KR20150119035A

KR20150119035A - 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강의 제조 방법 및 롤 성형 장치

Info

Publication number: KR20150119035A
Application number: KR1020157024489A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 구보; 히로시 요시다; 마사아키 미즈무라; 세이이치 다이마루
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-10-23
Also published as: MX366386B; US9878360B2; CN105592946B; MX2015016280A; JPWO2015056351A1; WO2015056351A1; KR101747017B1; CN105592946A; US20160236255A1; JP5668896B1

Abstract

시트 재료로부터 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 제조하기 위한 롤 성형용 롤 성형 장치가, 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 리지부를 갖는 제1 금형 롤과, 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 홈부를 갖는 제2 금형 롤과, 제1 금형 롤과 제2 금형 롤을 위한 구동 장치를 구비한다. 제1 금형 롤의 환상 리지부의 측면의 적어도 천이부에 걸쳐 제2 금형 롤의 환상 홈부의 측면에 대한 간극이 반경 방향 내측으로 넓어지도록 릴리프가 설치되어 있다.

Description

길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강의 제조 방법 및 롤 성형 장치 {METHOD OF PRODUCING SHAPED STEEL CHANGING IN CROSS-SECTIONAL SHAPE IN LONGITUDINAL DIRECTION AND ROLL FORMING APPARATUS FOR SAME}

본 발명은, 면 형상이 길이 방향으로 변화되는 형강을 롤 성형에 의해 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

형강 중 하나인 햇형 형강을 제조하는 방법으로서, 펀치와 다이를 사용한 프레스 성형이 널리 알려져 있다. 프레스 성형에 의한 햇형의 굽힘 성형에서는, 프레스 압력을 제거하면 반력에 의해 재료판이 원래 상태로 되돌아가려고 하는 스프링 백의 문제가 발생하기 쉽기 때문에, 종래부터 스프링 백을 억제하기 위한 대책이 검토되어 왔다.

그런데 최근에는, 고장력 강재(High-Tensile Steel)의 이용이 확대되고 있다. 일례로서, 자동차 산업에서는 차체의 경량화가 CO₂ 배출량의 경감으로 이어진다고 하여, 고장력 강재를 차체 재료에 적극적으로 채용하고 있다. 그로 인해, 형강의 제조 현장에서는, 강재의 고강도 특성에 의한 스프링 백의 문제가 현재화되고 있다. 또한, 최근, 980㎫를 초과하는 인장 강도를 가진 고장력 강재도 제조되고 있다. 일반적인 프레스 성형에서는, 이러한 고장력 강재로부터 설계대로의 햇형 형강을 제조하는 것이 곤란하다.

형강을 제조하는 다른 방법으로서, 롤 성형법이 알려져 있다. 롤 성형은, 예를 들어 코일로부터 인출된 띠판을 순차 배치된 복수의 스테이션에 설치된 롤 유닛을 통과시키는 연속 굽힘 가공 방법이다. 롤 성형은, 특히 H형강이나 L형강 등의 강재나, 파이프 등의 길이 방향의 단면 형상이 일정한 긴 제품을 성형하기에 적합하다. 반면, 롤 성형은, 프레스 성형(드로잉)과는 달리, 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 성형하기에는 적합하지 않다.

특허문헌 1∼3은, 분할 롤의 롤 폭을 가변 제어함으로써, 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 롤 성형에 의해 제조하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 1∼3에 개시되어 있는 롤 성형 방법 및 장치는, 장치의 구조나 제어 방법이 복잡하다고 하는 문제가 있다. 그로 인해, 특허문헌 1∼3의 발명을 실시하기 위해서는, 기존의 설비를 전용하는 것이 곤란하고, 신규로 설비 도입이 필요하기 때문에, 비용이 높아진다.

또한, 특허문헌 1, 3의 발명과 같이, 롤 성형 중에 분할 롤의 롤 폭을 넓히면, 롤의 전방측의 코너부만이 재료 강판에 선 접촉하거나, 고장력 강재 등의 재료에서는 스프링 백이 길이 방향으로 불균일하게 발생하여 길이 방향으로 좌굴 등의 문제가 발생하거나 한다.

