2まで傾動する間で、切断トーチ11のリフト量Lの変化が小さく、良好な切断条件を維持できる。
On the other hand, if the lower end of the cutting
ガス切断時の切断トーチ11のリフト量Lが小さい場合には、図2(a)及び図2(b)に示すように、トーチ旋回ギア14Cの回転軸X1の高さが、鋼材Wの上面W1に近い高さとなるようにすれば良い。
When the lift amount L of the cutting
また、図1、図2(a)及び図2(b)では、プローブ旋回ギア14A(プローブ12)の回転軸X0とトーチ旋回ギア14C(切断トーチ11)の回転軸X1とが互いに異なる例を示している。しかし、プローブ旋回ギア14Aの回転をトーチ旋回ギア14Cに伝達する伝達ギア14Bを他のギア(群)に置き換えて、リンク機構の配置や構成を変更することで、プローブ旋回ギア14A(プローブ12)の回転軸X0とトーチ旋回ギア14C(切断トーチ11)の回転軸X1の位置を一致させても良い。
Further, in FIGS. 1, 2(a), and 2(b), examples are shown in which the rotation axis X0 of the
次に、熱切断の条件となる、上述の予熱角度θ1及び切断角度θ2について説明する。 Next, the above-mentioned preheating angle θ1 and cutting angle θ2, which are conditions for thermal cutting, will be explained.
図3に、熱切断の予熱角度(予熱時の切断トーチ11からの予熱炎の噴出角度)θ1と予熱限界板厚(予熱可能な板厚の上限)との関係の例を示す。ここで、予熱角度θ1は、切断トーチ11が鉛直下方を向く角度を基準(0度)とし、切断トーチ11の上端部が切断方向Dの前方に傾斜する角度を正としている。
FIG. 3 shows an example of the relationship between the preheating angle of thermal cutting (the angle of ejection of the preheating flame from the cutting
好ましい予熱角度θ1は、鋼材Wの板厚や材種、その他の切断条件によって変わるが、図3に示すように、予熱角度θ1を-30度~0度の範囲で設定することが好ましい。このようにすると、鋼材Wの端面が鉛直であるときに、予熱炎を鋼材Wの端面W0に確実に当てて、端面W0全体を効率良く予熱することができる。また、予熱角度θ1を-20度~-5度の範囲で設定することがさらに好ましい。鋼材Wの端面W0に対し予熱炎を斜めに噴射すると、鋼材Wの端面W0上の予熱点Pの位置精度に幅を持たせることができる。また、予熱炎を鋼材Wの端面W0に角度を付けて当てることで、予熱炎を鋼材Wの端面W0に平行に当てる場合よりも、予熱時の加熱効果が高くなり、予熱及び切断に要する時間短縮を図ることができる。鋼材Wの板厚が小さく、予熱炎を端面W0全体に拡げられる場合等は、予熱角度θ1を-45度まで傾けて、予熱時間を短縮するようにしても良い。 The preferable preheating angle θ1 varies depending on the thickness and type of the steel material W, and other cutting conditions, but as shown in FIG. 3, it is preferable to set the preheating angle θ1 in the range of -30 degrees to 0 degrees. In this way, when the end surface of the steel material W is vertical, the preheating flame can be reliably applied to the end surface W0 of the steel material W, and the entire end surface W0 can be efficiently preheated. Further, it is more preferable to set the preheating angle θ1 in the range of -20 degrees to -5 degrees. When the preheating flame is injected obliquely to the end surface W0 of the steel material W, the positional accuracy of the preheating point P on the end surface W0 of the steel material W can be varied. In addition, by applying the preheating flame to the end surface W0 of the steel material W at an angle, the heating effect during preheating is higher than when applying the preheating flame parallel to the end surface W0 of the steel material W, and the time required for preheating and cutting is increased. It is possible to shorten the time. If the thickness of the steel material W is small and the preheating flame can be spread over the entire end face W0, the preheating angle θ1 may be tilted to -45 degrees to shorten the preheating time.
