JPS5816771A - 回転デイスクの外周から放射するガスジエツトによる金属材料の切削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冶金工業の発達は厚鋼板、インゴット又は−片のような
大寸法の中間製品の連続生産をもたらす。

厚さおよそ３００震乃至５ＱＯｗｍにも及ぶこｆｌらの
材料はその後酸素アーク切断により所望のオリ用に適合
した寸法に切断される 酸素アーク切断による従来の切削法は、極めて強力な単
一の酸素ジェットを材料に対してほぼ垂直に噴射するこ
とにより、材料の厚み全体に及ぶ切込みを材料から削堆
ろうというものである　ジェットを放出するノズルは材
料表面上数センチメートルに留まる範囲内で横方向に移
動する。

切込みが金属材料の）早さ全体に及ぶためには、切込み
の前面に沿って材料の厚さ全体に亘って酸素ジェットが
金属を燃すばかりでなく、溶融金栖。

不純物及び酸化物を導出しなければならない８．厚みの
大きな場合は急速切削を得るために放出する酸素の蓋を
徐々に増し、噴射速度を徐々に上昇させていく。３００
■乃至５００ｍの厚みの場合吐出量約８０乃至１５０　
Ｎｍ”　７時の酸素を消費する直径４ｍ以上の数本のノ
ズルを有する大形トーチで、金属中に幅１０■乃至１５
ｍに及ぶ切込みを作る。

仁の切込みの幅は著しい金属の損失に相当する。

さらに強い過熱を誘発し、金属の特性値を変化させ、稜
処理として熱処理を余儀なく適せさえする。

これと並行して、酸素効率が極めて良くない。

ジェット中心部の酸素分子は材料と接触し得ない。

分子の運動エネルギーだけが溶融金属及びスラグを導出
するために用いられる。しかし乍らこの融解金属及びス
ラグの主要部分は固体化し、数センチメートルの厚さに
違し得、砥石のエアドリル又はトーチにより圧延前に除
去しなければならない２本の固い、固着性の幅広の帯を
切込みの両側に形成する。フランス特許第２３４９３８
７号には、厚みの大きな金属材料の酸素アーク切断法の
例とその場合に生じる問題の説明が記載されている。

要するに、従来の方法では、最大切削速度即ち材料への
切込み速度は厚板の場合１２ｍ／時を超えることは決し
てない。

燃焼又は変質による金属の損失を減らすためにも、酸素
消費の効率を向上させるためにも、ずつと収繭から、で
きるかぎり小さな幅の切込みを実現することが研究され
てきている。

このため、材料の上面に対し垂直に向けられる、断面の
大きな単一ノズルから放射される大流蓋の酸素ジェット
を用いた従来の方法によるものではなく、切断面を構成
する切込み底面に沿って規則的かつ高速に移動する小断
面の複数ノズルから放射される小流量の１素ジエツト列
の作用により金属材料の切削をおこなうことがすでに提
案されている。

従ってフランス特許第８８６０３４号（ＬＩＮＤＫＡＩ
ＲＰＲＯＤＵＣＴＳ）はこのような方法を詳細に記載し
ている。切断用ガスジェットは、回転軸の囲りに回転す
る分配ディスクの外周から放射される。

ジェットの軸線はディスクの対称面内にあシ、対応する
半径に対して傾斜をつけられている。即ち、各々の軸線
は、ディスク外周と軸線との交点で引いたディスク接線
に対し９０以下の等角度をなす〇従ってＬＩＮＤｇ　社
の特許は、その外周上の歯を酸素ジェットが噴出するオ
リフィス（２）又はノズル（至）列と交換したのこ盤の
ディスクに極めて類似した回転ディスク（２）を含む装
置を記載している。

加熱ガスの供給を受ける補助ノズルは、もし必要なら材
料の、酸素ジェット列による加工点をあらかじめ加熱し
ておくことを可能ならしめる。

ＬＩＮＤｇ　社の特許はジェットをその移動方向の上流
に向けて傾斜させることを推奨している。即ち、ディス
ク外周に対してほぼ同心の、切削前面を構成する切込み
の底面に対し１０°乃至７０°の角度をつけるのがよい
とする。ＬＩＮＤＥ社の説明によれば、連続ジェットは
「切込みの前壁から薄い層を徐々にはぎ取る」ことを可
能ならしめる。

