JPH0763795B2 - テーパロッドの製造における圧延ロールの制御条件設定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、非線形特性を有するコイルバネの素材や、コ
ンロッド等に利用される精密な段造素材としてのテーパ
ロッドの圧延による製造において、その圧延ロールを制
御する上で必要な条件を設定する方法に関する。

（従来の技術） テーパロッドを圧延により製造する方法としては、特開
昭57−91384号公報により開示されたものがある。

これは、第１図に示すように、棒材１を、まず、第一パ
スの一対の圧延ロール２によって断面偏平な形状に圧延
し、次いで、その棒材１を、第二パスの一対の圧延ロー
ル３により、第２図に示すように、圧延方向前方から後
方に向かうに従い径小となる縮径テーパ部４と、圧延方
向前方から後方に向かうに従い径大となる拡径テーパ部
５とを有するテーパロッドに圧延成形するものである。
そのため、第二パスの圧延ロール３には、周方向に径が
漸次変化する孔型６が設けられている。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような２パス圧延によりテーパロッドを製造する
場合、第二パスのロール孔型の入口側での棒材の断面寸
法が大きすぎたり小さすぎると、所望製品寸法が得られ
なかったり、第二パスでいわゆるかみ出し等が生じる。
そうすると、機械加工等の後処理が必要となったり、製
品として不適正なものとなってしまう。

そのため、第一パス通過後の棒材形状を適正なものとす
るため、第一パスにおける圧延ロールの圧下量と圧下加
速とを適正に制御する必要がある。

そこで、第二パスの出口側でのロッド寸法を計測し、所
望寸法との誤差に基づくフィードバック信号により第一
パスの圧下ロールの圧下量と圧下速度を制御することが
考えられる。しかし、このようなフィードバック制御を
行う場合でも、誤差が余りに大きいと、応答速度等の制
限があるため、圧延速度を大きくすることができず、生
産性が悪くなる。

そのため従来は、所望のテーパロッドの寸法に対応した
適正な第一パスの圧延ロールの圧下量と圧下速度とを、
テーパロッドの形状寸法が異なるごとに、実験を繰返し
て試行錯誤により求めていた。しかし、制御量がロール
圧下量と圧下速度の二つであるため、試行錯誤により適
正値を得ることは非常に困難なものであった。

本発明は上記問題点を解決することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本願第一発明が特徴とするところは、棒材１を、第一パ
スの一対の圧延ロール２によって断面偏平な形状に圧延
し、次いで、その棒材１を、第二パスの一対の圧延ロー
ル３により、圧延方向前方から後方に向かうに従い径小
となる縮径テーパ部４と、圧延方向前方から後方に向か
うに従い径大となる拡径テーパ部５とを有するテーパロ
ッドに圧延成形するに際し、圧延前の棒材の径をd₀、第
一パスの一対の圧延ロール２の最も相近接したときの間
隔をｘ、第一パス通過後の棒材断面の巾方向最大寸法を
ｙ、第二パスの一対の圧延ロール３の最も相近接したと
きの間隔をd₁さらに、A₁、A₂、n₁及びn₂を定数として、 （ｙ−d₀）＝A₁（d₀−ｘ）ⁿ¹及び（d₁−ｘ）＝A₂（ｙ−
d₁）ⁿ²なる二つの式から、第一パスの一対の圧延ロール
２の最小間隔ｘを求める点にある。

