JPH06320201A - 高幅精度形材およびその製造方法と製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｈ形鋼，溝形鋼，山形鋼等のフランジを有す
る形材を圧延加工で製造するに際し、フランジ幅寸法精
度の優れた製品を安価に製造する。 【構成】 仕上圧延工程の孔型ロールで形材のフランジ
部を過充満圧延し、フランジ端部に噛出部を形成させ、
その直後に、フランジ端面加工装置を設けて、前記の噛
出部を機械加工にて除去し、フランジ幅精度の優れた製
品を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｈ形材、溝形材および
山形材などのフランジを有する形材の圧延による製造に
関し、詳しくは前記形材のフランジ幅精度を高精度に製
造した製品およびその製造方法と製造装置を提供するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】フランジを有する形材として最も典型的
なＨ形鋼は、一般に圧延または溶接により製造される。
周知のとおり、Ｈ形鋼の形状はウェブおよびフランジか
らなるが、溶接Ｈ形鋼の場合は図６に示すようにウェブ
４１を形成する１枚の鋼板の両端にフランジ４２を形成
する２枚の鋼板を突き合わせ、溶接部５０で溶接した計
３枚の板材を組合せて製造される。一方、圧延Ｈ形鋼の
製造手段は一般には図７（ａ）に示す上下水平ロール６
１と左右竪ロール６２からなるユニバーサル圧延機と、
図７（ｂ）に示す上下水平ロール６３からなるエッジャ
ー圧延機で交互に圧延する、いわゆるユニバーサル圧延
法が採用されている。両者の製造法によって得られた製
品の寸法精度を比較すると、溶接Ｈ形鋼は予め板として
圧延されるか、あるいは機械加工された板状材を組み立
て溶接するため、寸法精度は良好であり、図８に示すフ
ランジ幅Ｃの精度が高くしかもフランジ片幅Ａ，Ｂとの
差で示されるウェブ中心の偏り

【０００３】

【数１】

【０００４】の僅少な優れた製品が製造出来る。

【０００５】これに対して圧延Ｈ形鋼は、以下に述べる
製造手段の特質あるいは制約条件によって製品の寸法精
度には自ずから限界がある。図９は一般的なユニバーサ
ル圧延によるＨ形鋼の製造工程を示す。矩形断面のスラ
ブ素材は、加熱炉１１で加熱された後、複数の孔型を刻
設した２Ｈｉロールでなる粗圧延機１２でリバース圧延
されドッグボーン状の粗形材に造形される。続いて、前
記のユニバーサル圧延機とエッジャーを組み合わせた中
間圧延機１３でリバース圧延し、仕上げ圧延機１４で仕
上げ圧延される。圧延終了後は、鋸断機１５で一定の長
さに鋸断され、冷却床１６で冷却される。このとき製品
には長さ方向の上下左右の曲がりが生じるので、ローラ
矯正機１７により矯正され最終製品となる。

【０００６】以上のような製造工程で製造される圧延Ｈ
形鋼は、圧延中において、温度・張力・パスラインの位
置のズレ等の多くの非定常な変動が生じる結果、製品長
手方向および断面における寸法変動が生じる。特に、リ
バース圧延を行う際に、圧延機のパスライン中心（上下
ロールの中心位置）に被圧延材のウェブ中心位置を一致
させることは、製品のフランジ中央にウェブ中心を位置
させる点で重要であるが、これを完全に達成することは
難しく、前述のウェブ中心の偏りが発生しやすい。この
ウェブ中心の偏りを解消する手段は従来から多数提案さ
れ、寸法精度を高める努力が行われてきた。例えば、特
公昭５３−３４５８７号公報、特公昭５３−３４５８５
号公報、特開昭６３−３６９１４号公報にはガイドに工
夫を加えることにより、その中心を合わせる手段が提案
されているが、得られる精度には限界がある。各種のガ
イド方式をもってしても現状の技術レベルではＪＩＳ規
格でフランジ幅±３ｍｍ、ウェブ中心の偏り±３ｍｍを
満足できれば最高の精度とされている。