일본 특허 공개 평10-314848호 공보 일본 특허 공개 평7-88560호 공보 일본 특허 공개 제2009-500180호 공보

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 종래 기술과 같은 복잡한 제어 및 장치가 필요하지 않고, 단순한 롤 성형에 의해 단면 형상이 길이 방향으로 변화되는 형강을 제조할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 단면 형상이 길이 방향으로 변화되는 형강을 롤 성형에 의해 제조함에 있어서, 예를 들어 길이 방향으로 스프링 백이 불균일하게 발생하는 것을 해소할 수 있어, 플랜지부의 좌굴을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 시트 재료부터 롤 성형에 의해 제조하는 방법이며, 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 리지부를 갖는 제1 금형 롤을 준비하는 단계와, 상기 제1 금형 롤의 회전축이 시트 재료의 이송 방향에 대해 수직으로 되도록 상기 제1 금형 롤을 배치하는 단계와, 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 홈부를 갖는 제2 금형 롤을 준비하는 단계와, 상기 제1 금형 롤과 제2 금형 롤 사이에 상기 시트 재료의 판 두께와 동등한 간극이 발생하고, 또한 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부와 상기 제2 금형 롤의 환상 홈부가 끼워 맞춤되도록, 상기 제2 금형 롤을 배치하는 단계와, 상기 제1 금형 롤과 상기 제2 금형 롤을 동기 회전시키는 단계와, 상기 제1 금형 롤과 제2 금형 롤 사이에 시트 재료를 급송하는 단계를 포함하고, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 측면에, 주위 방향의 적어도 일부에 있어서, 또한 상기 제1 금형 롤의 반경 방향 내측에 있어서, 제2 금형 롤의 환상 홈부의 측면에 대한 간극이 넓어지도록 릴리프가 설치되어 있고, 상기 제1 금형 롤의 상기 환상 리지부는 그 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향과의 사이의 상대 각도가 주위 방향으로 적어도 부분적으로 변화되도록 구성되고, 상기 릴리프에 있어서의 릴리프량은, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향과의 사이의 상대 각도에 따라서 변화되도록 설정되어 있는 형강의 제조 방법이 제공된다.

또한, 본 발명은, 시트 재료로부터 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 제조하기 위한 롤 성형용 롤 성형 장치에 있어서, 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 리지부를 갖는 제1 금형 롤이며, 상기 제1 금형 롤의 상기 회전축이 시트 재료의 이송 방향에 대해 수직으로 되도록 배치된 제1 금형 롤과, 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 홈부를 갖는 제2 금형 롤이며, 상기 제2 금형 롤의 상기 회전축이 상기 제1 금형 롤의 상기 회전축과 평행하게 되도록 배치된 제2 금형 롤과, 상기 제1 금형 롤과 상기 제2 금형 롤을 동기시켜 회전 구동시키는 구동 장치를 구비하고, 상기 제1 금형 롤과 제2 금형 롤은, 양자 사이에 상기 시트 재료의 판 두께와 동등한 간극이 발생하고, 또한 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부와 상기 제2 금형 롤의 환상 홈부가 끼워 맞춤되도록 상대적으로 배치되어 있고, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 측면에, 주위 방향의 적어도 일부에 있어서, 또한 상기 제1 금형 롤의 반경 방향 내측에 있어서, 제2 금형 롤의 환상 홈부의 측면에 대한 간극이 넓어지도록 릴리프가 설치되어 있고, 상기 제1 금형 롤의 상기 환상 리지부는 그 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향과의 사이의 상대 각도가 주위 방향으로 적어도 부분적으로 변화되도록 구성되고, 상기 릴리프에 있어서의 릴리프량은, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향과의 사이의 상대 각도에 따라서 변화되도록 설정되어 있는 롤 성형 장치를 요지로 한다.

본 발명에 따르면, 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 리지부를 갖는 제1 금형 롤과, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부에 대해 형강의 두께분의 간극을 두고 상기 환상 리지부를 수용하는 환상 홈부를 갖는 제2 금형 롤을 사용함으로써, 적어도 제1 및 제2 금형 롤을 동기 회전시키는 단순한 제어에 의해, 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 제조할 수 있다. 따라서, 단면의 폭을 넓히기 위해 분할 롤의 롤 폭을 가변 제어하는 등의 복잡한 제어는 불필요하다. 또한, 기존의 롤 성형 설비의 롤을 제1 및 제2 금형 롤로 교환함으로써, 본 발명의 롤 성형 장치를 구현화하는 것도 가능하다.

또한, 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 리지부를 갖는 제1 금형 롤과, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부에 대해 형강의 두께분의 간극을 두고 상기 환상 리지부를 수용하는 환상 홈부를 갖는 제2 금형 롤을 사용한 경우, 이들 금형 롤 사이에 간섭이 발생하는 경우가 있다. 본 발명에 따르면, 금형 롤의 회전 방향과의 사이의 상대 각도에 따라서 릴리프량이 변화되는 릴리프를 설치함으로써, 이러한 간섭을 방지할 수 있다.

