JPH0667557B2 - Roll roughening method - Google Patents

Roll roughening method

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JPH0667557B2
JPH0667557B2 JP62168617A JP16861787A JPH0667557B2 JP H0667557 B2 JPH0667557 B2 JP H0667557B2 JP 62168617 A JP62168617 A JP 62168617A JP 16861787 A JP16861787 A JP 16861787A JP H0667557 B2 JPH0667557 B2 JP H0667557B2
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roll
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laser beam
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貴朗 井口
和雄 恩田
隆 草場
英夫 阿部
剛大 横山
正文 三塚
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川崎製鉄株式会社
株式会社三山
大倉商事株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧延用ロールの粗面化方法に関し、さらに詳し
くは金属圧延用のロールの表面にパルスレーザビームに
より形成する微小クレータの形状および寸法を制御する
方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for roughening a surface of a rolling roll, and more specifically, the shape and size of a micro crater formed by a pulse laser beam on the surface of a roll for metal rolling. On how to control.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

金属圧延用ロールはしばしば粗面化加工して用いられ
る。ロール表面を粗面化する方法として従来広く用いら
れてきた方法としては、ショットブラストおよび放電加
工が知られている。
Rolls for metal rolling are often used after roughening. Shot blasting and electric discharge machining are known as methods that have been widely used as a method for roughening the roll surface.

これに対し、最近レーザを利用した新しい粗面化加工法
が試みられている。その1例としては、回転しているロ
ールの表面にパルス化したレーザビームを照射し、パル
ス1個当り1つの微小なクレータを生成し、これをロー
ル表面に無数に配列することにより、規則的なプロフィ
ルを有する粗面を生成せしめる方法がある。
On the other hand, recently, a new roughening processing method using a laser has been attempted. As an example, by irradiating the surface of a rotating roll with a pulsed laser beam, one minute crater is generated for each pulse, and the craters are arranged innumerably on the surface of the roll. There is a method of producing a rough surface having a uniform profile.

ショットブラストや放電加工により生成した粗面は不規
則な山と谷で構成され、この粗面をもつロールにより圧
延された金属板の表面にはやはり同様の粗面が構成され
る。このような鋼板にプレス加工を施せば粗面の凹部に
潤滑油が貯留し、プレス作業を容易にすることはよく知
られた事実であり、一方不規則な粗面は同時に塗装後の
仕上り品質、いわゆる光沢性、写像性を低下させるとい
う相反する効果があることもよく知られた事実である。
The rough surface generated by shot blasting or electric discharge machining is composed of irregular peaks and valleys, and the same rough surface is also formed on the surface of the metal plate rolled by the roll having the rough surface. It is a well-known fact that if such a steel sheet is pressed, lubricating oil will be stored in the recesses of the rough surface, facilitating the pressing work, while irregular rough surfaces will also result in poor finish quality after painting. It is also a well known fact that they have the contradictory effects of reducing so-called glossiness and image clarity.

これに対し、レーザを用いて規則的な粗度プロフィルを
与えたロールにより圧延された金属板は、上記の2つの
矛盾した潤滑性と光沢性の要求を満足させることができ
る性質を有することが判明し、レーザによる粗面化加工
法の重要性が注目されるに至った。
On the other hand, a metal plate rolled by a roll that has been given a regular roughness profile using a laser may have the property of satisfying the above-mentioned two contradictory requirements for lubricity and gloss. It became clear that the importance of the roughening processing method by laser has come to the fore.

ところで具体的なレーザによる粗面化加工法としては、
例えば特開昭55−94790公報に開示の方法がある。この
公報では定められた配置に従ってパルスビームにより穿
孔せしめた穴をロール表面に配列する方法が詳しく述べ
られている。しかし個々の穴形状を制御する手段につい
ては触れていない。
By the way, as a concrete laser roughening method,
For example, there is a method disclosed in JP-A-55-94790. This publication describes in detail a method of arranging holes perforated by a pulse beam on a roll surface according to a predetermined arrangement. However, it does not mention the means for controlling the individual hole shapes.

また特公昭60−2156公報に開示の方法は、ビーム径を調
節することにより穴径を調節し、同一穴に対するビーム
照射時間(Qスイッチングの回数)により穴深さを調節
する方法が示されている。しかしながらこれについても
穴の形状、すなわち溶融メタルを制御して所望の形状を
持つクレータを生成せしめることには触れていない。
The method disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-2156 discloses a method in which the hole diameter is adjusted by adjusting the beam diameter and the hole depth is adjusted by the beam irradiation time (Q switching times) for the same hole. There is. However, this does not mention that the shape of the hole, that is, the molten metal is controlled to generate a crater having a desired shape.