【０００７】次に、溝形材や山形材などのフランジを有
する一般の形材においても図９のＨ形鋼と同一の製造工
程が適用されており、中間圧延機１３と仕上げ圧延機１
４にはユニバーサル圧延法ではユニバーサルロールが、
カリバー圧延法では２Ｈｉロールが組み込まれる。一般
の形材においても、圧延中に温度・張力・パスラインな
どの数々の非定常的な変動が生じる結果、製品長手方向
に寸法変動を生じる。

【０００８】そもそも、形材圧延において、使用される
材料は一般に矩形断面をしており、これを製品形状に類
似した粗形状に造りあげていくために初期造形段階での
変則圧下は避けられないものである。このため被圧延材
料の先後端部における非定常部の定常部（中央部）に対
する寸法乖離の発生はある程度やむをえないものであ
る。この初期造形段階における非定常な形状寸法部は、
中間、仕上圧延段階でさらに延伸し、端部のクロッブ切
り捨て部よりも長くなり製品に残留して幅寸法精度を低
下させる原因となっている。

【０００９】これらの寸法変動は、ロールと接触しない
幅端部、すなわちロール開口部で最も顕著に発生する。
したがって、従来の圧延製造法による形材では、バー
内、バー間の幅寸法変動を生じ易く、そのフランジ幅寸
法を圧延全長にわたり高精度に維持することが至難であ
る。

【００１０】他方、最近の建築、土木業界の動向は、益
々省力化・自動化の趨勢にあり、自動化のためには寸法
精度の向上が必須である。すなわち、Ｈ形材などの各部
材は、組み合わされ、溶接またはボルト結合が行われる
が、その際フランジ幅変動あるいはウェブ中心の偏りが
存在すると、組合せ作業が困難となり且つ組立精度が問
題となる。誤差が零に近いほど、すなわち寸法精度が高
いほど自動化が容易になり、施工能率も向上するが、圧
延形材の場合、現状の技術では前述したように寸法誤差
を零に近づけることは極めて困難であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
圧延形材の問題点を解決するものであり、圧延された形
材の寸法精度には限界があることを認めた上で、仕上圧
延工程でフランジ先端面に噛出部を付与し、仕上圧延後
にこの噛出部を機械的に除去加工することにより、ウェ
ブ中心位置からフランジ先端までの寸法（フランジ片
幅）を一定にし、ウェブ中心の偏りがなく且つフランジ
幅精度の優れたＨ形材などのフランジを有する形材製品
を安価に提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の構成を要
旨とする。すなわち、 仕上孔型ロールで形材のフランジ先端の角部に形成
した噛出部を加工装置で除去加工しフランジ幅精度を±
１ｍｍ以下とした高幅精度形材。 仕上圧延工程の孔型ロールで形材のフランジ部を過
充満圧延して前記孔型の開口部にフランジ先端を噛出さ
せて噛出部を形成した後、該噛出部を加工装置にて除去
加工する高幅精度形材の製造方法。 形材の仕上圧延工程の直後でフランジ先端の噛出部
の除去加工を連続して行う前記項記載の高幅精度形材
の製造方法。 孔型ロールを有する形材の仕上圧延機の直後にフラ
ンジ先端の噛出部を除去加工する加工治具を備えた加工
装置を近接して設けた高幅精度形材の製造装置にある。