또한, 전술한 롤 동체부를 갖는 제1 및 제2 금형 롤을 사용함으로써, 단면 형상이 길이 방향으로 변화되도록 성형해도, 양 금형 롤 사이의 클리어런스가 일정한 상태에서 성형할 수 있으므로, 예를 들어 클리어런스의 불균일에 의해 길이 방향으로 스프링 백이 불균일하게 발생하는 것을 해소할 수 있어, 플랜지부의 좌굴을 억제할 수 있다.

도 1a는 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 햇형 형강의 상방으로부터 본 사시도이다.
도 1b는 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 햇형 형강의 하방으로부터 본 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 다단식 롤 성형 장치의 약시 사시도이다.
도 3은 도 2의 다단식 롤 성형 장치의 롤 유닛의 입면도이다.
도 4는 도 3의 롤 유닛의 상하 한 쌍의 금형 롤의 분해 사시도이다.
도 5a는 도 2의 다단식 롤 성형 장치의 각 단계에 있어서의 굽힘 가공 프로세스를 도시하는 도면으로, 햇형 형강의 플랜지를 형성하는 공정을 도시하는 도면이다.
도 5b는 도 2의 다단식 롤 성형 장치의 각 단계에 있어서의 굽힘 가공 프로세스를 도시하는 도면으로, 햇형 형강의 상벽을 형성하는 공정을 도시하는 도면이다.
도 6은 1개의 롤 유닛에 있어서의 작용을 설명하기 위한 약시 사시도이다.
도 7a는 비드를 가진 햇형 형강의 사시도이다.
도 7b는 도 7b의 햇형 형강을 형성하는 금형 롤의 사시도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 의한 금형 롤을 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 금형 롤의 부분 단면도이다.
도 10은 상기 금형 롤에 릴리프를 설치한 때의 최소 간극을 나타내는 차트이다.
도 11은 비교예인 금형 롤의 부분 단면도이다.
도 12a는 릴리프를 설치하지 않는 경우의 상부 롤과 하부 롤의 간섭을 도시하는 도면으로, 햇형 형강과 함께 도시하는 사시도이다.
도 12b는 릴리프를 설치하지 않는 경우의 상부 롤과 하부 롤의 간섭을 도시하는 도면으로, 햇형 형강과 함께 도시하는 사시도이다.
도 13은 최소 간격에 의한 차이량에의 영향을 나타내는 차트이다.
도 14는 오버런에 의한 역굽힘 현상을 설명하기 위한 금형 롤의 개략 부분 단면도이다.
도 15는 하부 롤의 외주면의 전개도와, φ 및 릴리프량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 릴리프량 x, 형강의 측벽 각도 θ, 환상 리지부의 높이 H를 나타내는 하부 롤의 부분 확대도이다.
도 17은 상하 롤의 중심 축선을 포함하는 평면에서 절단한 상하 롤의 부분 종단면도이다.
도 18은 다단식 롤 성형 장치의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 19는 도 18의 다단식 롤 성형 장치의 각 단계에 있어서의 굽힘 가공 프로세스를 도시하는 도면이다.
도 20은 하부 롤의 환상 리지부에 설치한 릴리프의 개시점을 도시하는 도면이다.
도 21은 L/H와 최소 간극의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 L/H와 목표 형상으로부터의 차이량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23a는 제3 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 23b는 도 23a의 형강과 함께 도시하는 제3 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 24a는 제4 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 24b는 도 24a의 형강과 함께 도시하는 제4 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 25a는 제5 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 25b는 도 25a의 형강과 함께 도시하는 제5 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 26a는 제6 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 26b는 도 26a의 형강과 함께 도시하는 제6 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 27a는 제7 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 27b는 도 27a의 형강과 함께 도시하는 제7 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 28a는 제8 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 28b는 도 28a의 형강과 함께 도시하는 제8 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 29a는 제9 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 29b는 도 29a의 형강과 함께 도시하는 제9 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 30a는 제10 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 30b는 도 30a의 형강과 함께 도시하는 제9 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.
도 31a는 제11 실시 형태에 의한 형강의 사시도이다.
도 31b는 도 31a의 형강과 함께 도시하는 제9 실시 형태에 의한 금형 롤의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르는 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강의 제조 방법 및 롤 성형 장치에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시 형태에 의해 본 발명의 기술적 범위는 전혀 한정 해석되는 일은 없다.