図4に、熱切断の切断角度(切断時の切断トーチ11からの切断炎の噴出角度)θ2と、鋼材Wの下面W2に付着するノロ高さとの関係の例を示す。ここで、切断角度θ2も、予熱角度θ1と同様に、切断トーチ11が鉛直下方を向く角度を基準(0度)とし、切断トーチ11の上端部が切断方向Dの前方に傾斜する角度を正としている。
FIG. 4 shows an example of the relationship between the cutting angle of thermal cutting (the angle of ejection of the cutting flame from the cutting
図4に示すように、切断角度θ2を-10度~+30度の範囲で設定することが好ましい。このようにすると、切断時に鋼材Wの下面W2にノロが付着するのを防止し、後工程の手入れ等を削減できる。また、切断時の実際のノロの付着状況に応じて切断角度θ2を調整することがさらに好ましい。 As shown in FIG. 4, it is preferable to set the cutting angle θ2 in the range of −10 degrees to +30 degrees. In this way, it is possible to prevent slag from adhering to the lower surface W2 of the steel material W during cutting, and to reduce the need for maintenance in post-processes. Further, it is more preferable to adjust the cutting angle θ2 according to the actual state of slag adhesion during cutting.
切断時のノロの付着状況に応じて切断トーチ11の傾斜角度θ2を調整する方法としては、例えば図5(a)及び図5(b)に示す第1の実施形態の変形例の金属材の熱切断装置1’のように、切断トーチ傾動機構としてのリンク機構14(14A~14C)に加えて、ダイヤル機構14D~14Fを設ける方法がある。
As a method of adjusting the inclination angle θ2 of the cutting
具体的には、図5(a)及び図5(b)に示すとおり、ダイヤル機構14D~14Fは、トーチ旋回ギア14Cに形成された内歯14Dと、トーチ旋回ギア14C上を移動する移動コマ14Eと、トーチ旋回ギア14Cに対する移動コマ14Eの位置を調整する調整ダイヤル14Fから構成されている。
Specifically, as shown in FIGS. 5(a) and 5(b), the
移動コマ14Eは、円弧状の形状を有しており、トーチ旋回ギア14Cに形成された内歯14Dに対向するように配置されている。移動コマ14Eは、トーチ旋回ギア14Cの内歯14Dに沿う方向に移動(トーチ旋回ギア14Cの回転軸X1を中心に回動)可能となるように、トーチ旋回ギア14C上に取り付けられている。そして、切断トーチ11が、その下端部がトーチ旋回ギア14Cの回転軸X1を向くように、移動コマ14Eに固定されている。
The moving
移動コマ14Eの、内歯14Dと対向する側の辺には、外歯が設けられている。そして、調整ダイヤル14Fが、トーチ旋回ギア14Cの内歯14Dと移動コマ14Eとの間に配置され、トーチ旋回ギア14Cの内歯14D及び移動コマ14Eの外歯と噛合している。この調整ダイヤル14Fを回転させると、トーチ旋回ギア14Cの内歯14Dに沿う方向に移動コマ14Eが移動して、移動コマ14Eに固定された切断トーチ11の角度を調整することができる。このようなダイヤル機構14D~14Fを用いることで、プローブ12の角度に対して切断トーチ11の角度を微調整することができる。
External teeth are provided on the side of the moving
また、本実施形態の金属材の熱切断装置1では、切断トーチ11の角度が予熱角度θ1、切断角度θ2であるときのいずれも、切断トーチ11が傾斜した状態にある例について説明したが、これらの角度のいずれかを0度(垂直)としても良いのはもちろんである。
<第2の実施形態>