【００１３】

【作用および実施例】以下本発明を実施例に基づいて詳
細に説明する。

【００１４】本発明を実施するための圧延設備は、基本
的には先に図９で説明した従来の粗、中間、仕上げ圧延
および矯正工程の設備を使用する。本発明の製造装置の
特徴は図１の実施例装置に示すとおり、上下水平ロール
１と左右竪ロール２を配した周知の仕上圧延機１４の通
材方向Ｘの出側直後に近接してフランジ先端面の噛出部
９を機械的に除去加工する加工装置７を設けたことにあ
る。この加工装置７の通材方向Ｘの出側直後には駆動源
によって回動自在に設けられた上下１対の拘束ローラ３
がＨ形鋼８のウェブ４１を上下から把持・拘束するよう
に設けられ、この拘束ローラのパスライン中心位置は仕
上圧延機１４の上下水平ロール１間の中心位置と同一
（同一水平面）に固定されている。加工装置７は加工治
具４，加工治具ホルダー５および加工位置調整機構６か
らなる。フランジ先端面の噛出部９を直接に除去加工す
る加工治具４は加工治具ホルダー５に取付けられてい
る。加工治具ホルダー５は加工位置調整機構６を介して
上下および左右位置が変更自在に支持されている。加工
装置７はＨ形鋼の場合、４箇所のフランジ先端部に対応
して４個設けてある。加工治具４には周知の切削用バイ
ト，フライスあるいは研磨具など任意のものを使用でき
る。また、特に薄肉材ではレーザーメスや高圧液体噴射
などの切断手段を適用するのも効果的である。なお、切
削片は一般に連続の線条件としてコイル状に回収するの
が実用的である。

【００１５】以上の構成になる本発明の製造工程におい
て、先ず仕上圧延工程で、Ｈ形鋼の場合は図２に示すよ
うな孔型ロールによりフランジ先端の噛出圧延を行う。
図２（ａ）は上下水平ロール１に孔型ロールを適用した
もので一般にフランジ内法一定Ｈ形鋼の圧延に適用す
る。孔型の掘込深さＧは、熱間圧延の縮み代や充満圧延
特性を考慮して製品のフランジ片幅正規値を狙って設計
することを基本とする。上下水平ロール１と左右竪ロー
ル２との間の孔型開口部Ｓに被圧延材のフランジ先端の
角部に噛出部９を生じさせる。孔型開口部Ｓの隙間は、
圧延機のミル剛性，ロール強度および圧延サイズ範囲に
よって決まるが、切削除去のためには極力小さくするこ
とが望ましい。一般には１〜３ｍｍが実用的である。図
２（ｂ）は左右竪ロール２に孔型ロールを適用したもの
で一般にフランジ外法一定Ｈ形鋼の圧延に適用する。孔
型の掘込幅Ｗは、前記Ｇと同じく熱間圧延の縮み代や充
満圧延特性を考慮して製品のフランジ幅正規値を狙って
設計することを基本とする。図２（ｂ）で孔型内での過
充満圧延を円滑に行うには図２（ｃ）のように入側材料
Ｈ形鋼８’のフランジを屈曲させ且つフランジ幅を左右
竪ロール２の孔型の掘込幅Ｗ以下としフランジ先端をウ
ェブ側に対して肉量が小さくなるように傾斜させるのが
効果的である。

【００１６】形材が溝形材７０の場合は、図３のような
孔型ロールを仕上圧延機へ用いて過充満圧延により、噛
出部９を形成する。図３（ａ）は上下水平ロール１とフ
ラットな左右竪ロール２の間で上下左右４か所に噛出部
９を形成したものでありフランジ内法一定溝形材のユニ
バーサル仕上圧延法に適用するものである。また、図３
（ｂ）は上下水平ロール１の孔型開口部の左右２か所に
噛出部９を形成したものでありフランジ内法一定溝形材
のカリバー仕上圧延法に適用し、図３（ｃ）は上下水平
ロール１と段付き左右竪ロール２の間で上下左右４か所
に噛出部９を形成したものであり、フランジ外法一定溝
形材のユニバーサル仕上圧延法に適用するものである。
なお、図３（ｃ）では上下水平ロール１の左右竪ロール
２に対する相対的な上下位置を調整することによりフラ
ンジ幅の造り分けが可能でありこの点では図３（ａ）よ
りも有利である。しかし、過充満圧延での操業安定性で
はフランジ先端部の成形メカニズム上から図３（ａ）の
方が優位である。

【００１７】山形材８０では、図４のような孔型ロール
を仕上圧延機へ用いて過充満圧延により、噛出部９を形
成する。図４で上ロールは水平ロール１で構成しても、
左右竪ロール２で構成してもよい。上ロール１又は２と
下ロール１の孔型で構成される孔型開口部に噛出部９を
形成する。ここで、頂角部の噛出部９は上ロール１を左
右一体型の水平ロールとすれば発生しない。