(제1 실시 형태)

우선, 본 실시 형태에서 제조하는 형강에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 형강은, 길이 방향(예를 들어, 재축 방향)으로 단면 형상이 변화되는 새들형의 햇형 형강의 일례이다. 도 1a는 햇형 형강을 상방측으로부터 본 사시도이고, 도 1b는 하방측으로부터 본 사시도이다. 햇형 형강(1)은, 상벽과, 상기 상벽의 양측 모서리부를 따라 연장된 측벽과, 각 측벽의 반대측 모서리부를 따라 연장된 플랜지를 구비하여, 햇형 형강(1)의 길이 방향에 수직인 단면(횡단면)이 대략 햇형으로 되어 있다.

햇형 형강(1)은, 또한, 상벽의 폭이 L1인 부위(10a, 10b), 상벽의 폭이 L2(＞L1)인 부위(11), 및 상벽의 폭이 L1로부터 L2로 확폭(또는 감폭)되는 테이퍼 형상의 천이 부위(12a, 12b)를 갖고 있다. 햇형 형강(1)은, 각 부위(10a∼10b)에 있어서, 측벽이 외측을 향해 경사진 햇 형상의 횡단면을 갖고 있다. 측벽의 구배 각도는, 각 부위(10a∼10b)에서 다르도록 해도 되고, 혹은 각 부위(10a∼10b)에서 동일하게 해도 된다. 또한, 형강의 두께는, 예를 들어 규격이나 용도 등에 따라서 다양한 두께로 설정할 수 있다. 단, 본 실시 형태에 있어서는, 각 부위(10a∼10b)를 개별로 성형하여 용접 등에 의해 접합하는 것이 아니라, 1매의 시트 재료 또는 띠판을 롤 성형함으로써 일체 성형한다. 따라서, 도 1의 부위 사이의 경계선은, 설명의 편의상의 선이며, 접합선이나 절곡선은 아니다.

또한, 저면측의 개구부에 길이 방향을 따라 형성되는 플랜지(13)도, 시트 재료 또는 띠판을 롤 성형에 의해 굽힘 가공된다. 또한, 굽힘 가공된 부분의 코너부는, 예를 들어 도 1에 도시하는 바와 같은 모따기된 형상, 혹은 R(둥근) 형상으로 할 수 있다.

재료의 종류 및 강도는 특별히 제한되지 않고, 굽힘 가공 가능한 모든 금속 재료를 대상으로 할 수 있다. 금속 재료의 일례로서, 탄소강, 합금강, 니켈크롬강, 니켈크롬몰리브덴강, 크롬강, 크롬몰리브덴강, 망간강 등의 강재가 있다. 강도에 기초하면, 인장 강도가 340㎫ 이하인 것을 일반 강재, 그 이상의 것을 고장력 강재로 크게 구별할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 어느 쪽에나 적용 가능하다. 또한, 고장력 강재는 예를 들어 590㎫급, 780㎫급의 것이 있고, 현재는 980㎫급이나 1180㎫급의 초고장력 강재라고 불리는 것도 제조되고 있다. 초고장력 강재로 되면 종래의 프레스 성형(드로잉)에서는 햇 굽힘이 곤란한 경우가 있지만, 본 실시 형태의 롤 성형에서는 980㎫ 이상의 초고장력 강재도 적용 가능하다. 또한, 강재 이외의 재료의 일례로서, 티타늄, 알루미늄 또는 마그네슘, 혹은 그들의 합금을 포함하는 난 성형성 재료가 있다.

계속해서, 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 제조하기 위한 롤 성형 장치에 대해 설명한다. 도 2는, 롤 성형 장치의 일 실시 형태로서, 전술한 햇형 형강을 제조하기 위한 다단식 롤 성형 장치(2)를 도시하고 있다. 다단식 롤 성형 장치(2)는, 예를 들어 시트 재료 또는 띠판의 이송 방향으로 순차 배치된 복수의 롤 유닛(20a∼20k)을 구비하고 있다. 이에 의해, 상류측의 롤 유닛(20k)으로부터 하류측의 롤 유닛(20a)을 향해 긴 시트 재료 또는 띠판(M)을 이송하면서 단계적으로 굽힘 가공하여, 최종적으로 원하는 제품 형상으로 되도록 하고 있다. 최종적으로 성형된 시트 재료 또는 띠판(M)은, 제품 단위로 순차 절단된다.

가장 하류의 스테이션(최종 스테이션)의 롤 유닛(20a)의 금형 롤(이하, 「마무리 롤」이라고 칭하는 경우가 있음)이 목적으로 하는 제품 형상에 대응한 형상으로 되어 있고, 상기 마무리 롤보다도 상류측의 각 스테이션의 금형 롤은, 하류측을 향함에 따라 단계적으로 제품 형상에 근접해 가는 중간체가 각 단계에서 성형되도록 설계되어 있다. 도 2는, 시트 재료 또는 띠판(M)으로부터 10단계 성형에 의해 제품으로 하는 금형 롤의 일례를 도시하고 있다. 전반의 굽힘 공정을 실시하는, 제1 스테이션 내지 제5 스테이션의 각각에 있어서, 롤 유닛(20j∼20f)은 볼록 형상의 롤 동체부를 갖는 롤을 상측에, 오목 형상의 롤 동체부를 갖는 롤을 하측에 배치하고 있다.