後述するように本発明はパルスビームにより生成される
個々のクレータに関してビーム照射時の溶融メタルの流
動を制御し、穴形状を所望の形状にしようとするもので
ある。
As will be described later, the present invention aims to control the flow of the molten metal at the time of beam irradiation with respect to each crater generated by the pulse beam, and to make the hole shape a desired shape.

本発明者らはレーザビームで生成するクレータの穴形状
を制御する研究を詳細に行った結果、溶融メタルの流動
を制御するためには、被加工面に照射されるレーザビー
ムのエネルギー密度を調節することが必要であることを
見出した。レーザビームのエネルギー密度を制御する技
術は例えばレーザ熱処理等の技術では一般的に行われて
おり、例えば第1の例として特開昭54−5809号公報に開
示の被加工面でのスポット径を加工レンズ位置を動かす
ことによって変化させ、所望のエネルギー密度を得る方
法がある。しかしこの方法は被加工物を溶融することな
く、被加工物の温度を一定に保つためのもので、メタル
を溶融させるレーザ照射条件とは異なる。
As a result of detailed studies on the control of the hole shape of the crater generated by the laser beam, the present inventors have adjusted the energy density of the laser beam irradiated on the surface to be processed in order to control the flow of the molten metal. Found that it is necessary to do. A technique for controlling the energy density of a laser beam is generally used in techniques such as laser heat treatment. For example, as a first example, the spot diameter on the surface to be processed disclosed in JP-A-54-5809 is used. There is a method of obtaining a desired energy density by changing the processing lens position by moving it. However, this method is for keeping the temperature of the work piece constant without melting the work piece, and is different from the laser irradiation condition for melting the metal.

また、第2の例として特開昭55−82724号公報に開示の
方法も同様の方法であるが、これもやはり被加工物は溶
融させずに焼入れ硬化面積を広くとるための方法であ
り、第3の例として特開昭54−76405には同じ方法によ
り、被加工物の溶融を生じさせないためのビームのエネ
ルギー密度について述べられており、第4の例としては
特開昭54−76454号公報でも同じくレーザ溶接において
ビームエネルギー密度の下限を被加工物が溶融する限度
以上に設定し、同じく上限を溶融メタルがスプラッシュ
となって、飛散する限度以上に設定する方法が開示され
ている。
Further, as a second example, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-82724 is also a similar method, but this is also a method for widening the quench-hardened area without melting the workpiece. As a third example, JP-A-54-76405 describes the energy density of a beam for preventing melting of a workpiece by the same method, and as a fourth example, JP-A-54-76454. The publication also discloses a method of setting the lower limit of the beam energy density in laser welding to the limit above which the work piece melts, and the same to the upper limit above the limit at which molten metal becomes a splash and scatters.

いずれにしてもレーザビームのエネルギー密度の制御に
よって溶融メタルの流動を制御せしめることについては
言及されていない。
In any case, it is not mentioned that the flow of the molten metal is controlled by controlling the energy density of the laser beam.

パルスレーザビームにより圧延ロール表面にクレータを
形成するには、当然、被加工物が溶融する限度以上であ
って溶融メタルがスプラッシュ化する限度内でビームエ
ネルギー密度を設定しなければならないことはもちろん
である。ただしレーザ溶接は連続ビームを被加工物に照
射する加工であり、ロールの粗面化方法はパルスビーム
を照射する加工であるから例えばパルス振幅等のパラメ
ータが影響し、上記第4の例の方法がそのまま適用でき
ないのは無論のことであるが、それに加えて不連続加工
において上記エネルギー密度の上下限内でかつ特定のエ
ネルギー密度で照射することにより、流動メタルの制御
が可能であることは従来知られていなかったことであ
る。
In order to form craters on the surface of the rolling roll by the pulsed laser beam, it goes without saying that the beam energy density must be set within the limit of melting of the workpiece and splashing of the molten metal. is there. However, laser welding is a process of irradiating a workpiece with a continuous beam, and the roughening method of the roll is a process of irradiating a pulse beam. It goes without saying that can not be applied as is, but in addition to that, in discontinuous machining, it is possible to control fluidized metal by irradiating within the upper and lower limits of the above energy density and at a specific energy density. It was unknown.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

パルスレーザビームにより圧延用ロール表面に生成され
るクレータ形状は、このロールを用いて圧延された金属
板の表面性状に大きな影響を与えると同時に、圧延によ
って生ずるロール表面の摩耗あるいは塑性変形による粗
度低下に対する耐久力に大きな影響を及ぼす。
The crater shape generated on the rolling roll surface by the pulsed laser beam has a great influence on the surface texture of the metal sheet rolled by using this roll, and at the same time, the roughness of the rolling surface caused by rolling or plastic deformation It has a great effect on durability against deterioration.