図6(a)及び図6(b)に、第2の実施形態の金属材の熱切断装置2の構成及び動作を示す。
Furthermore, in the
<Second embodiment>
FIGS. 6(a) and 6(b) show the configuration and operation of a
図6(a)及び図6(b)に示すように、本実施形態の金属材の熱切断装置2では、検知手段は、鋼材Wにレーザーを照射することによって鋼材Wの端面W0の位置を検知するレーザーセンサ13により構成されている。また、切断トーチ傾動機構は、レーザーセンサ13に電気的に連係されたアクチュエータ15A、アクチュエータ15Aにより回転する駆動ギア15B、及び駆動ギア15Bと噛合するトーチ旋回ギア15Cにより、構成されている。
As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), in the metal material
本実施形態のトーチ旋回ギア15Cは、第1の実施形態のトーチ旋回ギア14Cと同様に、装置本体に設けられたトーチ旋回ガイド(図示せず)に回動自在に支持され、鋼材Wの上面W1とほぼ同じ高さの回転軸X1を中心に回動しつつ装置本体とともに鋼材Wの切断方向Dに移動する。
The
本実施形態の切断トーチ11は、第1の実施形態と同様に、その下端部が鋼材Wの上面W1よりも所定のリフト量Lだけ上方の高さとなるように、トーチ旋回ギア15Cに固定されており、トーチ旋回ギア15Cとともに、回転軸X1を中心に傾動(回動)しつつ鋼材Wの切断方向Dに移動する。
Similar to the first embodiment, the cutting
また、レーザーセンサ13は、切断トーチ11よりも切断方向Dに進行した位置となるように、装置本体に固定され、装置本体とともに鋼材Wの切断方向Dに移動可能である。
Further, the
その他の点については、本実施形態の金属材の熱切断装置2は、第1の実施形態の金属材の熱切断装置1と同様に構成されている。
In other respects, the metal material
図6(a)及び図6(b)に示すように、本実施形態の金属材の熱切断装置2では、レーザーセンサ13により検知された鋼材Wの端面W0の位置に応じて、切断トーチ11を初期位置から予熱時の予熱角度θ1、及び予熱角度θ1から切断時の切断角度θ2に自動的に傾動させることができる。すなわち、レーザーセンサ13により、予熱点Pとなる鋼材Wの端面W0が検知され、この検知信号によりアクチュエータ15Aが駆動される。そして、アクチュエータ15Aによって駆動ギア15Bが回転され、さらに駆動ギア15Bによりトーチ旋回ギア15Cが回転されて、切断トーチ11が傾動する。
As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), in the
本実施形態の金属材の熱切断装置2では、レーザーセンサ13の検知結果に応じて、アクチュエータ15Aによって切断トーチ11の角度を自在に傾動できる。例えば、予熱中に、切断トーチ11の予熱角度θ1を数度の単位で微調整しながら予熱すること等が可能となる。
<金属材の熱切断装方法>
図7を参照して、第1の実施形態の金属材の熱切断装置1を用いて鋼材Wを熱切断する金属材の熱切断方法の実施形態について説明する。
In the
<Method for thermal cutting of metal materials>
With reference to FIG. 7, an embodiment of a method for thermally cutting a metal material in which a steel material W is thermally cut using the
本実施形態の金属材の熱切断方法は、検知工程S1と、予熱工程S2と、切断工程S3と、初期化工程S4と、を有している。 The method for thermally cutting a metal material according to the present embodiment includes a detection step S1, a preheating step S2, a cutting step S3, and an initialization step S4.