한편, 후반의 굽힘 가공을 실시하는, 제6 스테이션 내지 제10 스테이션의 각각에 있어서, 롤 유닛(20e∼20a)은 환상 리지부를 갖는 롤을 하측에, 환상 홈부를 갖는 롤을 상측에 배치하고 있다. 그리고, 도입 스테이션[롤 유닛(20k): 제0 스테이션)으로부터 제5 스테이션[롤 유닛(20f)]까지를 플랜지(13)를 형성하는 전반 공정(플랜지 굽힘 가공)으로 하고, 제6 스테이션[롤 유닛(20e)]으로부터 최종 스테이션 또는 제10 스테이션[롤 유닛(20a)]까지를 햇형 형강(1)의 상벽을 형성하는 후반 공정(상벽의 굽힘 가공)으로 하고 있다.

도입 스테이션의 롤 유닛(20k)은, 상하 모두에 편평한 원통 형상의 금형 롤이 배치되어 있다. 또한, 제1 스테이션으로부터 제5 스테이션까지의 롤 유닛(20j∼20f)은, 상부 롤의 양단부 부분은, 선단부를 향하는 방향으로 직경이 점차 작아지고 있고, 하부 롤의 롤 동체부의 양단부 부분은, 선단부를 향하는 방향으로 직경이 점차 커지고 있다. 그리고, 제1 스테이션으로부터 제5 스테이션의 순으로 롤의 양단부 부분의 구배 각도가 급해져 가고, 제5 스테이션의 롤 유닛(20f)에서 시트 재료 또는 띠판(M)의 양단부가 약 90°로 구부러져, 플랜지(13)를 형성하도록 되어 있다. 각 롤은, 형강의 각 부위(10a∼10b)의 플랜지(13)가 형성되도록, 주위 방향에 있어서 롤 동체부의 중앙의 폭이 좁은 부분과 넓은 부분 및 확폭/감폭되는 테이퍼의 부분을 갖고 있다.

한편, 제6 스테이션으로부터 최종 스테이션까지의 롤 유닛(20e∼20a)은, 하부 롤의 롤 동체부의 중앙이 볼록 형상으로 융기된 환상 리지부를 갖고, 상부 롤의 롤 동체부의 중앙 부분이 오목 형상으로 들어간 환상 홈부를 갖고 있다. 그리고, 보다 상세하게는, 하부 롤의 환상 리지부 및 상부 롤의 환상 홈부는, 햇형 형강(1)의 각 부위(10a∼10b)의 상벽이 형성되도록, 폭이 좁은 부분과, 폭이 넓은 부분, 및 확폭/감폭되는 테이퍼 형상의 부분이 주위 방향으로 배치되어 있다.

각 롤의 환상 리지부 및 환상 홈부의 측면의 구배 각도는, 제6 스테이션으로부터 최종 스테이션의 순으로 급해져 가고, 최종 스테이션의 롤 유닛(20a)에서 시트 재료 또는 띠판(M)의 측벽이 약 90°로 구부러져 햇의 상벽이 형성되도록 되어 있다. 단, 도 2에 도시하는 금형 롤의 구성은 일례이며, 유닛의 배열수는 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 마무리 롤보다도 상류측에 배치되는 금형 롤의 형상도 또한 적절하게 변경할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 단면 형상을 폭을 확폭하는 것에만 그치지 않고, 폭이 최대로 되는 부위(11)의 뒤에 다시 감폭된 부위(12b, 10b)를 롤에 의해 성형하므로, 각 롤 유닛(20a∼20k)의 간격을, 적어도 제품의 길이 이상으로 설정한다.

다음으로, 롤 유닛(20a∼20k)의 구성에 대해 설명한다. 도 3은, 마무리 롤이 조립된 롤 유닛(20a)의 전체 구조를 도시하고 있다. 롤 유닛(20a)은, 시트 재료 또는 띠판의 이송 방향, 예를 들어 수평 방향으로 연장된 회전축(31)을 갖는 제1 금형 롤[이하, 「하부 롤(3)」이라고 칭함]과, 상기 하부 롤(3)의 회전축(31)과 평행한 회전축(41)을 갖고, 하부 롤(3)과 근소한 간극을 개재하여 대향하는 제2 금형 롤[이하, 「상부 롤(4)」이라고 칭함]을 구비하고 있다.