ＬＩＮＤＥ　社は「切込みが形成される速度でノズル（
至）が切込み内を前進する」ことを勧めている。

切込み底面に対しその移動方向の前方に傾斜させるとい
うこのノズルの配列法は酸素アーク切断やスカーヒング
の技術に親しんでいる人にＦｉ極めて自然に受取られる
ことであろう。これらの技術では常に、酸素ジェットの
前部にそれを押しやることＫよって溶融浴をはかどらせ
ることが推奨される。これは＃に素ジェットのあまりに
も急速な進行によって「浴を失う」ことを慎重に避けな
がら行われる。浴を抜かすと、ジェットは実際１腫だ固
いままの金属と接触し、続く燃焼作業に必要な温度を下
廻わる温駄に下がってしまうという危険がある。このよ
うにして、酸素アーク切断又はスカーピンク技術に親し
んだ人には、ＬＩＮＤＥ社の推奨する切削法はきわめて
合理的に思われる。切りくずを除去し、先の歯の作った
切込みをさらに掘下げるのこ盤の機能との類似によって
、各々のガスジェットが檜々の酸化物、スラグ及び不純
物尋々の融解金属をその前面に押しやることによって、
先行のジェットの掘った婢をさらに深く掘下げるために
その移動方向の前方に傾斜をうけられているこきはきわ
めて合理的であると考えられる。

その装置が円形でな（、ＬＩＮＤＥ社特許の第１図に示
すような、往復運動をする長方形ブレードを有するタイ
プである場合は、ＬＩＮＤＥ社はさらｋ、それぞれ対立
する向きに傾斜させた２ｍのノズルを備えることを勧め
ているっこれは往きにも戻シにも同じようにブレードの
各前進に対して傾斜をつけたノズル列が働くようにした
ものである。

ところで、ＬＩＮＤＥ社の特許ＩＩ′１１９３９年の出
願であるが、回転式分配ディスクの外周上で放射される
複数の酸素ジェットによる酸素アーク切断法は今日まで
開発されなかった。ＬＩＮＤＥ社特許に基く技術に類似
した技術によりわれわれの行った試みは極めて期待外れ
のものであった。

費用のかかりすぎる、あるいは脆い物質を用いたくない
場合は、ディスクはたわむ。もしノズル即ちディスク外
周を切込み前面付近に保持したい−と望むなら、ディス
クの回転方向に傾斜をつけた酸素ジェットにより圧縮さ
れたスラグはディスクを切込み内に周期的に停止させる
ことになり、そのため機械的、熱的作用によってディス
クの破壊が生じる結果となる、 液体金属及びスラ′グを前面に押返すｅＲ素ジェッ　　
　′ト及び熱焼ガスジェットはこれらの動的障害により
撹乱され、その軌道からあまりにもしばしば不規則に偏
れることが考えられる。ディスクの対称面に対するジェ
ットの偏向角度は対称面の両側におよそ７であると推定
することができる。

金属材料内に作られる切込みは幅広で、材料下部でフレ
アをなす。切込みの両側面は不整である〇側面の表面状
態がこの方法の欠点を決定的にする◎要するに２側面の
それぞれの下部に厚い帯が形成され、スラグが固着する
ので、エアドリル又はトーチによる洗滌作業を後に必懺
とする・われわれの最近の試験でも、フランス特許第８
８６０３４号に記載のＬＩＮＤＥ社の方法は実際上の利
点が依然として見あたらないことが確認された。

これらの試みを決定的に放棄する１０に幸いにも、ＬＩ
ＮＤＥ　社の推奨する方向と逆の駒向にディスクを回し
てみようという考えに思い至った。即ち酸素ジェットの
放射オリフィスに達する夫々の半径に対してこのジェッ
トの傾斜方向と逆の方向、即ちジェットのノズル放射口
でのジェットの接線成分に反対する方向に回転してみよ
うというわけである。

金属材料は側面から切込まれ、続いて切削前面を構成す
る切込み底面はほぼ垂直か、少くとも水平面に対して強
く角度をつけられていた。

ディスクは材料に対し、切込み前材料近くに位置してい
たジェット底面に向かう方向に相当する側に配置されて
いた。ディスクはこのノズルを下からとに移動させる方
向に回転していた。即ちノズル放射口にしける酸素ジェ
ット速度の接線成分と逆の回転方向である。

加熱ガスノズルは材料の上面の高さに、ディスク両部に
連なるジェットによる材料の最初の切込み点の前面に支
持されていた ところが予想に反して、切断は極めて明快であることが
明らかになった。切込みの両側面は平滑で規則的である
。側面の下縁に形成される帯状スラグは薄く、固着性が
小さい。切断は先の場合より明らかに幅のせまい切込み
、即ち切込み幅約１０ｍｍで軽快に行われた。この切込
みは材料下部でフレアーをなすことはない。したがって
材料損並びに酸素消費は大幅に切つめられた。融解金属
及びスラグは酸素の圧力並びに重量の作用を受けて規則
的に流れ去る。これは切込み底面に対するガスの相対速
度が、今回の場合μガスとディスクとの接線速度が、加
算される代りに差引かれるために、先の場合にディスク
のもう一方の回転方向について得られた相対速度より遅
くなるためと思われる。酸素ノズルの放射オリフィスに
おいて加圧でなく減圧であるため、ガスの吐出はおそら
く助長されるであろう。明らかにノズルの酸素吐出量は
特に規則性が強い。ノズルは融解金属及びスラグの流れ
に逆らって移□′動するから、ガスジェットはこれらの
金属やスラグを必ずしも前方へ押し戻す必要はない。