まず、検知工程S1で、切断トーチ11が鋼材Wの端面W0から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることを検知する。図7(a)に示すように、熱切断が開始される前は、プローブ12は、鋼材Wの端面W0に未だ当接しておらず、ばね等の付勢手段(図示せず)によって、鉛直方向を基準として切断方向Dとは反対側(負方向)に傾斜した初期角度(図示せず)まで付勢されて、この初期角度に保持されている。そして、図7(b)に示すように、金属材の熱切断装置1の装置本体10が、鋼材Wの切断方向Dに移動して、鋼材Wに接近すると、プローブ12の下端部が鋼材Wの端面W0に当接する。このとき、プローブ12がわずかに傾動するため、プローブ12の動きを検知するセンサ(図示せず)により、プローブ12の下端部が鋼材Wの端面W0に当接したこと、すなわち、切断トーチ11が鋼材Wの端面W0から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることが検知される。
First, in a detection step S1, it is detected that the cutting
このように、検知工程S1において、切断トーチ11が予熱位置にあることが検知されると、予熱工程S2に進む。予熱工程S2では、切断トーチ11の鋼材Wに対する角度を、初期角度から所定の予熱角度θ1まで傾動させ、切断トーチ11により鋼材Wを予熱する。
In this way, in the detection step S1, when it is detected that the cutting
第1の実施形態の金属材の熱切断装置1を用いる場合には、プローブ12が鋼材Wの端面W0に当接して、プローブ12がわずかに傾動することにより、これに連動して、切断トーチ11が初期角度から予熱角度θ1まで傾動する。つまり、プローブ12による鋼材Wの端面W0の検知と同時に、切断トーチ11の予熱角度θ1への傾動が行われる。
When using the
予熱工程S2の開始時には、金属材の熱切断装置1の装置本体10の移動を停止させる。これにより、プローブ12の傾動も停止し、これに連動する切断トーチ11が予熱角度θ1で保持される。そして、切断トーチ11から鋼材Wの端面W0上の予熱点Pに向かって予熱炎を噴出する予熱を開始するとともに、予熱時間のカウントを開始する。所定の予熱時間が経過したら、切断工程S3に進む。
At the start of the preheating process S2, movement of the apparatus
切断工程S3の開始時には、金属材の熱切断装置1の装置本体10の切断方向Dへの移動を再開するとともに、切断トーチ11から噴出される予熱炎を切断炎に切り替えて、鋼材Wの切断を開始する。
At the start of the cutting process S3, the apparatus
このとき、金属材の熱切断装置1の装置本体10の切断方向Dへの移動が再開されることにより、図7(c)~図7(e)に示すように、プローブ12の下端部が鋼材Wの端面W0から上面W1に乗り上げることで、プローブ12がさらに傾動しつつ、鋼材Wの切断方向Dに移動する。プローブ12が固定されたプローブ旋回ギア14Aも、プローブ12と同じ角度だけ回動する。
At this time, the movement of the apparatus
このプローブ旋回ギア14Aの回転が、伝達ギア14Bを通じてトーチ旋回ギア14Cに伝達されることで、トーチ旋回ギア14Cに固定された切断トーチ11が、鋼材Wの切断方向Dに移動しつつ、予熱角度θ1から、予熱角度θ1とは異なる所定の切断角度θ2まで、徐々に傾動する。
The rotation of the
そして、図7(e)に示すように、プローブ12の下端部が鋼材Wの上面W1に完全に乗り上げると、プローブ12はそれ以上傾動しない。この結果、切断トーチ11の傾動も、切断角度θ2で停止し、切断角度θ2に保たれたまま鋼材Wの切断方向Dに移動して鋼材Wの切断が継続される。
Then, as shown in FIG. 7E, when the lower end of the
そして、初期化工程S4では、切断工程S3の後に切断トーチ11の鋼材Wに対する角度を所定の初期角度に戻す。具体的には、鋼材Wの切断が終了すると、図7(f)に示すように、鋼材Wの上面W1に乗り上げていたプローブ12の下端部が、鋼材Wの上面W1から外れる。このとき、プローブ12は、上述の付勢手段によって切断方向Dとは反対側(負方向)に付勢され、プローブ12の初期角度まで自動的に復帰する。これに伴い、プローブ12に連動して動作する切断トーチ11も、切断トーチ11の初期角度に復帰する。このように、切断トーチ11を、予熱時に予熱角度θ1に、また切断時に切断角度θ2に自動的に傾動させるだけでなく、切断終了時に初期角度に自動的に復帰させことができる。
Then, in the initialization step S4, the angle of the cutting
なお、プローブ12が初期角度に復帰する時に、プローブ12の下端部が鋼材Wの端面を疵付けることがないよう、プローブ12の傾動量を規制するストッパをトーチ旋回ギア14Cに設けたり、プローブ12の傾動速度を調整する減衰手段(図示せず)などを付勢手段に設けたりすることが好ましい。
In order to prevent the lower end of the
本実施形態の金属材の製造方法は、上述の鋼材の熱切断方法を用いて鋼材Wを熱切断する工程を含むことにより実施される。 The method for manufacturing a metal material according to the present embodiment is carried out by including the step of thermally cutting a steel material W using the above-described method for thermally cutting a steel material.