각 롤(3, 4)의 회전축(31, 41)은, 예를 들어 볼 베어링 등의 베어링 기구(5)에 의해 스탠드 등의 지지 부재(51)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 롤(3, 4)을 승강 가능하도록 지지하여, 롤끼리의 이격 거리를 조절할 수 있도록 할 수 있다. 또한 유압 실린더 등의 압박 장치를 배치하여 상하 롤(4, 3)의 압박력을 조절할 수 있도록 해도 된다.

상하 롤(4, 3)은, 기어 세트(52)에 의해 동기시켜 회전 구동된다. 기어 세트(52)는, 회전축(31, 41)의 각각에 결합되어, 서로 결합되는 기어(52a, 52b)를 구비한다. 도 3에는, 기어 세트(52)의 일례로서, 평기어로 구성된 상하의 기어(52a, 52b)가 도시되어 있다. 그리고 하부 롤(3)의 회전축(31)의 일단부측에, 예를 들어 구동 모터 등의 구동 장치(53)가 연결되어 있어, 이 구동 장치(53)에 의해 하부 롤(3)을 회전시키면, 기어 세트(52)를 통해 상부 롤(4)이 종동 회전한다. 이때, 예를 들어 상하의 기어비를 동일하게 설정함으로써, 상하 롤(4, 3)이 동일한 주속도로 동기하여 회전한다. 즉, 기어 세트(52)는, 상하 롤(4, 3)의 동기 회전 장치이기도 하다.

기어 세트(52)는, 상하 롤(4, 3)이 동일한 주속도로 동기 회전할 수 있으면 되며, 도 3에 도시하는 바와 같은 평기어가 아니어도 물론 된다. 또한, 기어 세트(52)를 통해 상부 롤(4)을 종동시키는 구성이 아니라, 상하 롤(4, 3) 각각에 개별의 구동 기구를 연결해도 된다. 인버터 제어 가능한 구동 모터를 사용하여 회전 속도를 조절할 수도 있다.

최종 스테이션에 배치되는 상하 롤(4, 3)은, 목적으로 하는 제품 형상에 대응한 형상으로 되어 있다. 상세하게는 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 하부 롤(3)은 플랜지(13)의 상면을 압하하는 플랭크부(32)와, 상기 플랭크부(32)의 축방향 중앙 부분에서 외표면으로부터 볼록 형상으로 융기되고, 햇 형상의 내면 부분을 압하하는 환상 리지부(33)를 갖고 있다. 환상 리지부(33)의 단면 형상은, 제품의 햇 형상에 대응하여 주위 방향으로 변화되는 사다리꼴을 나타내고 있다.

즉, 환상 리지부(33)는, 외주면의 폭이 제1 롤 폭으로 설정된 영역(33a)과, 외주면의 폭이 제2 롤 폭으로 설정된 영역(33b)과, 영역(33a, 33b)의 사이에 배치되고 외주면의 폭이 제1 롤 폭으로부터 제2 롤 폭으로 변화되는 테이퍼 형상의 영역(이하의 설명에서는 「천이부」라고 칭하는 경우가 있음)(33c, 33d)을 갖고 있다. 환상 리지부(33)의 좌우 측면은, 회전축(31)측을 향함에 따라서 외측으로 넓어지는 경사면을 형성하고 있다. 그리고, 환상 리지부(33)의 롤 폭 및 높이 및 측면의 구배 각도는, 목적으로 하는 햇 형상의 폭 및 높이 및 구배 각도에 각각 대응시킨 치수로 되어 있다. 또한, 환상 리지부(33)의 외측 코너부(능선)(33') 및 플랭크부(43)의 내측 코너부(오목 능선)에는 R(둥근 부분)이 형성되거나, 혹은 모따기가 이루어져 있다. 또한, 도 4도, 도 1과 마찬가지로, 영역간(33a, 33b, 33c, 33d)의 경계선은, 설명의 편의상, 도시한 것이다.