本発明は添付図面に示すディスク装置を用いて実施した
金属材料の酸素アーク切断方法の実施例に関する以下の
欽明からさらにくわしく理解されよう。

添付図面は厚さ８　ｍ　、直径１．０５０ｗのＯを軸と
するディスク１を略図で示す。このディスクはその厚み
中にその先端部がディスク１の円形外周２で頚部の直径
が３．５閣の６３個のノズル形オリフィスａｌ　ｔ　ａ
ｌ　ｌ　１１ｇ・・・ａｓａを形成する６３本の放射状
パイプＣを備えている。これらの６３本のノズルはディ
スク１の外周上でほぼ５０ｍｍの間隔αで規則的に配列
されている。これらのノズルＩｌ＊ｊＬｆｉ＋島、・・
・ａＳＳの軸線はすべてディスク１の対称曲内にあり、
放射状パイプＣに対してすべて同じ側に、ディスクとの
交点に於ける接線とほぼ１５０等角度βをなして傾斜を
つけられている。ディスクの中心トこけ、７本のノズル
（図示の場合ｍｌ　ａ　ｍｌ　ｌ　ａａｍ’４＋　ａｌ
、　ａ６　、　ａｆｆ　）への同時的供給を可能ならし
めるセクタ形分配器ｔを略図式に示す。また同様に、デ
ィスク１の対称面での断面で示す金属材料３の上部の予
熱を可能ならしめる燃焼ガスの供給を受けるノズルｂも
略図式に示す。このディスクはすでに切込みによって材
料３内に侵入しており、切込みの底面４，５は切削面を
構成する。ＬＩＮＤＥ社の特許の推奨するディスクの回
転方向を矢印Ｆ１で示す。この方向は一見した表ころ、
きわめて論理的に思われる１、矢印２食は材料３に対す
るディスク１の送９方向を示す。

ディスクの下部側面区域上の７本のノズル（図示の場合
ａ＋　ｊａｓ　＋　ａｍ　ｍ　＠ｔ　＋　”６　ａ　Ｊ
　＋　”Ｉ　）には図示の如く放射状パイプＣと分配器
ｔとを介して酸素が供給されるが、これは分配器ｔの入
口でほぼ８ａｔｍ　ａｂ−の酸素圧で行われる。酸素の
吐出量はおよそ３ＯＮｍ”／時／ノズルであった。

ノズルｂには酸素及びブタン加熱ガスが供給され、その
先端に点火される。

厚さｅ　＝　２００　ｔｕｇの普通鋼片３について故多
くの切削試験がディスク１を６１０回転／秒の速度でＦ
、の方向に回転させることによシ行われた。鋼片３はデ
ィスクｌに出会うまで水平に送られ、それらの相対移動
は図の矢印Ｆ、の方向に一致し、ディスクｌの軸０とそ
の分配器ｔは材料３の上側にとどまる。試験はまた材料
を上から垂直に、即ちＬＩＮＤＥ　社特許の第９図に記
載の如くディスク１を材料３内に降下させることにより
材料に切込むことによっても行われる。

いずれの場合においても、結果は極めて期待外れでおっ
た。蛙も有利な場合は水平切削の場合であるが、この場
合でも切込み４．５け幅１５＋ｍ以上あり、さらに下部
に大きなフレアーを、表面に許容し得ない不整を生じた
。切込み両面の下部には極めて固着力の強いスラグの厚
い帯がち９１これは空気ハンマを用いである程度苦労し
て取除かねばならない。鋼片内へのディスクの送り速度
は緩やかで、従って酸素消費が大きい。金属損失は幅２
０■の切込みに一致し、これは従来法による切込み幅金
上廻わるものである。

逆に、本発明に従ういくつかのＶ験が行われた、。

即ちディスクをＦ、と逆方向に回転させるというもので
ある。この場合の速度も同じく１０回転／秒である。結
果は極めて有利であった。

得られた切削面は明・央、幅わずか１０鰭、底部にフレ
アーなし。両切副面の各々の底部に形成される帯状スラ
グはほとんど固着・生なし。これらの帯状スラグの容積
はＬＩＮＤＥ社嘲定の方向にディスクを回転して切ＭＩ
Ｊを行った場合のおよそ１０分の１であった。切削送り
速１１即ち材料３内へのディスク１の侵入速度は約１ｍ
／分である。