移動しているロール表面にパルスレーザビームを照射し
た場合、一般的にクレータ形状は第2図に示すような片
寄った盛上りを持つ形状となる。これは照射中熱源が移
動するためである。第5図はこのことを説明するクレー
タの生成工程を示す被加工物6の部分断面図で、第5図
に示すごとくレーザビーム7によって溶融したメタル9
のうち一部に蒸発する部分が存在し、この蒸発反力が矢
印10で示す熱源7の移動と逆方向すなわち矢印11方向に
溶融メタル9を移動せしめることによって生ずる。
When the moving roll surface is irradiated with a pulsed laser beam, the crater shape generally becomes a shape with uneven ridges as shown in FIG. This is because the heat source moves during irradiation. FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the workpiece 6 showing the crater generation process for explaining this. As shown in FIG. 5, the metal 9 melted by the laser beam 7 is shown.
There is a part that evaporates, and this evaporation reaction force is generated by moving the molten metal 9 in the direction opposite to the movement of the heat source 7 shown by arrow 10, that is, the direction of arrow 11.

このような形状に対し、第3図に示すような穴の周囲に
均等に盛り上ったドーナツ形状のクレータを生成するこ
とができれば、前述の圧延板の表面性状を向上させるこ
とができると共にロールの耐摩耗性を向上させることが
できることは容易に推定できる。すなわちワークロール
は圧延板および一般的にバックアップロールより荷重を
受けるが、粗面化したワークロールの場合、荷重は表面
の盛上り部に集中し、これが盛上り部の塑性変形を起こ
さしめ、粗度低下を進行させる。
With respect to such a shape, if it is possible to generate a donut-shaped crater that is evenly raised around the hole as shown in FIG. 3, it is possible to improve the surface texture of the above-mentioned rolled plate and to roll it. It can be easily estimated that the wear resistance of the can be improved. That is, the work roll receives a load from the rolling plate and the backup roll in general, but in the case of a roughened work roll, the load concentrates on the ridges on the surface, which causes plastic deformation of the ridges, and Deteriorate.

第3図に示す形状をもつクレータは第2図に示す形状の
クレータに対し、クレータ周囲の荷重を受ける盛上り部
の面積が数倍広く、その結果盛上り部の受ける応力が格
段に低くなり、塑性変形の進行が起こりにくくなるから
である。また第3図に示す形状は方向性を有しないとい
うことで圧延板のプレス時の耐型かじり性を向上させる
ことができる。
The crater with the shape shown in Fig. 3 is several times wider than the crater with the shape shown in Fig. 2 under the load around the crater, and as a result, the stress received by the ridge is much lower. This is because the progress of plastic deformation is less likely to occur. Further, since the shape shown in FIG. 3 has no directionality, it is possible to improve the mold galling resistance during pressing of the rolled plate.

本発明は回転している圧延用ロール表面にパルス化した
レーザビームを集光して照射し、ロール表面を粗面化す
る加工法に適用されるものであって、上記の目的を達成
するために、第3図に示すような片寄りのない対称形の
クレータ形状を生成せしめ、かつその穴径をも任意に制
御可能とするレーザ加工法を提供しようとするものであ
る。
The present invention is applied to a processing method of condensing and irradiating a pulsed laser beam on a rotating rolling roll surface to roughen the roll surface, in order to achieve the above object. In addition, the present invention is intended to provide a laser processing method capable of generating a symmetrical crater shape with no deviation as shown in FIG. 3 and also capable of arbitrarily controlling the hole diameter.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するための本発明の技術手段は次の通り
である。
The technical means of the present invention for achieving the above object are as follows.

(1) アシストガスとしてO2ガスをレーザビームと同
軸方向に加工面に垂直に噴射すること。
(1) O 2 gas is injected as an assist gas in a direction coaxial with the laser beam and perpendicular to the processing surface.

(2) レーザの照射条件を とすること。(2) Laser irradiation conditions To do.

ただし、 Δt:パルスビームの1パルス当り照射時間(秒) δ:Δt間にロール表面がビームに対して移動する距離
(m) W:レーザ発振器の出力(MW) r:ロール表面上のレーザビームスポットの半径(m) である。
Where Δt: irradiation time per pulse of pulse beam (seconds) δ: distance that roll surface moves with respect to beam during Δt (m) W: output of laser oscillator (MW) r: laser beam on roll surface The radius of the spot (m).

〔作用〕[Action]

パルスレーザビームによって圧延ロール表面に第3図に
示すような片寄りのない形状のクレータを生成せしめる
ためには、溶融メタルに加わる力に方向性を持たせない
ことが必要である。前述の蒸発反力は熱源の移動が避け
られない限り必ず方向性を有する。従ってメタルの蒸発
は最小限に押さえなければならず、このために照射する
レーザビームのエネルギー密度を制限しなければならな
い。このためにはレーザの出力の制御並びにロール表面
上でのビームのスポット径を制御する方法、例えばレー
ザビームの焦点位置を制御するという方法が考えられ
る。
In order for the pulsed laser beam to generate a crater having a non-uniform shape as shown in FIG. 3 on the surface of the rolling roll, it is necessary that the force applied to the molten metal has no directionality. The above-mentioned evaporation reaction force always has a direction unless the movement of the heat source can be avoided. Therefore, metal evaporation must be minimized, and the energy density of the laser beam applied must be limited for this purpose. For this purpose, a method of controlling the laser output and a method of controlling the beam spot diameter on the roll surface, for example, a method of controlling the focal position of the laser beam can be considered.