1、1’、2 金属材の熱切断装置
10 装置本体
10a プローブ旋回ガイド
10b トーチ旋回ガイド
11 切断トーチ
12 プローブ(検知手段)
13 レーザーセンサ(検知手段)
14 リンク機構(切断トーチ傾動機構)
14A プローブ旋回ギア(切断トーチ傾動機構)
14B 伝達ギア(切断トーチ傾動機構)
14C トーチ旋回ギア(切断トーチ傾動機構)
14D 内歯
14E 移動コマ
14F 調整ダイヤル
15A アクチュエータ(切断トーチ傾動機構)
15B 駆動ギア(切断トーチ傾動機構)
15C トーチ旋回ギア(切断トーチ傾動機構)
θ1 予熱角度
θ2 切断角度
D 切断方向
X0 プローブ旋回ギアの回転軸
X1 トーチ旋回ギアの回転軸
W 金属材(鋼材)
W0 端面
W1 上面
W2 下面
P 予熱点
L リフト量
1, 1', 2 Thermal cutting device for
13 Laser sensor (detection means)
14 Link mechanism (cutting torch tilting mechanism)
14A Probe rotation gear (cutting torch tilting mechanism)
14B Transmission gear (cutting torch tilting mechanism)
14C Torch rotation gear (cutting torch tilting mechanism)
15B Drive gear (cutting torch tilting mechanism)
15C Torch rotation gear (cutting torch tilting mechanism)
θ1 Preheating angle θ2 Cutting angle D Cutting direction X0 Rotation axis of probe rotation gear X1 Rotation axis of torch rotation gear W Metal material (steel material)
W0 End surface W1 Top surface W2 Bottom surface P Preheating point L Lift amount
Claims (6)
前記切断トーチが前記金属材の端面から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることを検知する検知手段と、
前記検知手段により前記切断トーチが前記予熱位置にあることが検知された際に、前記切断トーチの前記金属材に対する角度を所定の予熱角度に傾動させる切断トーチ傾動機構と、
を有する金属材の熱切断装置であって、
前記切断トーチ傾動機構は、前記切断トーチが前記予熱位置から前記切断方向に移動する際、前記切断トーチの前記金属材に対する角度を、前記予熱角度とは異なる所定の切断角度に傾動させ、
前記切断トーチが鉛直下方を向く角度を0度とし、前記切断トーチの上端部が前記切断方向の前方に傾斜する角度を正とするとき、前記予熱角度は-30度~0度の範囲で設定され、前記切断角度は-10度~+30度の範囲で設定されている、金属材の熱切断装置。 a cutting torch that is movable in the cutting direction of the metal material and tiltable in the cutting direction;
a detection means for detecting that the cutting torch is at a preheated position a predetermined distance from the end surface of the metal material;
a cutting torch tilting mechanism that tilts an angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined preheating angle when the detection means detects that the cutting torch is at the preheating position;
A thermal cutting device for metal materials , comprising:
The cutting torch tilting mechanism tilts an angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined cutting angle different from the preheating angle when the cutting torch moves from the preheating position in the cutting direction,
When the angle at which the cutting torch points vertically downward is 0 degrees, and the angle at which the upper end of the cutting torch is inclined forward in the cutting direction is positive, the preheating angle is set in a range of -30 degrees to 0 degrees. and the cutting angle is set in a range of -10 degrees to +30 degrees .
