JPH0833901A

JPH0833901A - 棒鋼・線材の異形圧延方法及び異形材製造用連続圧延機

Info

Publication number: JPH0833901A
Application number: JP7010998A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Ono; 訓正小野; Susumu Kanbara; 進神原
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【構成】素材２に所定の張力を掛ける張力付加機構１
０を入側に備え、圧延空間が三角形である３方ロール圧
延機構３０を出側に備え、この３方ロール圧延機構の更
に出側に、前記３方ロール圧延機構３０で三角に変形さ
れた被圧延材の各頂点部を凹凸のある異形用ロールで圧
延する異形ロール圧延機構４０を備えた異形材製造用連
続圧延機１。【効果】異形ロール圧延機構にて異形材の凸部を過膨
出気味に圧延し、この際に、張力付加機構にて素材にテ
ンションを付加して異形材を縮径することで過膨出を是
正して、寸法精度の良い異形材を簡単に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円形断面の素材を非円形
断面の異形材に塑性変形する異形材製造用連続圧延機の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は異形材の断面図であり、円形断
面以外の断面形状をもった棒鋼又は線材を異形材１０１
と呼び、この様な異形材１０１は、従来、異形ダイス
を備えた伸線機又は異形ロールダイスを備えた伸線機
にて製造されている。上記は、非円形断面の孔の開け
られた異形ダイスにて素材を引抜くものであるが、一般
に第１工程で目的線径まで通常の穴ダイスにて縮径伸線
をなし、第２工程で焼鈍し、第３工程で焼鈍スケールを
除くための酸洗をし、次工程のための潤滑を施し、第４
工程で異形ダイスにて異形伸線をなす。焼鈍は第１工程
での加工硬化を是正するためであり、潤滑は第４工程で
の焼付きを防止するためのものである。このように、上
記では工程数が多くなり生産性が悪い。

【０００３】一方、上記は例えば特公昭５３−４１６
３４号公報「連続溝形異形線製造方法」で提案されるも
のであり、非円形断面の孔空間の形成されたロールダイ
スにて素材を引抜く方式でありダイスが回転するので摩
擦抵抗が小さく、焼付きの心配がないために、焼鈍や酸
洗を必要とせずに、連続的に伸線加工が可能である。従
って、上記に対しては生産性を大いに高めることが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１３（ａ）〜（ｃ）
は従来の伸線装置の作用説明図であり、（ａ）は素材１
０２を３個の異形ロールダイス１０３，１０３，１０３
で絞り加工する状態の原理図であり、図左から右に素材
１０２が自由回転する異形ロールダイス１０３…（…は
複数個を示す。以下同じ）間を引抜かれる（矢印）
と、素材１０２はロールダイス１０３…によって径内方
へ縮径され（矢印）、その代わりにロールダイスで押
圧されない部分１０４…は径外方へ膨出する。しかし、
ロールダイス１０３…より上流側（図左側）は拘束され
ていないので軸方向に比較的容易に膨出する（矢印
）。従って、径外方へ膨出する量は不足気味となる。

【０００５】また、（ｂ）は加工中の素材断面図であ
り、想像線で示す略三角形の素材１０２がロールダイス
１０３…に当接する部分は力ｆ１で径内方へ押圧され、
一方、ロールダイス１０３…に非当接の部分１０４…は
ｆ２の如く径外方へ膨出する。また、素材１０２には常
に引抜き力が作用しているのでこの力ｆ３により素材１
０２は径内方へ縮径される。（ｃ）は加工後の異形材１
０１と所望のプロフィール１０５とを図示したものであ
り、径内方への大きな力ｆ１と、このｆ１によって凸部
に発生する径内方への力ｆ４と、引張り力に起因する力
ｆ３とにより、予定のプロフィール１０５に比べて凸部
に隙間１０６が出来るほど、凸部の膨出が不十分な不満
足なものとなる。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
従来の異形材製造技術は「伸線」即ち「引抜き」に基づ
くことが凸部の膨出不足を招いたと知見し、十分な膨出
量を得るためにロール圧延法を試みた。そして、単なる
ロール圧延法では膨出量が過大となる場合があるため、
更に研究を重ねて、膨出量が過小にも過大にもならない
技術を確立することに成功した。即ち、円形断面の棒鋼
若しくは線材を素材とし、この素材を先ず３方ロール圧
延機構で略三角形断面に塑性加工し、次に前記三角断面
の被圧延材の各頂点部を凹凸のある３個の異形用ロール
で押圧して非円形断面の異形材に塑性加工する圧延方法
において、隣り合う異形用ロール間の隙間へ食み出す素
材部分を自由面、異形用ロールで成形される素材部分を
圧延面と称した場合に、素材の引張り強度の９％を超え
ない値をバックテンションとして前記素材に作用しつつ
圧延することにより、前記自由面をほぼ圧延面に合わせ
ることを特徴とする。