【００１８】図５は、平形材９０を一般の形材圧延工場
で製造する場合の例であり、上下水平ロール１とフラッ
トな左右竪ロール２の間で上下左右４か所に噛出部９を
仕上圧延で形成する。

【００１９】以上に説明した図２〜５の仕上噛出圧延の
実施例では、水平ロール１はいずれもロールの汎用化に
対応して左右分割型を図示しているが、左右一体型の水
平ロールにおいても本法の適用が可能なことは、自明で
ある。

【００２０】さて、仕上圧延工程で噛出圧延された形材
の長さ方向先端部が加工治具ホルダー５に到達すると、
加工治具４によって２〜４箇所のフランジ先端面噛出部
９の切削または研磨が開始される。本発明においてフラ
ンジ先端面噛出部の除去加工とは切削または研磨等の手
段による除去手段を総称したものである。加工治具４に
よる除去加工開始直後に、Ｈ形鋼の長さ方向先端部が更
に後段の拘束ローラ３で把持されると、加工治具７は前
段の仕上圧延機の水平ロール１と後段の拘束ローラ３の
中央に位置することとなり、除去加工は安定して継続さ
れる。なお、フランジ端面加工後の各寸法は図示を省略
した検出端で測定され最終製品寸法が確認され、不適正
な場合は、加工位置調整機構６にフィードバックして加
工治具４を適正位置に調整する。

【００２１】本発明の噛出除去加工法によるとフランジ
幅寸法は極めて高い精度を達成できるが、現在の建築ま
たは土木業界で要求される最も厳しい精度および本発明
手段の機構精度とを勘案すれば、最も精度要求の厳しい
Ｈ形鋼においてそのウェブ中心の偏り精度およびフラン
ジ幅精度は±１ｍｍ以内を満足できれば充分である。従
って、本発明では実用的な精度範囲として±１ｍｍ以下
としている。

【００２２】なお、本発明におけるフランジ先端面噛出
部の加工は冷却・矯正後の任意の工程で行ってもよい
が、前記実施例のとおり仕上圧延直後で加工することに
よって、一連の圧延作業に併合して行うことが出来、作
業性が向上し、新たな作業者増を招かない利点がある。

【００２３】さらに、本発明での加工は目標精度を満足
する限り、材料長手方向の一部を加工してもよいし、Ｈ
形鋼の使用上最も重要な長さ方向端部から一定距離の範
囲のみを対象にしてもよいことは勿論である。すなわ
ち、操業条件によっては、図２（ａ）の孔型の掘込深さ
Ｇや、図２（ｂ）の孔型の掘込幅Ｗを除去加工発生量を
最小とするために製品の寸法公差上限に設定して通常の
正規幅狙いの仕上圧延を適用し、寸法変動の大きな非定
常部のみがロール孔型開口部から噛み出すように圧延条
件を設定して、当該の噛出部のみを選択的に除去加工す
るようにしても良い。

【００２４】本発明では、除去加工は噛出部のみの小量
であるので、加工治具の耐用度は量産上の障害となら
ず、圧延ロールの耐用度とバランスさせることができ
る。また、除去加工の部位は孔型開口部からの噛出部で
あり、簡単かつ明瞭にその位置を特定できる。加工位置
の調整は、噛出位置をロール孔型から寸法的に割り出し
て設定することを基本とするが、噛出部と全厚み部では
その除去加工に要する加工力がステップ状に明瞭に変化
するので加工圧力を検出端且つ制御端としてもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、従来の圧延のままＨ形材より
も格段に寸法精度の高い製品が安価に提供できるので、
ユーザーにおける組立精度は向上し、組立の自動化を容
易にする。