発明者らの詳しい調査によればレーザの出力、スポット
径および1パルス当り照射時間(以下単に照射時間と略
す)を制御し、かつ例えばO2のようなアシストガスを加
工面に対してビームと同軸方向から加工面に対して垂直
に吹きつけることにより、第3図に示した形状を保ちつ
つ所要の大きさの径をもったクレータを生成せしめるこ
とが可能となった。
According to a detailed study by the inventors, the laser output, the spot diameter, and the irradiation time per pulse (hereinafter simply referred to as irradiation time) are controlled, and an assist gas such as O 2 is applied to the processed surface to form a beam. By spraying perpendicularly to the machined surface from the coaxial direction, it became possible to generate a crater having a required diameter while maintaining the shape shown in FIG.

本発明の重要なポイントはアシストガスの作用にある。
このガスの作用が無ければ、レーザの出力、スポット径
および照射時間の制御のみによってはわずかながら発生
する蒸発反力、ならびに溶融メタルの表面張力により、
やはり第2図に類似する形状のクレータを生成する。
The important point of the present invention is the action of the assist gas.
Without the action of this gas, due to the evaporation reaction force, which is generated only by controlling the laser output, spot diameter and irradiation time, and the surface tension of the molten metal,
A crater having a shape similar to that of FIG. 2 is also generated.

またアシストガスを前記以外の方向、例えば斜め横から
吹付けた場合は当然第4図に示したように穴の周囲に不
均一に盛上った形状のクレータを生成する。
Further, when the assist gas is sprayed from a direction other than the above, for example, obliquely laterally, a crater having a nonuniformly raised shape around the hole is naturally generated as shown in FIG.

一般的に安定型レーザ発振器のビームモード(強度分
布)は第6図に示すように、ガウス型分布を示し、これ
はレンズ等により集光後も相似形の分布をなす。中心の
ピークパワー密度をI0、パワー密度がI=I0/e2となる
半径をスポット半径rと定義したとき、ビーム中心から
ρの距離にある位置でのパワー密度Iは、 I=I0exp(−2ρ/r2) …(1) で表わされる。レンズ等による集光によってdが変わっ
ても総出力は不変である。従ってレーザ発振器の出力W
とI0の関係は となり、 である。ロール表面に対して照射中にビームが移動する
ため、ロール表面が照射中に受けるパワー密度の平均E0
(MW/m2)は(2)式と異なり、ビームがロール表面に
対して照射時間Δt(秒)中に距離δ(m)だけ移動す
るとすると計算によれば最もパワー密度の高いクレータ
中心においてほぼ となる。本発明者らの研究によれば第3図に示す対称形
の形状の片寄りのないクレータを生成する条件は、アシ
ストガスを流速10〜500m/sの範囲で前記方向より吹き
付けた条件下で(3)式のE0(MW/m2)と照射時間Δt
(秒)の間で、ほぼ となるとき、第3図に示した対称形の形状のクレータが
形成されることを確認した。逆に上記(4)式を満たさ
ないE0の条件下では第2図に示すような非対称形状のク
レータとなる。この理由は前述のとおりであると考えら
れる。(4)式は(3)式を用いて表わすと となる。また、E0が(4)式をみたす範囲内ではE0が高
いほどクレータ深さを深くすることができることを確認
した。以上のようにレーザ発振器の出力W、距離δおよ
び照射時間Δtに応じてビームスポットの半径rを変え
ること、すなわちもっとも簡単な手段として集光レンズ
の焦点位置をロール表面に対して(4)式をみたすビー
ムスポット半径rになるように調節することにより、第
3図に示す対称形の形状のクレータを常に得ることが可
能になる。
Generally, the beam mode (intensity distribution) of the stable laser oscillator exhibits a Gaussian distribution as shown in FIG. 6, which has a similar distribution even after being focused by a lens or the like. The peak power density at the center I 0, when the power density has a radius which becomes I = I 0 / e 2 is defined to be the spot radius r, the power density I at a position at a distance of ρ from the beam center, I = I 0 exp (−2ρ 2 / r 2 ) ... (1) The total output remains unchanged even if d changes due to light collection by a lens or the like. Therefore, the output W of the laser oscillator
And the relationship between I 0 Next to Is. Since the beam moves during irradiation on the roll surface, the average power density E 0 that the roll surface receives during irradiation
(MW / m 2 ) is different from the equation (2), and if the beam moves relative to the roll surface by the distance δ (m) during the irradiation time Δt (sec), it is calculated that at the crater center with the highest power density. Almost Becomes According to the research conducted by the present inventors, the condition for generating the symmetric crater having the symmetrical shape shown in FIG. 3 is that the assist gas is blown from the above direction at a flow velocity range of 10 to 500 m / s. E 0 (MW / m 2 ) of equation (3) and irradiation time Δt
Between (seconds) Then, it was confirmed that the craters having the symmetrical shape shown in FIG. 3 were formed. On the contrary, under the condition of E 0 that does not satisfy the above equation (4), the crater has an asymmetric shape as shown in FIG. The reason for this is considered to be as described above. Expression (4) can be expressed using Expression (3). Becomes Also, within the E 0 satisfies the equation (4) was confirmed to be capable of deep crater depth higher the E 0. As described above, the radius r of the beam spot is changed according to the output W of the laser oscillator, the distance δ, and the irradiation time Δt. By adjusting the beam spot radius r to satisfy the above condition, it is possible to always obtain a crater having a symmetrical shape shown in FIG.