【０００７】前記バックテンションは、圧延に係る減面
率が２０％を超え３０％までの範囲であれば素材の引張
り強度の３〜９％に当る値から選択し、減面率が２０％
以下であれば３％未満とすることが望ましい。

【０００８】上記方法を実施するための装置は、素材に
所定の張力を掛ける張力付加機構を入側に備え、一方、
圧延空間が三角形である３方ロール圧延機構を出側に備
え、この３方ロール圧延機構の更に出側に、前記３方ロ
ール圧延機構で三角に変形された被圧延材の各頂点部を
凹凸のある異形用ロールで圧延する異形ロール圧延機構
を備えた構成とする。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を添付図に基づいて以下に説
明する。図１は本発明に係る異形材製造用連続圧延機の
原理図であり、異形材製造用連続圧延機１（以下「連続
圧延機１」と記す）は、入口側に配置され素材２に調整
されたバックテンションを掛けるための張力付加機構１
０と、円形断面の素材を単純に縮径する通常圧延機構２
０と、出側に配置された３方ロール圧延機構３０と、こ
の３方ロール圧延機構３０の更に出側に配置された異形
ロール圧延機構４０とからなる。

【００１０】張力付加機構１０は、例えば通常圧延機構
２０よりもロールの周速を若干遅くしたピンチロール１
１，１１，１２，１２からなる。通常圧延機構２０は丸
断面の素材を次の３方ロール圧延機構３０に応じた径ま
で縮径する圧延機構である。

【００１１】図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る張力付
加機構の別実施例図（原理図）であり、（ａ）は円錐ド
ラム式張力付加機構であり、ドラム１３の回転数を調整
することで張力の増減が可能であり、また（ｂ）はダン
サー式張力付加機構であり、ローラ１５，１６の間隔を
調整することで張力の増減が可能である。

【００１２】図３は本発明に係る３方ロール圧延機構の
原理図であり、３方ロール圧延機構３０は３個の圧延ロ
ール３１，３１，３１を１２０゜間隔で均等に配置し、
圧延空間を略３角形にしたものであり、前記通常圧延機
構２０でほぼ目的の径まで縮径された素材２Ｂを略３角
形素材２Ｃに塑性変形するものである。図４は本発明に
係る異形ロール圧延機構の原理図であり、異形ロール圧
延機構４０は３個の異形圧延ロール４１，４１，４１を
１２０゜間隔で均等に且つ前記素材２Ｃの各頂点部２
ｄ，２ｄ，２ｄに配置したものであり、各ロール４１は
凹部４２及び凸部４３，４３がロール面に形成されてい
るので異形圧延ロールと呼称する。これら異形圧延ロー
ル４１…は３角形状の素材２Ｃ（想像線）を所定の異形
材３（実線）に仕上げるものである。

【００１３】図５は本発明に係る異形圧延ロールの拡大
図であり、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例を示す。
（ａ）に示す通り異形圧延ロール４１の凸部４３，４３
間に素材の頂部２ｄが収まることが望ましい。（ｂ）の
様に頂部２ｄが収まっていないと、素材が矢印方向に回
転する恐れがあり、正しい圧延が困難となるからであ
る。

【００１４】以上に述べた異形材製造用連続圧延機の作
用を次に説明する。図６（ａ），（ｂ）は比較例（張力
付加せず）の作用図であり、図１の連続圧延機１におい
て張力付加機構１０のみを使用しなかった実験例を示
し、通常圧延機構２０で縮径した素材２Ｂ（図示せず）
を図３の３方ロール圧延機構３０で略３角形の素材２Ｃ
に塑性加工する。続いて、図４の異形ロール圧延機構４
０で塑性加工すると、図６（ａ）に示す通りに径内方へ
Ｆ１の力が作用し、非押圧部分で径外方へＦ２の力が作
用する。すると、図６（ｂ）に示す通りに、膨出部分
４，４，４が予定の形状よりも膨出し、仕上り形状が悪
くなる。

【００１５】図７（ａ），（ｂ）は本発明の実施例作用
図であり、図１の張力付加機構１０にて素材２，２Ｂ，
２Ｃにバックテンションを付与したことを特徴とし、素
材２Ｃに張力が作用すると径内方への力が発生するので
これが力Ｆ３となる。この結果、図７（ａ）に示す通り
径内方への力Ｆ１と径外方への力Ｆ２に、径内方への力
Ｆ３が加わり、Ｆ１＋Ｆ３がほぼＦ２とバランスするこ
とを特徴とする。従って、図７（ｂ）に示す通りに所望
の好みの形状に異径材３が仕上がる。