図面かられかることだが、ディスク１がＦｌと逆方向に
同転するとき、ノズルａｌ　ｌ　ａｆｉ　ｇ　１ｇ・・
・私、、は下方向に放射さｎる酸素ジェットの接線成分
に対していわば後退することによって下側から材料３に
切込む。。

ノズルｍｌ　Ｉ　ａｌ　ｌ　ａｌ・・・１１１１は切削
面４．５と反対゛にさかのぼるようにして＋側から材料
３に切込む・材料３を冷間切削しようと望めば、切込み
上部４の、金属燃焼を開始するため、材料３辷部に配置
し喪ノズルｂに加熱ガスを供給することが必要である。

溶解金属及び熱いスラグは重力によって自然に、ついで
下向きの連続した酸素ジェットにより流れる。これらの
ジェットは切削面４，５に沿って燃焼を維持する。下方
に向かう酸素ジェットは熱いスラグや融解金属にいわば
逆らって切込み４゜５内を下からＦ）移動する。酸素の
吐出は、ノイルａ＋　ｓ　ａｌ　ｌ　ｍｌ・・・−３の
オリフィスがディスクの回転方向によって加圧でなく減
圧される九め蓋が増す。他の点ではすべてが、同じで、
ガス分子は切込みの下方５に流れる溶解金属及びスラグ
に対してＬＩＮＤＥ　社の方法に従いＦ、の方向にディ
スクｌが回転する場合より速度が遅い。溶解金属及びス
ラグによるノズル噴射口の詰シの恐れはないといえよう
０ガス吐出はより規則的であるから、切削は′より正確
である。

切削、が開始されればノズルｂのガス供給を中断しても
よい。切込み上部４から流れ下る溶解４嫡で熱せられた
切込みの下部５から酸素ジェットは前進するから、金輪
燃焼は自然に行われる。

他の試験は〆１５００■；厚さ６ｇｍのディスク外周に
ｄ３ｍｓのノズル１８３本を配列して行われ１、極めて
満足できる結果を得た。およそ９０常／時の切削速度が
達成された。切込み″の２つの端部下側に形成される帯
状スラグはほとんど問題にならぬ程度の厚さであった。

要するにタービン車のようにディスクの回転方向に対し
てガス放射を後方に向かわせる単純な羽根により結合し
た２枚の側板によりディスクを構成するよう考えること
もできよう０連続形の酸素ジェットの代りにいわば連続
形酸素ブレードといったものを構成する接合形ジェット
が得られるわけである。

金属材料を熱間切削しなければならないとき、たとえば
連続鋳造により得られる厚い鋼板ないし鋼片の切削の場
合には、加熱ノズルｂは不用であろう。これは恐らく本
発明に係る方法の最も興味ある適用となるであろう。

本発明に基く切削法によれば、従来型切削法では部分的
に生じる不良がしばしば燃焼を中断させ、正常個所での
再作業を余儀なくされるのに対し、□局部的不純物によ
る中断なしに作業を続行することができる。

本方゛法は並列した金属材料を中断せずに切削すること
を可能にする。２つの材料の間隔はほぼ１０ｍとること
ができ、再作業の必要がない。これは切断面４．５に傾
斜と曲率のついているおかけである。

本発明の原理は酸素以外のガスたとえばプラズマ状態の
ガスについても利用することができよう。

材料の冷間切削の場合は加熱ノズルｂをアークもしくは
プラズマノズルに交換してもよい。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明方法に暴くディスク装置を用いて　。 金属材料の酸素アーク切断をおこなうための実施例の説
明図である。 １・・・ディスク、２・・・ディスク外周、３・・・金
帆材料、４　、　ｓ・・・切込み、１１〜ａｇ・・・ノ
ズル、ｂ・・・加熱ノズル、Ｃ・・・放射状パイプ。 代理人芹１士今　　村　　　　元

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （υ　ｌ！！素の如きガスジェット回転軸の囲りに同転
   する分配ディスクの外周から放射され、仁れらのガスジ
   ェットはディスクの対称面内にあり、その各々がその軸
   線とディスク外周との交点から引かれ念ディスク接線に
   対して９００以下の角度をなし、ディスクはジェットの
   接線成分に対し逆方向ＫＨ転させることを特徴とするガ
   スジェッ）Ｋよる金属材料の切削方法。 （２１分配ディスクを用い、下向きにジェットの配列さ
   れ念ｐ７ｔＪ紀ディスクの側面から、材料に横方向に切
   込むこと、及び材料に面して配置さｔ′したジェットの
   下から上への移動に対応する方向にディスクを回転させ
   、材料に対しディスクを水平に送り込むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の切削方法。