次にクレータの穴径(外径)の制御法について述べる。
発明者らはレーザの発振器の出力W、照射時間Δtが同
じ条件で集光レンズの焦点を動かしてビームスポット半
径rを変えた時、クレータ穴径の変化がほとんど無いこ
とを確認した。これは以下の理由によるものと考えられ
る。すなわちレーザビームのパワー密度分布は式
(1)、(2)を用いて、 となる。
Next, a method of controlling the hole diameter (outer diameter) of the crater will be described.
The inventors have confirmed that there is almost no change in the crater hole diameter when the focal point of the condenser lens is moved and the beam spot radius r is changed under the same conditions of the output W of the laser oscillator and the irradiation time Δt. This is considered to be due to the following reasons. That is, the power density distribution of the laser beam is calculated by using equations (1) and (2), Becomes

これをW=800(W)、r=100(μm),200(μm)に
ついて計算したIの分布と、同条件でΔt=125×10-6
(秒)において前記のアシストガス吹付け条件で得られ
たクレータの外径(半径R)を第7図に示す。このよう
にある照射時間Δtに対してある画Ic以上のパワー密度
が照射される部分が溶融し、これがクレータ径を決定す
る要因であると考えれば、通常のレーザ加工の条件下で
はレーザ発振器の出力W、照射時間Δtが一定であれ
ば、ビームスポット半径rを変えてもクレータ半径Rは
あまり変わらないのである。
This is the distribution of I calculated for W = 800 (W), r = 100 (μm), 200 (μm), and Δt = 125 × 10 −6 under the same conditions.
FIG. 7 shows the outer diameter (radius R) of the crater obtained under the above-mentioned assist gas blowing condition in (sec). Considering that a portion irradiated with a power density equal to or higher than a certain image Ic with respect to a certain irradiation time Δt melts and this is a factor that determines the crater diameter, under normal laser processing conditions, the laser oscillator If the output W and the irradiation time Δt are constant, the crater radius R does not change much even if the beam spot radius r is changed.

これに対してレーザ発振器の出力Wを増大するとEの分
布が全体に増大し、裾野が拡大した形になるためにクレ
ータ径は大きくなる。またΔtが増大するとIcが小さく
てもよくなるためにクレータ径が増大する。
On the other hand, when the output W of the laser oscillator is increased, the distribution of E is increased as a whole, and the skirt is expanded, so that the crater diameter is increased. Further, if Δt increases, Ic may be small, so that the crater diameter increases.

発明者らの調査によればアシストガスを前記条件で吹付
けた時のクレータの半径R(m)はほぼ R=0.32(WΔt)1/2 ……(6) ただし、 W:レーザ発振器の出力(MW) Δt:照射時間(秒) で整理されることが判明した。
According to the investigation by the inventors, the radius R (m) of the crater when the assist gas is sprayed under the above conditions is approximately R = 0.32 (WΔt) 1/2 (6) where W: output of the laser oscillator (MW) Δt: Irradiation time (seconds) was found to be sorted.

