JPH04167925A

JPH04167925A - 曲げロール

Info

Publication number: JPH04167925A
Application number: JP29251790A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Nakako; 武文仲子; Yoshiaki Shimada; 島田　嘉晃
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1992-06-16
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2820524B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、成形ロールを使用することなく、弾性変形を
利用して金属ストリップを筒状、樋状等の形状に成形す
る際に使用される曲げロールに関する。

［従来の技術］金属ストリップから管体を製造する従来の方法では、タ
ンデムに配置された多数のカリバーを有するフォーミン
グロール、ケージロール等からなるロール成形機が使用
されている。この成形機により、金属ストリップは、幅
方向に順次曲げ加工され、管状に成形される。そして、
成形された金属ストリップの幅方向両端部を突合わせて
溶接することにより、管体を連続的に製造している。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置され
た成形機を必要とするため、設備的な負担が大きくなる
。また、設備の複雑化に伴って保守・虚構等の作業も面
倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよう
とするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作業
となる。

しかも、板幅に比較して叛厚が小さな金属ストリップを
製管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形による
影響が大きく現れる。たとえば、前段の成形ロールから
後段の成形ロールに至る過程で大きなスプリングバック
が生じ、特に幅方向両端部が十分な曲げ加工を受けるこ
となく、後段の成形ロールに送り込まれる。また、エツ
ジストレッチが太き（、縁波が発生し易い。そのため、
製造された管体の真円度が劣化する。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法とし
て、従来の成形ロールを使用することなく、金属ストリ
ップが有する弾性力を利用して管状に成形する方法を開
発し、特開昭６２−１７６６１１号公報、特開平１−４
８６２４号公報等として紹介している。

たとえば、特開昭６２−１７６６１１号公報では、第５
図に概要を示した設備構成を使用している。アンコイラ
１から送り出された金属ストリップＳは、ガイドロール
２を経て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、小
径の曲げロール３ａ及び大径のサポートロール３ｂを備
えており、サポートロール３ｂの表面にポリウレタン等
の弾性ライニング３ｃが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール３ａ側に接
触するように、金属ストリップＳを曲げロール３ａとサ
ポートロール３ｂとの間に送り込、　む。金属ストリッ
プＳが曲げロール３ｂで幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻
しを受けるため、予変形部３を通過した後の金属ストリ
ップＳに残留応力が付与される。

残留応力が与えられた金属ストリップＳは、成形ロール
４．サイドロール５及び送りロール６を経て下流側に送
られる。この送り過程で、金属ストリップＳは、長手方
向の変形が拘束されているので、残留応力によって管状
に弾性変形する。そして、管状に成形された金属ストリ
ップＳは、成形ロール４及びサイドロール５により形状
が拘束された状態で、幅方向両端部が突合わされる。こ
の突合わせ部を溶接トーチ７で溶接することにより、管
体ｐが得られる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリッ
プＳを管状に成形するため、得られた管体ｐの真円度は
優れたものとなる。また、金属ストリップＳを管状に曲
げ加工する成形ロールをｌ・要としないため、設備構成
が簡単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平２−７５４１８号公報では、第６図に示し
た概略構成をもつ予変形部を提案した。

この予変形部３では、一対の大径ロール３ｄ及び３ｅの
間に曲げロール３ｆを配置している。金属ストリップＳ
は、大径ロール３ｄと曲げロール３ｆの間を通過した後
、曲げロール３ｆを周回し、大径ロール３ｅと曲げロー
ル３ｆとの間から送り出される。この走行過程で、金属
ストリップＳが曲げ及び曲げ戻され、残留応力が付与さ
れる。この予変形部３は、小径の曲げロール３ｆをバッ
クアップする機構を省略することができ、所定の残留応
力を金属ストリップＳに付与することが容易となる。

［発明が解決しようとする課題］本発明者等が提案した製管法によって、従来の成形ロー
ルが不要になり、簡単な設備構成で真円度に優れた管体
が製造されるようになった。ところが、その後の開発段
階で、曲げ及び曲げ戻しで残留応力を与えた金属ストリ
ップを幅方向にカールさせるとき、円周方向の曲率が均
一でなく、真円度が低い管体に成形される場合がみられ
た。

