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

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

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JPH0763795B2
JPH0763795B2 JP719488A JP719488A JPH0763795B2 JP H0763795 B2 JPH0763795 B2 JP H0763795B2 JP 719488 A JP719488 A JP 719488A JP 719488 A JP719488 A JP 719488A JP H0763795 B2 JPH0763795 B2 JP H0763795B2
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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、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−
d1n2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−
d1n2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lt、第二パスにおけるる棒材1の最小径部の
伸び率をλ、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Lt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lt′、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Lt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ln(y−d0)を
縦軸に、ln(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DRと圧延前の棒材径d0との
比DR/d0)が一定であると、ln(y−d0)とln(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lnA1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ln(d1−x)を縦軸に、ln(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、ln(d1−x)とln(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−d1n2……… 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lnA2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Ltを、第二パス通過後
の縮径テーパ部4の長さLt、第二パスにおける棒材1の
最小径部の伸び率λに対し、 とした場合に、α=0.8±0.05であれば、求めたLt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
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Lt′を、第二パス通過後の拡径テーパ
部5の長さlt′と前記λ、αに対し、 とした場合に、β=1.2±0.05であれば、求めたLt′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ltと拡径テーパ部の長さlt′とは共にlt=lt′=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lm=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R0v
=40mm、深さHk=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は、λ
=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Ltは、Lt=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Lt′は、β=1.2として、Lt′=
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LMはLM=84/1.25=67m
m。
以上求めたLtとLt′とLM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−
    d1n2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−
    d1n2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lt、第二パスにおけるる棒材(1)
    の最小径部の伸び率をλ、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Ltを、 Lt=lt/{1+α(λ−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lt′、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Lt′を、 Lt′=β・lt′/{1+α(λ−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。
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