以上の知見によれば所望の粗度パターンを得るためのク
レータ径および穴ピッチが与えられた時、加工能率その
他よりΔt(秒)が決定されると、ロールの移動速度U
(m/秒)から δ=UΔt …(7) が求まり、さらに(6)式より所要出力Wが求まる。こ
の条件下で(4)式をみたすrを得られるように焦光レ
ンズの焦点を調節し、かつ前述の条件でアシストガスを
吹きつければ正しく第3図に示す対称な形状をもち、か
つ所望の大きさを持ったクレータを形成せしめることが
可能になるのである。
According to the above knowledge, when the crater diameter and the hole pitch for obtaining the desired roughness pattern are given, when Δt (second) is determined from the machining efficiency and the like, the roll moving speed U
Δ = UΔt (7) is obtained from (m / sec), and the required output W is further obtained from the equation (6). Under this condition, if the focal point of the focusing lens is adjusted so as to obtain r satisfying the formula (4) and the assist gas is blown under the above condition, the symmetrical shape shown in FIG. It is possible to form a crater with the size of.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に本発明によるレーザによるロールの粗面化加工
法を可能にする装置の1例を示す。
FIG. 1 shows an example of an apparatus that enables a laser roughening method according to the present invention.

第1図において1はパルスレーザ発振器もしくは連続レ
ーザ発振器とビームをパルス化する装置の集合体であ
り、ここから集光レンズ3までは必要に応じてレーザビ
ーム7の光路を変更する1つもしくは複数のミラー2を
挿入する。4はレンズの焦点を調節する装置及び焦点の
移動量もしくはロール表面上のスポット径を表示する装
置である。5はアシストガス8を吹きつける円錐形ノズ
ルであり、ノズル5の先端よりビームとアシストガスが
同軸方向にかつ被加工物6の表面に対し垂直に放射され
ることになる。被加工物6であるロールは、図示しない
旋盤によって回転されながらロールの軸方向に移動する
構造となっている。
In FIG. 1, reference numeral 1 is a pulse laser oscillator or a continuous laser oscillator and an assembly of devices for pulsing a beam, and from here to the condenser lens 3, one or a plurality of optical paths of the laser beam 7 are changed as necessary. Insert the mirror 2 of. Reference numeral 4 is a device for adjusting the focus of the lens and a device for displaying the amount of movement of the focus or the spot diameter on the roll surface. Reference numeral 5 is a conical nozzle for blowing the assist gas 8, and the beam and the assist gas are emitted from the tip of the nozzle 5 in the coaxial direction and perpendicularly to the surface of the workpiece 6. The roll, which is the workpiece 6, has a structure that moves in the axial direction of the roll while being rotated by a lathe (not shown).

次にこの装置を用いて種々の照射条件およびアシストガ
ス条件下において、生成したクレータの形状と、クレー
タ半径の測定結果を第1表に示す。第1表の形状欄にお
いては第2図に示した形を×、第3図のそれを○と標記
してある。以上の結果を、ΔtとE0の関係において形状
の変化を第8図に、また前記アシストガス吹付け条件で
加工した場合(第1表No.〜)と、吹付けない場合
(同No.、)のW×Δtとクレータ半径Rの関係を
第9図に示す。第8〜9図において各々のプロット点に
付した数字〜は第1表の実験番号と対応する。また
第8図のプロット点の記号(○および×)は第1表の形
状欄の記号に対応する。第8図において、各々の1/Δ
tの値に対し、右上りの実線より下の領域は前記(4)
式で表わされ、この領域の条件下で第3図に示した形状
のクレータが形成されている。ただし第8図において、
、のプロット点はアシストガスが無ければ(4)式
を満足する条件下でも第3図の形状を持つクレータは形
成されないことを意味する。同じく第8図における破線
は、これよりE0の値が小さいと、クレータが生成されな
い下限を表わし、このときの境界線の式は(8)式であ
る。
Next, Table 1 shows the shape of the generated crater and the measurement result of the crater radius under various irradiation conditions and assist gas conditions using this apparatus. In the shape column of Table 1, the shape shown in FIG. 2 is marked with x, and that in FIG. 3 is marked with ◯. The above results show the change in shape in the relationship between Δt and E 0 in FIG. 8, and the case of processing under the above assist gas spraying conditions (No. 1 in Table 1) and the case of no spraying (Same No. ,) And the crater radius R are shown in FIG. The numbers attached to each plot point in FIGS. 8 to 9 correspond to the experiment numbers in Table 1. The symbols (◯ and ×) of the plotted points in FIG. 8 correspond to the symbols in the shape column of Table 1. In FIG. 8, each 1 / Δ
For the value of t, the area below the upper right solid line is (4) above.
A crater represented by a formula and having the shape shown in FIG. 3 is formed under the conditions of this region. However, in FIG.
The plot points of and mean that if there is no assist gas, the crater having the shape of FIG. 3 is not formed even under the condition of satisfying the equation (4). Similarly, the broken line in FIG. 8 represents the lower limit at which a crater is not generated when the value of E 0 is smaller than this, and the boundary line equation at this time is equation (8).

ここで、少くともクレータを形成させるには各々のΔt
の値に対するE0の値が(8)式のE0の値より大きくなけ
ればならない。
Here, in order to form at least a crater, each Δt
The value of E 0 for the value of must be greater than the value of E 0 in Eq. (8).