前記切断トーチが前記金属材の端面から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることを検知する検知手段と、
前記検知手段により前記切断トーチが前記予熱位置にあることが検知された際に、前記切断トーチの前記金属材に対する角度を所定の予熱角度に傾動させる切断トーチ傾動機構と、
を有する金属材の熱切断装置であって、
前記検知手段は、下端部が前記金属材の端面又は上面に当接しつつ前記切断トーチとともに前記金属材の切断方向に移動可能なプローブであり、
前記切断トーチ傾動機構は、前記プローブの下端部が前記金属材の端面から上面に乗り上げて前記金属材に対する角度が変化するときに、前記切断トーチの角度を前記予熱角度から該予熱角度とは異なる所定の切断角度に変化させるように、前記プローブと前記切断トーチとを連動させるリンク機構である、金属材の熱切断装置。 a cutting torch that is movable in the cutting direction of the metal material and tiltable in the cutting direction;
a detection means for detecting that the cutting torch is at a preheated position a predetermined distance from the end surface of the metal material;
a cutting torch tilting mechanism that tilts an angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined preheating angle when the detection means detects that the cutting torch is at the preheating position;
A thermal cutting device for metal materials, comprising:
The detection means is a probe that is movable in the cutting direction of the metal material together with the cutting torch while a lower end thereof is in contact with an end surface or an upper surface of the metal material,
The cutting torch tilting mechanism changes the angle of the cutting torch from the preheating angle to the preheating angle when the lower end of the probe rides from the end surface of the metal material to the top surface and the angle with respect to the metal material changes. A thermal cutting device for metal materials, which is a link mechanism that interlocks the probe and the cutting torch so as to change the cutting angle to a predetermined cutting angle .
前記切断トーチ傾動機構は、前記レーザーセンサにより検知された前記金属材の端面又は上面の位置に応じて前記切断トーチの角度を前記予熱角度から前記切断角度に変化させるアクチュエータである、請求項1に記載の金属材の熱切断装置。 The detection means is a laser sensor that detects the position of the end surface or top surface of the metal material by irradiating the metal material with a laser,
The cutting torch tilting mechanism is an actuator that changes the angle of the cutting torch from the preheating angle to the cutting angle in accordance with the position of the end surface or top surface of the metal material detected by the laser sensor. Thermal cutting equipment for the metal materials described.
前記切断トーチが前記金属材の端面から所定の距離だけ離れた予熱位置にあることを検知する検知工程と、
前記検知工程により前記切断トーチが前記予熱位置にあることが検知された際に、前記切断トーチの前記金属材に対する角度を所定の予熱角度に傾動させ、前記切断トーチにより前記金属材を予熱する予熱工程と、
前記予熱の終了後に前記切断トーチの前記金属材に対する角度を前記予熱角度とは異なる所定の切断角度に傾動させ、前記切断トーチにより前記金属材を熱切断する切断工程と、
を有する金属材の熱切断方法。 A method for thermally cutting a metal material using the metal material cutting device according to any one of claims 1 to 3 , comprising:
a detection step of detecting that the cutting torch is at a preheated position a predetermined distance away from the end surface of the metal material;
Preheating of tilting the angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined preheating angle when the detection step detects that the cutting torch is at the preheating position, and preheating the metal material with the cutting torch. process and
a cutting step of tilting the angle of the cutting torch with respect to the metal material to a predetermined cutting angle different from the preheating angle after the end of the preheating, and thermally cutting the metal material with the cutting torch;
A method for thermally cutting metal materials.
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