【００２６】また、本発明では、過充満圧延を行うので
ロール孔型内で被圧延材料が強固に抱持・拘束される。
したがって、圧延のパスライン，ガイド，温度や潤滑な
どの圧延条件の変化に対して鈍感で、圧延の安定性に優
れる。従来圧延では、ロールバイト中での材料の幅広が
りが圧延条件により微妙に異なるためバー内，バー間に
おいてフランジ幅が片幅も含めて複雑に変動することが
避けられず、またロール耐用度や表面品質の向上のため
潤滑圧延を適用しようとしても、圧延が不安定化し寸法
不良となり潤滑を断念せざるをえないことがしばしば起
こったが、本法ではこの様な懸念が一切なく高位安定生
産が可能である。さらに、従来の形材圧延では不可欠で
あった新規サイズや新規製品の開発に際しての試験圧延
を省略して一気に本生産を行うことが可能でしかも高熟
練度を要していた孔型設計も簡単な設計規則のみで可能
となり、単に精度や作業性の向上のみならず、新製品の
早期実用化と納期短縮にも効果的であり、総合的な経済
効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例装置を示す側面略図。

【図２】本発明のＨ形鋼の仕上噛出圧延方法の説明図
で、（ａ）はフランジ内法一定Ｈ形鋼のユニバーサル圧
延のロール孔型構成を示す図、（ｂ）はフランジ外法一
定Ｈ形鋼のユニバーサル圧延のロール孔型構成を示す
図、（ｃ）はフランジ外法一定Ｈ形鋼のユニバーサル圧
延における入側材料と竪ロール孔型の関係を示す略図。

【図３】溝形材の仕上噛出圧延方法の説明図で、（ａ）
はフランジ内法一定溝形材のユニバーサル圧延のロール
孔型構成を示す図、（ｂ）はフランジ内法一定溝形材の
カリバー圧延のロール孔型構成を示す図、（ｃ）はフラ
ンジ外法一定溝形材のユニバーサル圧延のロール孔型構
成を示す略図。

【図４】山形材の仕上噛出圧延方法の説明図。

【図５】平形材の仕上噛出圧延方法の説明図。

【図６】溶接Ｈ形鋼の断面図と各部の名称を示す図。

【図７】Ｈ形鋼圧延方法の説明図で、（ａ）はユニバー
サル圧延のロール配置を示す図。（ｂ）はエッジャー圧
延のロール配置を示す略図。

【図８】Ｈ形鋼の断面各部の寸法を示す略図。

【図９】圧延形材の製造工程略図。

【符号の説明】

１…水平ロール ２…竪ロール ３…拘束ローラ ４…加工治具 ５…加工治具ホルダー ６…加工位置調
整機構 ７…加工装置 ８…Ｈ形鋼 ８’…入側材料Ｈ形鋼 ９…噛出部 １１…加熱炉 １２…粗圧延機 １３…中間圧延機 １４…仕上圧延
機 １５…鋸断機 １６…冷却床 １７…ローラ矯正機 Ｘ…通材方向 ４１…ウェブ Ａ，Ｂ…フラン
ジ片幅 ４２…フランジ Ｃ…フランジ
幅 ５０…溶接部 Ｇ…孔型の掘
込深さ ７０…溝形材 Ｓ…孔型開口
部 ８０…山形材 Ｗ…孔型の掘
込幅 ９０…平形材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生田和重 堺市築港八幡町１番地 新日本製鐵株式会 社堺製鐵所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仕上孔型ロールで形材のフランジ先端の
   角部に形成した噛出部を加工装置で除去加工しフランジ
   幅精度を±１ｍｍ以下としたことを特徴とする高幅精度
   形材。
2. 【請求項２】 仕上圧延工程の孔型ロールで形材のフラ
   ンジ部を過充満圧延して前記孔型の開口部にフランジ先
   端を噛出させて噛出部を形成した後、該噛出部を加工装
   置にて除去加工することを特徴とする高幅精度形材の製
   造方法。
3. 【請求項３】 形材の仕上圧延工程の直後でフランジ先
   端の噛出部の除去加工を連続して行うことを特徴とする
   請求項２記載の高幅精度形材の製造方法。
4. 【請求項４】 孔型ロールを有する形材の仕上圧延機の
   直後にフランジ先端の噛出部を除去加工する加工治具を
   備えた加工装置を近接して設けたことを特徴とする高幅
   精度形材の製造装置。