E0(MW/m2)とΔt(秒)との間に の関係がなければならない。この領域は第8図において
破線より上側の領域であり、のプロット点はE0の値が
この領域に入らず小さすぎてクレータが生成されない。
Between E 0 (MW / m 2 ) and Δt (seconds) Must have a relationship. This region is a region above the broken line in FIG. 8, and the plot point of is too small because the value of E 0 does not fall within this region and a crater is not generated.

すなわち目的とする第3図に示すクレータ形状を得る条
件は(4)式、(9)式および(3)式から となる。
That is, the conditions for obtaining the target crater shape shown in FIG. 3 are calculated from the equations (4), (9) and (3). Becomes

また第9図は、前記のアシストガス条件下ではクレータ
半径RはW×Δtで整理され、その関係式は(6)式で
あることを示している。
Further, FIG. 9 shows that under the above-mentioned assist gas conditions, the crater radius R is arranged by W × Δt, and the relational expression is the expression (6).

なお、プロット点、の場合はアシストガスが無いた
め、クレータ半径Rは上記(6)式のようにはならな
い。
In the case of the plot points, since there is no assist gas, the crater radius R does not satisfy the above equation (6).

第1図の装置を用いて、条件を変えて、第2図に示す形
状のクレータaと、第3図に示す形状のクレータbおよ
びアシストガスを斜めから吹いて得た第4図に示す形状
のクレータcを各々560φの冷延用ロールに形成し、4
重式スキンパス圧延機において冷延鋼板を荷重280トン
にて圧延したときの圧延長と粗度変化の例を第10図に示
す。第10図において圧延の初期に発生する急激な粗度低
下は主にバックアップロールとの接触面圧によるクレー
タ盛上り部の塑性変形である。これは変形によって盛上
り部がつぶされ、この部分の塑性降伏応力以下になる接
触面積になるまで変形が進む。これ以降の粗度低下は主
に被圧延板との摩擦による摩耗である。本発明により製
造されたクレータbは接触面積を広くとれるので初期粗
度低下が非常に少ない。その結果、第10図に示すごと
く、ロールの寿命が大幅に延長されるのである。
The crater a having the shape shown in FIG. 2, the crater b having the shape shown in FIG. 3, and the shape shown in FIG. 4 obtained by obliquely blowing the assist gas using the apparatus of FIG. 1 under different conditions. Crater c of each is formed into a cold rolling roll of 560φ, and 4
Fig. 10 shows an example of changes in rolling length and roughness when cold-rolled steel sheets are rolled at a load of 280 tons in a heavy-duty skin-pass rolling mill. In Fig. 10, the sharp decrease in roughness that occurs at the initial stage of rolling is mainly plastic deformation of the crater rising portion due to the contact surface pressure with the backup roll. In this, the ridge portion is crushed by the deformation, and the deformation proceeds until the contact area becomes less than the plastic yield stress of this portion. The subsequent decrease in roughness is mainly wear due to friction with the rolled plate. Since the crater b manufactured according to the present invention can have a large contact area, the initial roughness reduction is very small. As a result, as shown in FIG. 10, the roll life is greatly extended.

次に第2図に示す形状のクレータa、第3図に示す形状
のクレータb、および第4図に示す形状のクレータcを
それぞれ形成したダルロールを用いてスキンパス圧延し
たダル鋼板(SPCC)の摺動試験を行った。この試験方法
は第11図に示すように鋼板12を挟持片13で挟み、一定の
押圧力P=100kgfで押圧し、鋼板13を引き抜くもので、
このときの引抜力2Fが小さいほど型かじり性は良好であ
ると判断することができる。試験は脱脂状態で行ってい
る。
Next, sliding of dull steel sheet (SPCC) skin-pass rolled using dull rolls in which a crater a having the shape shown in FIG. 2, a crater b having the shape shown in FIG. 3, and a crater c having the shape shown in FIG. A dynamic test was conducted. In this test method, as shown in FIG. 11, the steel plate 12 is sandwiched between the sandwiching pieces 13 and pressed with a constant pressing force P = 100 kgf to pull out the steel plate 13.
It can be judged that the smaller the pulling force 2F at this time is, the better the mold galling property is. The test is performed in a degreased state.

実験結果を第12図に示す。等しい粗度での引抜力は第3
図に示した形状ののクレータbをもつロールで圧延した
鋼板の場合に最も小さくなる。従って本発明により製造
されたダルロールを用いれば最も耐型かじり性の良好な
鋼板を得ることができる。
The experimental results are shown in FIG. The pulling force with equal roughness is 3rd
It becomes the smallest in the case of a steel plate rolled by a roll having a crater b having the shape shown in the figure. Therefore, by using the dull roll manufactured according to the present invention, it is possible to obtain a steel plate having the best resistance to galling.

