JPS5910843B2 - 異速圧延方法および異速圧延機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は異速圧延方法および異速圧延機に関し、被圧
延板に圧延を施す際の圧下力にせん断力を２次元的に付
加して被圧延板の降伏を容易とし軽圧下力で高圧下率の
圧延を安定に行なおうとするものである。

近年軽圧下力で高圧下率の圧延を行なう方法として、圧
延の際に上，下各作業ロールを異周速で駆動して、圧下
による圧縮力のほかに引張力と、さらに１次元的なせん
断力を付加する非対称圧延方法が開発された。

この非対称圧延による被圧延板の変形過程は、第１図に
示すとさくである。

図中１は被圧延板であり、低速側圧延ロール２および高
速側圧延ロール３によって矢印方向へ圧延されている。

この時圧延下にある被圧延板の微小部分Ｓについて考え
ると、Ｓには次の様な力が作用している。

（１）圧延ロール２，３からの接触面へ垂直な圧縮力Ｐ
，Ｐ’、 （２）圧延ロール２，３からの接触面に沿ったせん断力
τ，τ′、 （３）その前後部分からうけるせん断力ｑ ， ｑ’、
（４）同じくその前後部分からの引張力σｔ，σｔ一Ｓ
には以上の力が作用し、それらは合力として力のつり合
いおよびモーメントのつり合いが保たれている。

かような圧延を施すに当り板幅が厚みに対して十分大き
いものとすれば、上記のつり合い関係は第１図の紙面上
における挙動で代表されると考えていわば２次元応力理
論に従うとして取扱える。

実際通常の圧延では板幅は厚みに比べて十分大きいので
この理論が適用できる。

よって図に示すように、被圧延板の板厚方向をＸ軸、圧
延方向を２軸とするｘ − ｚ座標軸をとれば、上述の
応力（１）〜（４）はすべてσ、，σｚｙｒｚｘととし
て取り扱うことができる。

ただしここでσは垂力応力、τはせん断応力のとさであ
り、以後各応力はこれらの記号で表わす。

一般に金属材料が応力をうけて降伏するときには、下記
に示すＶｏｎ Ｍｉｓｅｓの降伏条件式（１）を満足す
る。

ここでＹ：単軸引張降伏応力 〔「塑性学」山田・中原共著（日本機械学会）・Ｐ４０
〕 この（１）式を第１図に示す例に適用すればと表わせる
。

ここで簡単な例として参考に薄板の等速圧延を行なう時
の降伏条件をあげてみる。

等速圧延なので第１図に準拠すると、 であり、さらに近似的に と表わせるので（２）式は下記のごとく変形される。

この（２）′式は、無張力圧延（σｔ＝０）よりは張力
圧延（σ１＼０）の方がより小さい圧下力で圧延を行え
ることを示している。

これに対し第１図に示した非対称圧延つまり圧延ロール
２，３を異なる速度■１，■２（■２〉■，）で駆動す
る場合を考えてみる。

このとき圧延ロール２，３の速度差によって被圧延板１
との接触面に発生する摩擦力が、被圧延板１にはせん断
力τ，τ′として作用するので、（２）式は（２）′式
に対応して次式（２）“となる。

この（２）”式は非対称圧延を行なえば、この時に生じ
るせん断力τによって圧下力Ｐと張力σｔ （ ａ（は
人出側張力σ１人出そのものではないが、ある関係でσ
１人出と結びついている）はより小さい値ですむ、すな
わち式（２）′の場合よりもより小さい圧下力で同じ圧
下率の圧延が行なえることを示している。

以上の例を押し進めて考えると（２）式において、せん
断力τはτ２ｘだけでなくτｘ砂付加すればさらに容易
に圧延を行なえることがわかる。

この発明は上記の考えに基づき圧延時にせん断力τ２ｘ
７？けでなくτいも付加して、つまり２次元的にせん断
力を付加することにより従来よりも小さい圧下力で高圧
下率の圧延を行なおうとするものである。

発明者らは圧延に際し、上記で説明したような２次元的
なせん断力を付加するための手段及び装置について種々
検討を重ねた結果、圧延ロールの少くとも一方に円錐胴
表面を有するロールを用いれば圧延時に、被圧延板の板
幅方向及び圧延方向にせん断力が生じ所期の目的が達成
されることを見出した。

この発明は上記の知見に従い、圧延の際、板幅の方向に
沿ってせん断力の大きさ、またはさらに符号を異にする
ようにした異速圧延方法を提案するものである。

またこの発明は、圧延胴を有する上、下一対の圧延ロー
ルをそなえ、その少くとも一方が円錐胴表面を有するこ
とからなる異速圧延機を提案するものである。

さてこの発明に係る圧延を施す際の典型的な圧延状況を
、第２図、第３図に示す圧延状態図および応力分布図に
より力学的に説明する。

ここではさくに一対の圧延ロールがともに頂角と対応径
の等しい円錐胴表面を有し、各円錐頂点がロールを挾ん
で反対に位置する配置とした圧延機を用い、同一回転数
で駆動する異速圧延を施す場合を例示した。