환상 리지부(33)의 영역(33b)은, 햇형 형강(1)의 폭 L2의 부위(11)를 성형하고, 영역(33c, 33d)은, 햇형 형강(1)의 테이퍼 형상의 부위(12a, 12b)를 각각 성형한다. 따라서, 영역(33b)의 원호 길이는, 부위(11)의 길이로 설정되어 있고, 영역(33c, 33d)의 원호 길이는, 부위(12a, 12b)의 길이로 각각 설정되어 있다. 한편, 환상 리지부(33)의 영역(33a)은, 햇형 형강(1)의 부위(10a, 10b)의 양쪽을 성형한다. 따라서, 영역(33a)의 원호 길이는, 부위(10a, 10b)의 길이를 더한 치수로 설정되어 있다. 이 경우, 영역(33a)을 등분하는 중간점이, 당해 롤의 시점으로 된다. 단, 연속 시트 재료 또는 띠판(M)을 사용하여 연속적으로 성형하고, 최종 성형된 것을 장치의 하류에서 순차 절취해 가는 경우에는, 절단 여유부로 되는 영역을 영역(33a)에 추가하도록 해도 된다. 이 경우, 절단 위치를 판별하기 위한 마크(예를 들어, 소직경의 구멍, 돌기 등)를 시트 재료 또는 띠판(M)의 표면에 형성하도록 해도 된다.

한편, 상부 롤(4)은, 햇형 형강(1)의 두께분의 간극을 개재하여 하부 롤(3)의 롤 동체부와 대향하도록 형성되어 있다. 따라서, 상부 롤(4)은, 햇 형상의 외측 저면을 압하하는 환상 홈부(42)와, 상기 환상 홈부(42)의 양측에 형성되고 햇 형상의 외측면 및 플랜지(13)의 하면을 압하하는 플랭크부(43)를 갖고 있다. 환상 홈부(42)의 내측면도, 햇형 형강(1)의 두께분의 간극을 개재하여 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측면과 대향하도록 형성되어 있고, 이에 의해, 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)는 주위 방향으로 단면 형상이 변화된다.

상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 측면은, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)와 마찬가지로, 햇형 형강(1)의 부위(11)를 성형하는 영역(43b)과, 테이퍼 형상의 부위(12a, 12b)를 각각 성형하는 영역(43c, 43d)과, 부위(10a, 10b)를 형성하는 영역(43a)이 주위 방향으로 형성되어 있다. 또한, 환상 리지부(33)와 마찬가지로, 영역(43a)을 등분하는 중간점이 당해 롤의 시점으로 되므로, 상하 롤(4, 3)을 장치에 조립할 때에는, 상하 롤(4, 3)의 시점끼리가 대향하는 위치(동 위상)에서 주회하도록 회전 방향으로 위치 결정된다.

회전축 방향으로 보면, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33) 및 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 저면은, 각각의 외주면이 동일한 직경의 원통면으로 되어 있다. 이에 의해, 상하 롤(4, 3)을 동일한 주속도로 회전시키면, 상하 롤(4, 3)의 상대적인 위상은 변화되지 않는다. 상하 한 쌍의 롤의 경우, 이른바 「슬립」에 의해 주회하는 상하 롤(4, 3)의 상대적인 위상이 변화되는 것이 우려된다. 롤의 단면 형상이 주위 방향으로 일정하면 「슬립」은 그다지 문제가 되지 않지만, 본 실시 형태의 상하 롤(4, 3)은 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 영역을 가지므로, 「슬립」에 의해 상하 롤(4, 3)의 위상이 어긋나면 제품의 두께가 설계값으로부터 벗어나거나, 상하 롤이 충돌하거나 하는 것이 우려된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 상하 롤(4, 3)의 상대적인 위상을 변화시키지 않고 주회시키는 것이 중요하다. 전술한 동기 회전 기구인 기어 세트(52)에는, 주회하는 상하 롤(4, 3)끼리의 상대적인 위상이 변화되는 것을 방지하는 역할도 있다.

또한, 상하 롤(4, 3)은, 시트 재료 또는 띠판(M)보다도 강성이 높은 재질로 롤 동체부가 제작되어 있으면 되며, 그 재질이 제한되는 것은 아니다. 또한, 환상 리지부를 갖는 금형 롤을 상측에 배치하고, 환상 홈부를 갖는 금형 롤을 하측에 배치해도 된다.

도 3은, 마무리 롤을 조립한 롤 유닛(20a)을 도시하고 있지만, 마무리 롤의 상류에 배치되는 다른 롤 유닛(20b∼20k)에 대해서도, 롤의 형상이 다른 것을 제외하면, 롤 유닛(20a)과 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 그러므로, 다른 롤 유닛(20b∼20k)에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 이하의 치수에 한정되는 것은 아니지만, 보다 이해를 깊게 하기 위해 하부 롤(3)의 각 영역의 치수의 일례를 나타내 둔다. 우선, 하부 롤(3)의 외주면까지의 반경은, 환상 리지부(33)가 500㎜, 플랭크부(32)가 450㎜이다. 양자의 차가 햇 형상의 높이에 상당한다. 영역(33a)의 외주면의 폭은 50㎜이고, 원호 길이는 400㎜이다. 또한, 영역(33b)의 외주면의 폭은 80㎜이고, 원호 길이는 400㎜이다. 또한, 영역(33c 및 33d)은 원호 길이가 300㎜이고, 15°의 경사각[환상 리지부(33)의 능선과 하부 롤(3)의 회전 방향 사이의 상대 각도, 또는 플랭크부(43)의 내측 오목 능선과 상부 롤(4)의 회전 방향 사이의 상대 각도]으로 확폭 또는 감 폭되어 있다. 상부 롤(4)은, 하부 롤(3)과 간극 2㎜를 개재하여 대향하고 있다.