本願第二発明が特徴とするところは、棒材１を、第一パ
スの一対の圧延ロール２によって断面偏平な形状に圧延
し、次いで、その棒材１を、第二パスの一対の圧延ロー
ル３により、圧延方向前方から後方に向かうに従い径小
となる縮径テーパ部４と、圧延方向前方から後方に向か
うに従い径大となる拡径テーパ部５とを有するテーパロ
ッドに圧延成形するに際し、圧延前の棒材の径をd₀、第
一パスの一対の圧延ロール２の最も相近接したときの間
隔をｘ、第一パス通過後の棒材断面の巾方向最大寸法を
ｙ、第二パスの一対の圧延ロール３の最も相近接したと
きの間隔をd₁さらに、A₁、A₂、n₁及びn₂を定数として、 （ｙ−d₀）＝A₁（d₀−ｘ）ⁿ¹及び（d₁−ｘ）＝A₂（ｙ−
d₁）ⁿ²なる二つの式から、第一パスの一対の圧延ロール
２の最小間隔ｘを求め、第二パス通過後の縮径テーパ部
４の長さをl_t、第二パスにおけるる棒材１の最小径部の
伸び率をλ_ｍ、α＝0.8±0.05として、第一パスと第二
パスとの間における縮径テーパ部４の長さL_tを、 なる式から求め 第二パス通過後の拡径テーパ部５の長さをl_t′、β＝1.
2±0.05として、第一パスと第二パスとの間における拡
径テーパ部５の長さL_tを、 なる式から求める点にある。

（作用） 本願発明は、圧延前の棒材径d₀、第一パスの一対の圧延
ロール２の最も相近接したときの間隔ｘすなわち第一パ
ス通過後の棒材の最小径、第一パス通過後の棒材断面の
長手方向最大寸法ｙ及び第二パスの一対の圧延ロール３
の最も相近接したときの間隔d₁すなわち第二パス通過後
の棒材の最小径との間に、二つの関係式が成立するとの
知見に基づく。

すなわち、第３図に示すように、第一パスとしてオーバ
ル孔型７を有する圧延ロール２を用いて棒材１を圧延
し、第４図示のように複数の実験結果をl_n（ｙ−d₀）を
縦軸に、l_n（d₀−ｘ）を横軸にとって示した。圧延温度
は900〜1100℃、棒材材質としてはSC鋼、SUP鋼、圧延速
度は±0.5〜5m/分とした。そうすると、いわゆる比ロー
ル径δ（第一パスのロール径D_Rと圧延前の棒材径d₀との
比D_R／d₀）が一定であると、l_n（ｙ−d₀）とl_n（d₀−
ｘ）の各データは直線上に並列する。これより、A₁、n₁
を定数として、次の式が成立する。

ｙ−d₀＝A₁（d₀−ｘ）ⁿ¹ …… ここで、n₁は第４図の各直線の勾配であり、前記圧延条
件でn₁＝1.9であった。また、第４図の各直線と縦軸と
の交点がl_nA₁であり、A₁＝0.05＋0.008δで与えられ
る。

次に第一パスを通過した棒材１を第５図に示すように、
第二パスとして丸孔型６を有する圧延ロール３を用いて
圧延した。この第二パスの丸孔型６は、第６図に示すよ
うに、中心角40゜の範囲８がテーパロッド最小径に対応
した一定径とされ、この範囲８の両端からそれぞれ中心
角150゜の範囲9,9に亘って漸次径大とされ、この範囲9,
9の間の中心角20゜の範囲10は大径の材料逃し部とされ
ている。この第二パスによる複数の実験結果を、第７図
示のようにl_n（d₁−ｘ）を縦軸に、l_n（ｙ−d₁）を横軸
にとって示した。圧延温度等は前記同様とした。そうす
ると、l_n（d₁−ｘ）とl_n（ｙ−d₁）の各データは直線上
に並列する。これより、A₂、n₂を定数として、次の式
が成立する。

d₁−ｘ＝A₂（ｙ−d₁）ⁿ²……… ここでn₂は第７図の直線の勾配であり、前記圧延条件
で、n₂＝0.6であった。また、第７図の直線と縦軸との
交点がl_nA₂であり、A₂＝１で与えられる 以上示した式及び式により、定数A₁、A₂、n₁、及び
n₂を実験的に求めておけば、種々の形状のテーパロッド
を製造する場合の第一パス圧延ロール２の圧下量を求め
ることができる。すなわち、圧延前の棒材径d₀と、所望
テーパロッドの最小径である第二パスの一対の圧延ロー
ル３の最も近接したときの間隔d₁を与えれば、式を
連立して解くことで、第一パスの一対の圧延ロール２の
最も近接したときの間隔ｘを求めることができる。この
ｘの値と、圧延前における棒材径d₀により第一パス圧延
ロール２の圧下量が求められる。