第２図で１０は被圧延板であり座標軸ｘ，ｙ，ｚは図中
に示すとおりとする。

ＩＬ１２はＰ１，Ｐ２を頂点とする円錐胴表面を有する
圧延ロールであり、これらの圧延ロールＩＬ１２により
被圧延板１０が垂直な圧縮力を受ける接触線（ｙ軸に平
行）をＬｌ ，Ｌ２ （実際は線ではないが説明の便宜
上線で表わす）で示す。

また実際の圧延では被圧延板１０の厚みは圧延ロールの
出入側で異なるが、この図は主にτ の発生状況を説
明するものであるので簡略化して示してある。

Ａ，Ｂ，ＣでそれぞれＬ１，Ｌ２と交り被圧延板１０の
板面に垂直な線分をあらわしＡ，Ｂは圧延ロールの端部
、Ｃはその中点の各位置を示す。

ＬＵＡ ，ＬＵＢ ，ＬＵＯはそれぞれ線分Ａ，Ｂ，Ｃ
と接触線Ｌ，との交点ＡＵ，ＢＵ，ＣＵを通りＺ軸に平
行な直線であり、同じ＜ＬＬＡ ，ＬＬＢ ，ＬＬＯは
Ａ，Ｂ，ＣとＬ２との交点ＡＬ，ＢＬ，ＣＬを通りＺ軸
に平行な直線である（添字Ｕは被圧延板の上面、Ｌは下
面を表わす、以下同じ）。

圧延時つまり圧延ロールＩＬ１２がそれぞれ軸心Ｃ１，
Ｃ２のまわりに回転しているときに被圧延板１０が該ロ
ールから受ける応力について考えてみる。

ＡＵ点を圧延するロール１２の胴表面上の点の軌跡は、
線分ＡとＬＵＡ とを含む平面内を動くのではなく、圧
延ロール１２の軸心Ｃ２に垂値でＡＵ点を通る円１２ａ
である。

またこの円１２ａの回転軌跡はＰ２を中心とする円弧Ｒ
ＵＡであらわされる。

従って１２ａの周速が■２となるように圧延ロール１２
を回転させると、被圧延板１０の上側表面は、ＡＵ点に
おいてｙ軸方向にも相対速度■で力を受けることになる
。

一方ＢＬ点についても同様のことが言え、被圧延板１０
の下面のＢＬ点はｙ軸方向に相対速度一Ｖｙで力を受け
る。

この時被圧延板１０に作用する力を第３図に示す応力分
布図によりわかり易く説明する。

前述した相対速度ｖｙ，−ｖｙにより被圧延板のＡＵ点
およびＢＬ点には互いに逆向きのせん断力τｘｙＡＩＪ
＋Ｔ ＢＬ が作用する。

またｃＵ点とｃＬ点およびＢＵ点とＡＬ点についても同
様（こしてτｘｙＢＵ等のせん断力が発生する。

すなわち接触線Ｌ１，Ｌ２に沿って互いに逆向きのせん
断カハ，が連続的に発生する。

このときのせん断力には次の関係がある。

なお圧延ロール１１．１２の形状および回転数が等しけ
れば板幅刀向に発生するせん断力τいは上，下面で相殺
されるので被圧延板１０は圧延後Ｚ軸方向に直進する。

次にこの圧延により２軸方向に生じるせん断力τ２ｘに
ついて考察する。

線分Ａ上でみるとＡＵ点、ＡＬ点はそれぞれ上，下圧延
ロールを、線分Ａと直線ＬＵＡとを含む面で切断して得
られる橢円１２Ａと橢円１１Ａによって圧延を施されて
いることになる。

ところで橢円１２Ａと橢円１１Ａには大小関係があり、
圧延ロールＩＬ１２の回転数が等しい場合には異周速圧
延となり、第１図の例（ （２）″式参照）で説明した
如（ｚ−ｘ面内にせん断力τ２ｘが発生する。

この例では圧延ロールＩＬ１２の胴径の変化に伴ってせ
ん断力τ２ｘの大きさ及び方向が変化する。

そのτ２ｘ分布状態を３Ｌ３２で示す。なお第３図でＰ
ＵＡ ｊ ＰＩＪＢ ｔ ＰＵＯおよびＰＬＡ，ＰＬＢ
，ＰＬＯは圧下力を、σ，ゲは張力を示している。

以上のようにこの発明に係る圧延法では被圧延板に圧下
力Ｐ１引張力σだけでなくτ、，，τ２ｘで示される２
つのせん断力が作用するのでその分だけ圧下力を低減す
ることができる。

上に説明した圧延要領を適用した圧延機につき第４図に
よりこの発明の実施態様を述べる。

１１．１２は等しい円錐胴表面を有する圧延ロールで各
円錐頂点がロールを挾んで反対に位置する配置とする。

これらの圧延ロールＩＬ１２の補強ロール１３．１４は
、それぞれ支持する圧延ロールと共通の円錐頂点Ｐｌ，
Ｐ２を有するような形状の円錐ロールであり、このよう
に圧延ロールと補強ロールが円錐頂点を共有していると
圧延時に両者間にすべりが発生しないので有効に圧延荷
重を支持することができる。