真円度の低下は、幅方向に関し不均一な残留応力が金属
ストリップに与えられていることに起因する。そこで、
曲げロールの加工精度及びサポートロールに対する組立
て精度を高めた。しかし、これによっても、製管開始直
後は所期の形状特性をもった管体が得られるものの、製
管を長時間にわたり連続して行うとき、時間経過と共に
製造された管体の形状特性が劣化することがみられた。

本発明者等は、形状特性の劣化を曲げロールのプロフィ
ール変化に原因があるものと推定した。

プロフィール変化を起こす代表的な要因として、加工時
の発熱によるサーマルクラウンが掲げられる。また、ロ
ールが高温になるに従って剛体強度が低下し、変形する
ことも考えられる。

そこで、曲げロールの温度上昇を抑えてプロフィール変
化を抑制すれば、一定した条件下で曲げ及び曲げ戻しが
行われ、幅方向に均一な残留応力が与えられるものと仮
定した。

本発明は、このようなことを前提とし、曲げロールに冷
却機構を内蔵させることによって、加工時の発熱等に起
因したプロフィール変化を抑え、形状特性の劣化を招く
ことなく金属ストリップを管状、樋状等に成形すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の曲げロールは、その目的を達成するため、幅方
向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力を金属スト
リップに付与した後、管状或いは樋状に金属ストリップ
を成形する際に使用されるロールであり、中心角９０度
以上の範囲で前記金属ストリップに接触する周面をもち
、内部に冷媒が循環する冷却機構を備えていることを特
徴とする。

［作　用］本発明者等は、曲げロールのプロフィール変化を次のよ
うに推定した。

曲げ及び曲げ戻しにより付与した残留応力で金属ストリ
ップを幅方向にカールさせて管体、樋状製品を製造する
とき、第５図及び第６図に示すように曲げロール３ａ、
３ｆは、対向するロール３ａ、３ｄ、３ｅに押し付けら
れる力は小さいものの、円周方向に関し長い距離で金属
ストリップＳに接触する。また、曲げロール３ａ、３ｆ
とじて小径のロールが使用され、金属ストリップＳが曲
げロール３ａ、３ｆに押し付けられる力も大きくなる。

しかも、曲げロール３ａ、３ｆと接触する部分で金属ス
トリップＳが大きく塑性変形するため、金属ストリップ
Ｓで発生した加工発熱が加えられる。

そのため、曲げロール３ａ、３ｆは、昇温し易く、場合
によって２００℃を超える温度に達することもある。こ
の昇温により、また使用する曲げロール３ａ、３ｆが小
径であることと相俟って、曲げロール３ａ、３ｆのプロ
フィールが変わり、いわゆるす゛−マルクラウンが生じ
る。その結果、金属ストリップＳに与える曲げ加工が幅
方向に関して不均一になり、製管したとき曲率が不規則
に変動する。そして、製造された管体の真円度が低下し
、商品価値を下げる。このプロフィール変化は、塑性曲
げされる金属ストリップの板厚が大きくなるほど、顕著
に現れる。

本発明においては、内蔵させた冷却機構で曲げロールの
昇温を抑制し、サーマルクラウンを始めとするプロフィ
ール変化を防止する。

たとえば、第１図に示すように両端が支持される形式の
曲げロール１０にあっては、ロール本体１１の中心部を
貫通した冷媒通路１２が穿設されている。冷媒通路１２
は、ロールチャック部１３で開口し、一方が冷媒供給口
１４、他方が冷媒排出口１５となる。また、第６図に示
した曲げロールのような場合には、フローティングロー
ルが使用されることから、単なるパイプ状のロールを使
用することもできる。そして、パイプ状ロールの両端部
が開放された状態で使用するとき、外気がパイプ状ロー
ルの内部を流通することによって自然放冷が行われる。

或いは、パイプ状ロールの両端部に冷媒の導入及び排出
のためのホース等を取り付け、強制空冷或いは強制水冷
を行うこともできる。

冷媒としては、水、冷風等が使用される。この冷媒の流
量を変えることによって、抜熱能力を調整し、ロール本
体１１を設定温度以下に保持することができる。

また、冷媒通路１２は、第２図に示すようにロール本体
１１の内部に同心円状で複数設けることができる。冷媒
通路１２の個数及び配置は、使用するロール本体１１の
直径に応じて適宜変更される。たとえば、直径が２０ｍ
ｍ１Ｊ下のロール本体１１をもつ曲げロール１０を使用
する場合には、中心部に冷媒通路１２を穿設した第１図
の構造が採用される。或いは、単純な円筒状のロールを
使用し、内部に大気を自然対流させるか、冷風や冷却水
等を強制循環させる。また、直径が１０ｍｍ以上のロー
ル本体１１をもつ曲げロール１０を使用する場合、複数
個の冷媒通路１２を同心円状に穿設した第２図の構造が
採用される。なお、ロール本体１１の直径が１０〜２０
ｍｍの範囲にある場合には、第１図又は第２図の何れの
方式で冷媒通路１２を設けたものも使用可能である。