第一パス圧延ロール２の圧下量が求められ、圧延速度を
設定すれば、第二パス圧延ロール３の入口側での棒材断
面寸法を特定する上では、第一パス圧延ロール２の圧下
速度を求めればよい。この圧下速度のみを試行錯誤によ
り求めるのは、従来ロール圧下量と圧下速度の双方を求
めるのに比べ容易となる。そして、本願第二発明によれ
ば、その第一パスロール圧下平均速度も試行錯誤によら
ずして求めることができる。

すなわち、第一パス圧延ロール２の圧下量が求められ、
圧延速度が設定されれば、第一パスロール圧下平均速度
を求めるためには、第一パスと第二パスとの間での棒材
１の長さを特定する必要がある。

本願第二発明は、その第一パスと第二パスとの間におけ
る棒材１の縮径テーパ部４の長さL_tを、第二パス通過後
の縮径テーパ部４の長さL_t、第二パスにおける棒材１の
最小径部の伸び率λ_ｍに対し、 とした場合に、α＝0.8±0.05であれば、求めたL_tに基
づく平均速度で第一パス圧延ロールを圧下制御すると、
所望寸法精度の縮径テーパ部を有するテーパロッドを得
ることができるとの知見に基づく。

なお、第二パスにおける棒材１の最小径部の伸び率λ_ｍ
は、第一パスと第二パスとの間での棒材１の最小径部の
断面積F₁と、第二パス通過後の棒材１の最小径部の断面
積F₂との比F₁／F₂で求められる。

また、第一パスと第二パスとの間における棒材１の拡径
テーパ部５の長さL_t′を、第二パス通過後の拡径テーパ
部５の長さl_t′と前記λ_ｍ、αに対し、 とした場合に、β＝1.2±0.05であれば、求めたL_t′に
基づく平均速度で第一パス圧延ロールを圧下制御する
と、所望寸法精度の拡径テーパ部を有するテーパロッド
を得ることができるとの知見に基づく。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第８図は、テーパロッドの連続製造システムに係り、第
一ピンチロール11、インダクションヒータ12、第一パス
圧延ロール２、ルーパー13、厚み計測器14、第二パス圧
延ロール３、幅計測器15、第二ピンチロール16、巻取機
17を備える。

第一ピンチロール11はモータ18により基準速度で回転駆
動され、棒材１を搬送する。

インダクションヒータ12は棒材１を加熱するもので、棒
材１を均一に一定温度に加熱するため、このヒータ12を
通過する棒材速度は一定とされている。そのため速度制
御は、このヒータ12の下流で行われる。

第一パス圧延ロール２はモータ19で回転駆動される。ま
た、油圧シリンダ20とその作動指示器28とで、圧下量と
圧下速度とが制御される。また、モータ19は速度設定器
21で速度変更され、モータ軸にはエンコーダ（図示省
略）が接続され、その回転角検出に基づいて棒材１の長
手方向位置が求められる。

第二パス圧延ロール３の回転軸方向は、第一パス圧延ロ
ール２の回転軸方向に対して直交するものとされ、モー
タ22により回転駆動される。また、モータ22は速度設定
器23で速度変更され、モータ軸に接続されるエンコーダ
（図示省略）により、ロール３の回転角修正が行われ
る。

第二ピンチロール16はモータ24により回転駆動され、速
度設定器25により所定速度でテーパロッドを巻取機17に
送る。

上記生産システムによれば、棒材１はまずヒータ12で一
定温度に加熱され、第一パス圧延ロール２により断面偏
平となるように圧延され、第二パス圧延ロール３により
テーパロッドに成形される。ここで、第一パスと第二パ
スとの間のルーパー13により、ループ量一定制御を行う
ものであり、その制御信号に基づいて第二パス圧延ロー
ル３のモータ速度を制御装置26で制御している。

また、第二パス圧延ロール３の入口側には、棒材１の厚
みの計測器14が設けられ、棒材１の長手方向位置と第二
パス圧延ロール３の丸孔型６の周方向位置とを適正位置
とするため、その計測器14からの信号に基づき、第二パ
ス圧延ロール３の回転角の修正が行われる。