〔発明の効果〕 本発明によれば圧延用ロールのパルスレーザビームによ
るダル加工法において良好な穴形状をもつクレータを形
成せしめることが可能になり、よって該ロールを用いた
スキンパス圧延を行うに際し、大幅なロール寿命の延長
と、圧延された鋼板の耐型かじり性を向上させることが
可能になる。
(Effect of the invention) According to the present invention, it is possible to form a crater having a good hole shape in the dull working method by the pulse laser beam of the rolling roll, therefore, when performing the skin pass rolling using the roll, It is possible to significantly extend the roll life and improve the die galling resistance of the rolled steel sheet.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明を好適に実施することのできる装置の1
例の模式的断面図、第2図〜第4図はクレータ形状を示
す斜視図、第5図は第2図に示した形状のクレータが生
成する機構の説明図、第6図はレーザ発振器のビームモ
ードを示す曲線、第7図はW一定でdを変えた時のパワ
ー密度分布の計算と実際のクレータ径の比較を示す説明
図、第8図はΔtとE0によるクレータ形状の関係を示す
図表、第9図はWΔtとクレータ半径Rの関係を示す図
表、第10図は3種の形状をもつクレータを持つロールを
用いた圧延において圧延長と粗度変化の関係を示すグラ
フ、第11図は摺動試験の説明図、第12図は摺動試験結果
を示すグラフである。 1……パルスレーザ発振器 2……ミラー 3……集光レンズ 4……レンズの焦点調節装置 5……アシストガスノズル 6……被加工物(ロール) 7……レーザビーム 8……アシストガス 9……溶融メタル 10、11……矢印 12……ダル鋼板
FIG. 1 shows an apparatus 1 in which the present invention can be preferably implemented.
2 to 4 are perspective views showing a crater shape, FIG. 5 is an explanatory view of a mechanism generated by the crater having the shape shown in FIG. 2, and FIG. 6 is a laser oscillator. A curve showing the beam mode, FIG. 7 is an explanatory diagram showing the calculation of the power density distribution when W is constant and d is changed, and a comparison of the actual crater diameter. FIG. 8 shows the relationship between Δt and the crater shape by E 0 . Fig. 9 is a diagram showing the relationship between WΔt and crater radius R, and Fig. 10 is a graph showing the relation between rolling length and roughness change in rolling using rolls having craters of three types. FIG. 11 is an explanatory view of the sliding test, and FIG. 12 is a graph showing the sliding test results. 1 ... Pulse laser oscillator 2 ... Mirror 3 ... Condensing lens 4 ... Lens focus adjusting device 5 ... Assist gas nozzle 6 ... Workpiece (roll) 7 ... Laser beam 8 ... Assist gas 9 ... … Molten metal 10, 11 …… Arrow 12 …… Dull steel plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恩田 和雄 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 草場 隆 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 阿部 英夫 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 横山 剛大 埼玉県戸田市美女木5−21−12 株式会社 三山内 (72)発明者 三塚 正文 東京都中央区銀座2丁目3番6号 大倉商 事株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Onda 1 Kawasaki-cho, Chiba-shi, Chiba Kawasaki Steel Co., Ltd. Technical Research Headquarters (72) Inventor Takashi Kusaba 1 Kawasaki-cho, Chiba-shi Kawasaki Steel Co., Ltd. Research Headquarters (72) Inventor Hideo Abe 1 Kawasaki-cho, Chiba City, Chiba Prefecture Technical Research Headquarters, Kawasaki Steel Co., Ltd. (72) Inventor Takehiro Yokoyama 5-21-12 Bijogi, Toda City, Saitama Prefecture Miyamauchi Co., Ltd. 72) Inventor Masafumi Mitsuka 2-3-6 Ginza, Chuo-ku, Tokyo Okura Shoji Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転している圧延用ロール表面にパルス化
したレーザビームを集光して照射しロール表面を粗面化
する加工法において、アシストガスをレーザビームと同
軸方向から加工面に垂直に噴射すると共に、 の条件でレーザを照射することを特徴とするロールの粗
面化方法。 ただし、 Δt:パルスビームの1パルス当り照射時間(秒) δ:Δt間にロール表面がビームに対して移動する距離
(m) W:レーザ発振器の出力(MW) r:ロール表面上のレーザビームスポットの半径(m)
1. In a processing method of condensing and irradiating a rotating rolling roll surface with a pulsed laser beam to roughen the roll surface, an assist gas is perpendicular to the processing surface from a direction coaxial with the laser beam. As well as spraying A method for roughening a surface of a roll, which comprises irradiating a laser under the conditions of. Where Δt: irradiation time per pulse of pulse beam (seconds) δ: distance that roll surface moves with respect to beam during Δt (m) W: output of laser oscillator (MW) r: laser beam on roll surface Spot radius (m)
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