金属ストリップ２ｏは、曲げロール１０の周面により塑
性曲げされ、曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が付与さ
れた金属ストリップ２１となる。

この金属ストリップ２１を第５図又は第６図で説明した
ように後続する工程で幅方向にカールさせると、管状、
樋状に成形された製品が連続的に得られる。また、残留
応力が付与された金属ストリップ２１をコイル状に一旦
巻き取り、別工程で管状、樋状に成形することもできる
。

ここで、曲げロール１０のロール本体１１に金属ストリ
ップ２０が接触する長さは、第３図に示すように中心角
αが９０度以上となる円周方向長さとするとき、曲げロ
ール１０による曲げモーメントが金属ストリップ２０に
効率よく伝わり、所定の曲げ及び曲げ戻しを行うことが
できる。中心角αが９０度未満であると、塑性曲げした
後の金属ストリップ２１に残留する応力が小さく、幅方
向にカールする傾向が低下する。

また、ロール本体１１の直径は、−概に決められるもの
ではないが、有効な残留応力を与える上から２〜３０ｍ
ｍの範囲にすることが好ましい。

ロール本体１１の直径が小さければ小さいほど、金属ス
トリップ２０の塑性曲げ加工度が大きくなる。しかし、
板厚との関係から無制限に小さくすることはできない。

ロール本体１１の直径を過度に小さ（すると、たとえば
第６図に示したようなフローティング方式の曲げ装置で
は、ロール３ｄと３ｅとの間にストリップＳと曲げロー
ル３ｆが共に差し込まれ易くなる。そこで、具体的には
、ロール本体１１の半径をｒとし、板厚をｔとするとき
、ロール本体１１の半径ｒは、ｒ　／　ｔ≧５で下限が
規制される。

このように、冷媒によってロール本体１１を冷却しなが
ら金属ストリップ２ｏの塑性曲げを行うとき、加工発熱
等によってロール本体１１が昇温することが抑制される
。そのため、ロール本体１１は、初期形状を維持し、同
一条件下で金属ストリップ２０が塑性曲げされる。その
結果、金属ストリップ２１の残留応力が幅方向に均一化
し、後続する工程で管状或いは樋状に成形したとき均一
な曲率で幅方向にカールする。

［実施例］以下、ストリップの幅方向両端部を突き合わせ溶接して
ステンレス鋼管を製造した実施例を説明する。

実施例１：板厚が０．２ｍｍで板幅８９．５ｍｍのステンレス鋼管
板５ＬＪＳ３０４を金属ストリップ素材として使用した
。このステンレス鋼板は、０．２％耐力が１００ｋｇｆ
／ｍｍ”であった。

曲げロール１０としては、直径３ｍｍの工具鋼製ロール
を使用した。この曲げロール１０を、第５図で示したよ
うに、ポリウレタンをライニングした直径１００ｍｍ、
ロール幅１００ｍｍのサポートロール３１に対向させ、
ステンレス鋼板に３００ｋｇｆの押付は力を加えて曲げ
及び曲げ戻しを行った。このとき、ステンレス鋼ストリ
ップが曲げロールの周面に接触する円周方向長さを、中
心角０２９０度の範囲に設定した。

また、曲げロール３２の中心部に穿設した孔径１ｍｍの
冷媒通路１２を介して毎分１！の流量で温度２０℃の冷
却水を供給し、曲げ加工時にロール本体１１の周面温度
が１００℃を超えないように冷却した。

残留応力が付与されたステンレス鋼板を、成形ロール及
びサイドロールで直径２８．６ｍｍの管状に成形した。

そして、幅方向両端部を突き合わせ、マイクロプラズマ
溶接し、ステンレス鋼管を製造した。

得られたステンレス鋼管は、幅方向に関して均一な曲率
で湾曲した円形断面をもった真円度の高いものであった
。そして、長さ３，０００ｍのステンレス鋼管を連続製
管した後でも、第４図に示すように真円度に実質的な変
動が検出されなかった。なお、第４図における真円度は
、得られたステンレス鋼管の最小直径に対する最大直径
の比率で表している。