【００１６】そのためには、上記バックテンションの設
定が極めて重要である。図８（ａ），（ｂ）は減面率２
５％における本発明に係るバックテンションの説明図で
あり、（ａ）において異形圧延ロール４１，４１，４１
で成形された部分の外径寸法（最大外径）を「圧延面ｄ
ａ」とし、異形圧延ロール４１，４１間に食み出す部分
の最大外径を「自由面ｄｂ」と呼称する。なお、減面率
は、（圧延前断面積−圧延後断面積）÷圧延前断面積×
１００で算出される値である。（ｂ）は第１横軸が張
力、第２横軸がバックテンション、縦軸が外径寸法を示
す。前記張力は、素材の引張り強さ（ｋｇ／ｍｍ²又は
Ｎ／ｍｍ²）の９０％を簡易的に変形抵抗とした場合
に、この変形抵抗に対する割合（％）である。前記バッ
クテンションは、素材の引張り強さ（ｋｇ／ｍｍ²又は
Ｎ／ｍｍ²）に対する割合（％）である。

【００１７】グラフにおいて、圧延面ｄａは異形圧延ロ
ール４１，４１，４１で機械的に規定されものであるか
ら、寸法は一定である。一方、従来の技術で説明した通
りに、普通に圧延すると食み出し分が大きくなって自由
面ｄｂは圧延面ｄａよりかなり大きくなる。しかし、バ
ックテンションをかけるとその傾向は改善され、バック
テンションを４．５％まで増加するとｄｂ＝ｄａとな
り、自由面は異形圧延ロール４１，４１，４１で拘束さ
れていないにもかかわらず、圧延面並みの形状になる。
更に、バックテンションを増加すると、今度は自由面が
低くなり好ましくない。

【００１８】図９は減面率３０％における本発明に係る
バックテンションの説明図であり、バックテンションを
６．５％まで増加するとｄｂ＝ｄａとなることをしめ
す。即ち、減面率の大小によって、バックテンションを
増減する必要があることを示す。

【００１９】表１は本発明方法に係る減面率、バックテ
ンションと仕上り形状との関係を示し、Ｃ＝０．０６
％、Ｓｉ＝０．７４％、、Ｍｎ＝１．５６％、Ｔｉ＝
０．０３％の炭素鋼を素材として、減面率を１７，２
０，２５，３０％、そしてバックテンションを０〜１
３．５％に段階的に変化させて仕上り形状を調べたもの
である。

【００２０】

【表１】

【００２１】表中に仕上り形状のプロフィール及び評価
を記載した。すなわち、減面率１７％及び２０％ではバ
ックテンション０（ゼロ）で形状は良好であった。減面
率２５％ではバックテンション４．５％で形状良好であ
り、バックテンション０及び９％で形状不良であった。
減面率３０％では、バックテンション４．５及び９％で
形状良好であり、バックテンション０及１３．５％で形
状不良であった。このことから、バックテンションを正
確に制御すれば自由面を圧延面並みに仕上げることがで
きることが分かる。発明者等は更に実験を繰返し、バッ
クテンションを、減面率が２０％を超え３０％までの範
囲であれば素材の引張り強度の３〜９％に当る値から選
択し、減面率が２０％以下であれば３％未満とすれば目
的の仕上形状が得られることを見出した。

【００２２】図１０（ａ）〜（ｉ）は本発明の連続圧延
機で製造可能な異系材の例を示し、異形材３は、図１２
で説明したもののほか、（ａ）の溝付き三角断面材３
ａ、（ｂ）のＹ断面材３ｂ、（ｃ）のフィン付き丸断面
材３ｃ、（ｄ）の二重Ｙ断面材３ｄ、（ｅ）の丸溝付き
丸断面材３ｅ、（ｆ）の角溝付き断面材３ｆ、（ｇ）の
Ｙ断面材３ｇ、（ｈ）の溝付き丸断面材３ｈ、（ｉ）の
凸条付き三角断面材３ｉであってもよい。

【００２３】以上に述べた通りに、本発明は「圧延」す
ることで膨出量を多めにし、超過分を「張力」（バック
テンション）で是正したことを特徴とする。なお、張力
を作用する方法には隣接するロールの周速を制御する方
法がある。図１１は張力付加機構の比較例（ロール周速
制御法）の原理図であり、ｎ段目のロール５１，５１を
モータ５２で駆動して周速Ｖn とし、ｎ＋１段目のロー
ル５３をモータ５４で駆動して周速Ｖn+1とし、各段の
圧延後の断面をＡn，Ａn+1とすれば、Ａn+1が減少した
分だけ周速Ｖn+1を増加させる必要がある。即ち、Ａn×
Ｖｎ＝Ａn+1×Ｖn+1であれば、素材２に張力は作用しな
い。そこで、Ｖnを上記等式のものより小さくする（又
はＶn+1をより大きくする）と素材２に張力が発生す
る。