１５，１５’，１６，１６’は圧延ロールチョツク、１
７，１７’，１８．１８’は補強ロールチョツクであり
、それぞれロールを有利に支えることができるよう各ロ
ール軸心と同じ傾きに取り付ける。

１９は圧下スクリュー、２０はナット、２１はノ１ウジ
ングである。

圧延ロール１１．１２には、ピニオンスタンド２５、ス
ピンドル２４を介して駆動モータＭからの圧延トルクが
伝達される。

このときスピンドル２４と圧延ロール１１，１２ａ−の
連結にはユニハーサルカップリング２２，２３を用いる
、またモータＭおよびピニオンスタンド２５は必ずしも
水平に設置する必要はなく、破線で示したように圧延ロ
ール１１，１２の軸心Ｃ１，Ｃ２の延長上に据付けても
よい。

かくしてこの圧延機を用いれば前述のようにして２次元
的なせん断力が加わり、従来より小さい圧力下で高圧下
率の圧延が行なえる。

また従来異速圧延を行なうには第５図、第６図に示すよ
うに圧延ロール２，３の胴径を異径とするか、圧延ロー
ル２，３は等径としてピニオンスタンド６で異径ギア４
’，５’を用いる方法が一般的であるが、いずれの場合
もピニオンスタンド６で上，下圧延ロールは連結してい
るため高速ロール側駆動系に大きなトルクがかかり低速
ロール側には負のトルクが発生するきいう不利があった
。

しかしこの実施態様では上，下圧延ロールを同じトルク
で駆動しても異速圧延を行なえるので上記の不利も解消
された。

この実施態様では４段圧延機を用いた場合を例示したが
この場合だけに限られるものではなく、圧延ロールが円
錐胴表面を有しその頂点の交互配置になるものであれば
その他の構造の圧延機であってもさしつかえない。

また圧延ロール対は必じしも形状が等しい必要はなく傾
斜角が異なってもよい。

たとえば円筒ロールと円錐ロールの組合わせでもよい。

しかしこれらの組合わせの圧延ロールを用いた場合には
、圧延時に被圧延板の上，下面に互いに逆向きに発生す
るせん断力τいの大きさが異なるため、圧延方向に鋼板
が曲がる傾向を生じるがこれを抑える他の手段、たとえ
ば同様のミルスタンドを鋼板出側に逆の作用を与えるよ
うに配置するとか、サイドガイド、エツジャーを採用す
るとかこれらの手段を併用すればよい。

さらに被圧延板はその幅方向の断面形状が、均等な厚み
のものに限定されるものではなく、左右に肉厚不同のあ
る楔状またはうねり断面のものであっても、圧延ロール
がそれに沿う形状及び配置になっていれば一向にさしつ
かえない。

以上のようにこの発明によれば、これまでと同圧下率の
圧延を軽圧下で行なえるため、ロールの軸心たわみ変形
が小さくなり、形状制御やプロフィル制御を容易に行な
うことができ、また省エネルギーの点でも有利である。

さらにこの発明は、従来困難とされた高圧下率の圧延も
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の非対称圧延の圧延状態図、第２図、第３
図はこの発明による異速圧延の要領を示した説明図と、
この例での応力分布図、第４図はこの発明の実施態様の
説明図、第５図、第６図は従来の非対称圧延の説明図で
ある。 １・・・・・・被圧延板、２，３・・・・・・上，下圧
延ロール、４，５・・・・・・ギヤ、６・・・・・・ピ
ニオンスタンド、７，８・・・・・・スピンドル、１０
・・・・・・被圧延板、１１，１２・・・・・・圧延ロ
ール、１３，１４・・・・・・補強ロール、１５，１５
’，１６，１６’・・・・・・圧延ロールチョツク、１
７，１７’，１８．１８’・・・・・・補強ロールチョ
ック、１９・・・・・・圧下スクリュー、２０・・・・
・・ナット、２１・・・・・・ハウジング、２２，２３
・・・・・・ユニバーサルカップリング、２４・・・・
・・スピンドル、２５・・・・・・ピニオンスタンド、
２６・・・・・・カップリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 板幅の方向に沿ってせん断力の大きさまたはさらに
   符号を異にする異速圧延を施すことを特徴とする異速圧
   延方法。 ２ 圧延胴を有する上下一対の圧延ロールをそなえ、そ
   の少くとも一方が円錐胴表面を有することからなる異速
   圧延機。 ３ 圧延ロールの対がともに円錐胴表面を有し、各円錐
   頂点がロールを挾んで反対に位置する配置の組合わせで
   ある特許請求の範囲第２項に記載した異速圧延機。 ４ 円錐胴表面を有する圧延ロールが、この円錐胴表面
   と共通の円錐頂点を有する補強ロールによる圧延荷重支
   持手段との組合わせ配置である特許請求の範囲第２項に
   記載した異速圧延機。