これに対し、冷却機構を備えていない同じサイズのロー
ルでステンレス鋼板を塑性曲げして製管したものにあっ
ては、真円度が１．０５を超える場合があった。

実施例２：板厚が０．３ｍｍで板幅１５９ｍｍのステンレス鋼板５
ＵＳ３０４−ＢＡを金属ストリップ素材として使用した
。このステンレス鋼板は、０．２％耐力が３０ｋｇｆ／
ｍｍ”であった。

曲げロール１０として、直径１２ｍｍの工具鋼製ロール
を使用し、口径６　ｍ　ｍの冷媒通路を中心に穿設し、
口径２ｍｍの冷媒通路１２を同心円状に３個穿設した。

そして、実施例１と同様に、ステンレス鋼板に曲げ及び
曲げ戻しを施した。このとき、ステンレス鋼ストリップ
が曲げロールの周面に接触する円周方向長さを、中心角
０２９０度の範囲に設定した。このとき、曲げロール３
２の中心部に穿設した冷媒通路１２を介して毎分１εの
流量で温度２０℃の冷却水を供給し、曲げ加工時にロー
ル本体１１の周面温度が１００℃を超えないように冷却
した。

残留応力が付与されたステンレス鋼板を、成形ロール及
びサイドロールで直径５０．８ｍｍの管状に成形した。

得られたステンレス鋼管は、幅方向に関して均一な曲率
で湾曲した円形断面をもった真円度の高いものであった
。また、長時間使用した後でも、真円度に実質的な変動
が検出されなかった。

比較例：冷却機構を備えていない外は、実施例１と同じサイズの
ロールで板厚０．２ｍｍ、板幅８９．５ｍｍのステンレ
ス鋼板５ＵＳ３０４を塑性曲げして、直径２８．６ｍｍ
に製管した。この場合、得られた鋼管は、真円度が１．
０５を超えるものもあった。

実施例１と比較例の対比から明らかなように、曲げロー
ルを冷却することによって、得られた管体の形状特性が
向上していることが判る。そのため、製管後に施す矯正
を省略することができた。

この冷却効果は、曲げロールのロール本体の直径や軸長
にもよるが、周面温度を１００℃以下に保持するとき顕
著なものとなる。また、加工される金属ストリップ２０
が厚くなるほど、冷却ロールを使用する効果が大きく、
製造された管体の形状特性が向上した。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明によるとき、金属ストリ
ップを塑性曲げする曲げロールに冷却機構を内蔵させ、
曲げ加工時にロール本体が昇温することを抑制している
。その結果、ロール本体が剛体強度の大きな低温状態に
維持されると共に、熱膨張に起因したサーマルクラウン
の発生を防止している。その結果、金属ストリップに対
する塑性曲げが長期間にわたり同一条件下で行われ、幅
方向に関して均一な曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が
金属ストリップに付与される。この金属ストリップから
成形された管体、樋状製品等は、均一な曲率で湾曲した
ものであるため、形状修正のために軽度な矯正を行うだ
けで、或いは矯正を省略しても、優れた形状特性をもつ
製品として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の曲げロールの一例を示し、第２図は複
数の冷媒通路を穿設した曲げロールを示し、第３図は金
属ストリップが塑性曲げされている状態を示し、第４図
は本発明の効果を具体的に表したグラフである。他方、
第５図及び第６図は、本発明者等が先に提案した設備構
成を示す。１０：曲げロール　　　１１：ロール本体１２・冷媒通
路　　　　１３・ロールチャック部１４：冷媒供給口　
　　１５：冷媒排出口２０：金属ストリップ（残留応力
付与前）２１・金属ストリップ（残留応力付与後）α：
金属ストリップが接触する周面の中心角例　　　　　　
　　例

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属ストリップに幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻
しにより残留応力を付与した後、管状或いは樋状に金属
ストリップを成形する際に使用されるロールであり、中
心角９０度以上の範囲で前記金属ストリップに接触する
周面をもち、内部に冷媒が循環する冷却機構を備えてい
ることを特徴とする曲げロール。