さらに、第二パス圧延ロール３の出口側には、棒材１の
幅の計測器15が設けられ、その計測値と所望寸法との誤
差をフィードバック信号として、第一パス圧延ロール２
の圧下量と圧下速度とを制御装置27で制御し、高寸法精
度のテーパロッドの製造が図られている。

以下に、上記システムによるテーパロッドの製造例を示
す。

素材径d₀＝14mm、第二パス通過後の縮径テーパ部４の長
さl_tと拡径テーパ部の長さl_t′とは共にl_t＝l_t′＝314m
m、所望テーパロッドの最小径すなわち一対の第二パス
圧延ロール３の最も近接したときの間隔をd₁＝9mmとし
た。また、縮径テーパ部４と拡径テーパ部５との間は、
その径が一定の最小径d₁で長さl_m＝84mmの最小径部29と
されている。

第一パス圧延ロール２は、第３図示のように、曲率R_0v
＝40mm、深さH_k＝2mmのオーバル孔型７を有し、ロール
径80mmのものを使用した。棒材１の材質はSUP鋼とし、
圧延温度は900〜1100℃、圧延速度は0.5〜5m/分とし
た。

まず、前記式及び式にd₀及びd₁の値を代入すること
で、ｘ＝5.2mm、ｙ＝20.1mmが求められる。このｘの値
より第一パス圧延ロール２の圧下量が定められる。

次に、第二パス通過後の棒材の最小径部の断面積はπd₁
²/4より63.6mm²、第一パスと第二パスとの間における棒
材１の最小径部の断面積はオーバル孔型では略0.76xy
（なお、平ロールでは略xyとなる）より79.4mm²である
から、第二パスにおける最小径部の伸び率λ_ｍは、λ_ｍ
＝79.4/63.6≒1.25となる。そして、α＝0.8として、前
記式より、第一パスと第二パスとの間における棒材１
の縮径テーパ部４の長さL_tは、L_t＝262mm。また、前記
式より、第一パスと第二パスとの間における棒材１の
拡径テーパ部５の長さL_t′は、β＝1.2として、L_t′＝
1.2×262＝314mm。また、第一パスと第二パスとの間の
最小径部29に対応する部分の長さL_MはL_M＝84/1.25＝67m
m。

以上求めたL_tとL_t′とL_Mと、前記求めた第一パス圧延ロ
ール圧下量ｘ及び第一パスにおける圧延速度により、第
一パス圧延ロール２の平均圧下速度が特定される。

第９図に、以上の結果に基づく第一パス圧延ロールの圧
下量及び平均圧下速度でテーパロッドを製造した結果を
示す。図中縦軸は圧延直交方向寸法、横軸は圧延方向寸
法をとったもので、破線は所望テーパロッド（第二パス
通過後のもの）の寸法を示し、・印は製造されたテーパ
ロッドの高さ寸法、×印は幅寸法を示す。なお、実線は
第一パス圧延ロールの圧下パターンを示すものである
（第一パスと第二パスの間におけるテーパロッド形
状）。これより、高寸法精度（誤差±0.2mm以内）のテ
ーパロッドが得られたことがわかる。なおαの値は、0.
8±0.05の範囲であれば、0.8とした場合と同様の寸法精
度のテーパロッドが得られる。

また、第一パス圧延ロールはオーバル孔型を有するもの
でなく、孔型のない平ロールであっても同様の結果が得
られる。

第10図は、上記実施例と同様に、直径14mmの棒材１を最
小径10.4mmのテーパロッドに圧延した結果を示し、上記
同様に高精度のテーパロッドが得られたことがわかる。

（発明の効果） 本願第一発明によれば、２パス圧延により高寸法精度の
テーパロッドの製造を行う場合に、第一パス圧延ロール
の圧下量を予め算出しておくことができるので、従来の
ようにそのロール圧下量と圧下速度の双方を試行錯誤に
より求めていたのに比べ、第一パス圧延ロールの圧下制
御を容易に行え、高寸法精度のテーパロッドの製造をす
る上での第一パス圧延ロールの圧下制御に大きく寄与す
る。