【００２４】しかし、図１１の方法はモータ５２，５４
を各々設備し、それらを各々回転数制御しなければなら
ず、設備が大型化し、制御系も複雑となる。この点、本
発明は簡単な張力付与機構２を入側に設置するだけでよ
い。尚、本発明に係る被圧延材は、普通鋼、ステンレス
鋼、銅、アルミニウム等で、溶接用の芯線用鋼材、アク
セサリー用鋼線、ヒートシンク（集積回路の放熱器）等
直径１〜３ｍｍ程度が好例であり、これらの線材の製造
に本発明の連続圧延機は好適である。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１の棒鋼・線材の異形圧延方法は、素材の
引張り強度の９％を超えない値をバックテンションとし
て素材に作用しつつ圧延することにより、自由面をほぼ
圧延面に合わせるようにしたので、異形材の仕上り寸法
の精度が飛躍的に向上し、製品価値を高めることができ
る。

【００２６】請求項２の棒鋼・線材の異形圧延方法は、
バックテンションを減面率に応じて調整するようにした
ので更に仕上り精度は向上する。

【００２７】請求項３の連続圧延機は、素材に所定の張
力を掛ける張力付加機構を入側に備え、圧延空間が三角
形である３方ロール圧延機構を出側に備え、この３方ロ
ール圧延機構の更に出側に、３方ロール圧延機構で三角
に変形された被圧延材の各頂点部を凹凸のある異形用ロ
ールで圧延する異形ロール圧延機構を備えた構成であ
り、従来の連続圧延機の入側に張力付加機構を追加する
という簡単な改造で連続圧延機を完成するので、設備費
が嵩まない。そして、安価な設備で寸法精度の良い異形
材を簡単に製造し得る。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る異形材製造用連続圧延機の原理図

【図２】本発明に係る張力付加機構の原理図

【図３】本発明に係る３方ロール圧延機構の原理図

【図４】本発明に係る異形ロール圧延機構の原理図

【図５】本発明に係る異形圧延ロールの拡大図

【図６】比較例（張力付加せず）の作用図

【図７】本発明の実施例作用図

【図８】減面率２５％における本発明に係るバックテン
ションの説明図

【図９】減面率３０％における本発明に係るバックテン
ションの説明図

【図１０】本発明の連続圧延機で製造可能な異系材の例
を示す図

【図１１】張力付加機構の比較例（ロール周速制御法）
の原理図

【図１２】異形材の断面図

【図１３】従来の伸線装置の作用説明図

【符号の説明】

１…異形材製造用連続圧延機、２，２Ｂ，２Ｃ…素材
（被圧延材）、２ｄ…頂点部、３，３ａ〜３ｉ、１０１
…異形材、１０…張力付加機構、１１，１２…ピンチロ
ール、２０…通常圧延機構、３０…３方ロール圧延機
構、３１…圧延ロール、４０…異形ロール圧延機構、４
１…異形圧延ロール、４２…凹部、４３…凸部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円形断面の棒鋼若しくは線材を素材と
し、この素材を先ず３方ロール圧延機構で略三角形断面
に塑性加工し、次に前記三角断面の被圧延材の各頂点部
を凹凸のある３個の異形用ロールで押圧して非円形断面
の異形材に塑性加工する圧延方法において、隣り合う異
形用ロール間の隙間へ食み出す素材部分を自由面、異形
用ロールで成形される素材部分を圧延面と称した場合
に、素材の引張り強度の９％を超えない値をバックテン
ションとして前記素材に作用しつつ圧延することによ
り、前記自由面をほぼ圧延面に合わせることを特徴とし
た棒鋼・線材の異形圧延方法。
【請求項２】前記バックテンションは、圧延に係る減
面率が２０％を超え３０％までの範囲であれば素材の引
張り強度の３〜９％に当る値から選択し、減面率が２０
％以下であれば３％未満とすることを特徴とした請求項
１記載の棒鋼・線材の異形圧延方法。
【請求項３】円形断面の素材を非円形断面の異形材に
塑性変形する異形材製造用連続圧延機であって、この連
続圧延機は、前記素材に所定の張力を掛ける張力付加機
構を入側に備え、一方、圧延空間が三角形である３方ロ
ール圧延機構を出側に備え、この３方ロール圧延機構の
更に出側に、前記３方ロール圧延機構で三角に変形され
た被圧延材の各頂点部を凹凸のある異形用ロールで圧延
する異形ロール圧延機構を備えたことを特徴とする異形
材製造用連続圧延機。