また、本願第二発明によれば、第一パス圧延ロールの圧
下量だけでなく、平均圧下速度も求めることができ、そ
の求めた条件によって第一パス圧延ロールを圧下制御す
ることで高寸法精度のテーパロッドを製造することがで
き、第一パス圧延ロールの圧下制御に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り、第１図はテーパロッド圧
延設備の概略斜視図、第２図はテーパロッドの斜視図、
第３図は第一パスの寸法関係を示す図、第４図は棒材の
断面寸法の関係を示す図、第５図は第２パスの寸法関係
図、第６図は第２パス圧延ロールの孔型形状を示す図、
第７図は棒材の断面寸法の関係を示す図、第８図はテー
パロッドの連続生産システムの概略説明図、第９図乃至
第10図はそれぞれ異なったテーパロッドの寸法と第一パ
ス圧延ロールの圧下パターンを示す図である。 １……棒材、２……第一パス圧延ロール、３……第二パ
ス圧延ロール、４……縮径テーパ部、５……拡径テーパ
部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】棒材（１）を、第一パスの一対の圧延ロー
   ル（２）によって断面偏平な形状に圧延し、次いで、そ
   の棒材（１）を、第二パスの一対の圧延ロール（３）に
   より、圧延方向前方から後方に向かうに従い径小となる
   縮径テーパ部（４）と、圧延方向前方から後方に向かう
   に従い径大となる拡径テーパ部（５）とを有するテーパ
   ロッドに圧延成形するに際し、圧延前の棒材（１）の径
   をd₀、第一パスの一対の圧延ロール（２）の最も相接近
   したときの間隔をｘ、第一パス通過後の棒材断面の巾方
   向最大寸法をｙ、第二パスの一対の圧延ロール（３）の
   最も相接近したときの間隔をd₁さらに、A₁、A₂、n₁及び
   n₂を定数として、 （ｙ−d₀）＝A₁（d₀−ｘ）ⁿ¹及び（d₁−ｘ）＝A₂（ｙ−
   d₁）ⁿ²なる二つの式から、第一パスの一対の圧延ロール
   （２）の最小間隔ｘを求めることを特徴とするテーパロ
   ッドの製造における圧延ロールの制御条件設定方法。
2. 【請求項２】棒材（１）を、第一パスの一対の圧延ロー
   ル（２）によって断面偏平な形状に圧延し、次いで、そ
   の棒材（１）を、第二パスの一対の圧延ロール（３）に
   より、圧延方向前方から後方に向かうに従い径小となる
   縮径テーパ部（４）と、圧延方向前方から後方に向かう
   に従い径大となる拡径テーパ部（５）とを有するテーパ
   ロッドに圧延成形するに際し、圧延前の棒材（１）の径
   をd₀、第一パスの一対の圧延ロール（２）の最も相接近
   したときの間隔をｘ、第一パス通過後の棒材断面の巾方
   向最大寸法をｙ、第二パスの一対の圧延ロール（３）の
   最も相接近したときの間隔をd₁さらに、A₁、A₂、n₁及び
   n₂を定数として、 （ｙ−d₀）＝A₁（d₀−ｘ）ⁿ¹及び（d₁−ｘ）＝A₂（ｙ−
   d₁）ⁿ²なる二つの式から、第一パスの一対の圧延ロール
   （２）の最小間隔ｘを求め、第二パス通過後の縮径テー
   パ部（４）の長さをl_t、第二パスにおけるる棒材（１）
   の最小径部の伸び率をλ_ｍ、α＝0.8±0.05として、第
   一パスと第二パスとの間における縮径テーパ部（４）の
   長さL_tを、 L_t＝l_t／｛１＋α（λ_ｍ−１）｝ なる式から求め、第二パス通過後の拡径テーパ部（５）
   の長さをl_t′、β＝1.2±0.05として、第一パスと第二
   パスとの間における拡径テーパ部（５）の長さL_t′を、 L_t′＝β・l_t′／｛１＋α（λ_ｍ−１）｝ なる式から求めることを特徴とするテーパロッドの製造
   における圧延ロールの制御条件設定方法。