계속해서, 다단식 롤 성형 장치(2)로 햇형 형강(1)을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 우선, 각 롤 유닛(20a∼20k)의 상하 롤(4, 3)을 소정의 속도로 회전시킨 상태로 하고, 시트 재료 또는 띠판(M)이 도입 스테이션의 롤 유닛(20k)에 공급된다. 시트 재료 또는 띠판(M)은, 예를 들어 상류의 압연 공정으로부터 보내져 오는 강판을 사용하거나, 코일 형상으로 권취된 띠판을 사용하거나 할 수 있다. 이때, 시트 재료 또는 띠판(M)은, 그 길이 방향이 상하 롤(4, 3)의 회전축 방향과 직교하도록 공급되고, 시트 재료 또는 띠판(M)의 길이 방향으로 롤 성형해 간다. 롤 유닛(20k)으로부터 송출된 시트 재료 또는 띠판(M)(중간체)은, 상하 롤(4, 3)의 회전 동작에 의해 다음 스테이션의 롤 유닛(20j)으로 반송된다. 그리고, 이 2단째의 롤 유닛(20j)에서 길이 방향을 따라 롤 성형이 이루어지고, 다시 다음 스테이션의 롤 유닛(20i)으로 반송된다.

또한, 시트 재료 또는 띠판(M)을 연속적으로 롤 성형하는 경우, 각 스테이션의 롤 유닛(20a∼20k)에 의해 백 텐션 및/또는 포워드 텐션을 인가하여 성형하도록 해도 된다. 또한, 냉간, 온간 또는 열간에서 롤 성형하도록 해도 된다.

도 5는, 시트 재료 또는 띠판(M)이 10단의 롤 유닛(20a∼20k)에 의해 단계적으로 햇 굽힘되어 가는 상태를 도시하고 있다. 도 5a는, 제1∼제5 스테이션에 있어서 롤 유닛(20k∼20f)에 의해 플랜지(13)가 형성되는 상태를 도시하고 있다. 도 5b는, 제6∼최종 스테이션에 있어서 롤 유닛(20e∼20a)에 의해 햇형 형강(1)의 상벽을 형성하는 상태를 도시하고 있다. 또한, 도 5a, 도 5b는, 햇형 형강(1)의 부위(10a)의 단면도이지만, 다른 부위(10b, 11, 12a, 12b)에 대해서도 10단의 롤 유닛(20a∼20k)에 의해 단계적으로 햇 굽힘되어 간다. 따라서, 제9 스테이션에 있어서 롤 성형이 이루어진 재료(중간체)는, 최종 제품에 가까운 형상으로 되어 있고, 10단째의 마무리 롤에 의해 최종 성형이 이루어진다.

마무리 롤이 최종 성형하는 상태를 도 6에 도시한다. 상류로부터 반송되어 오는 시트 재료 또는 띠판(M)(중간체)은, 우선 상하 롤의 영역(33a, 43a)의 시점으로부터 후반 부분에 의해 폭 L1의 부위(10a)가 성형되고, 다음으로 영역(33c, 43c)에 의해 폭이 점증하는 부위(12a)가 형성되고, 또한 영역(33b, 43b)에 의해 폭 L2의 부위(11)가 성형된다. 다음으로 영역(33d, 43d)에 의해 폭이 점감하는 부위(12b)가 성형되고, 마지막으로 영역(33a, 43a)의 시점으로부터 전반 부분에 의해 폭 L1의 부위(10b)가 성형된다. 이때의 영역(33a, 43a)의 후반 부분은, 다음 제품의 폭 L1의 부위(10a)를 성형하게 된다.

최종 성형이 완료되어 마무리 롤로부터 송출된 제품은, 종단부로 되는 위치[즉, 부위(10b)의 단부]에서 절단되고, 예를 들어 제품 검사 등의 다음 공정으로 반송된다. 절단하는 위치는, 예를 들어 시트 재료 또는 띠판(M)의 길이 방향으로 간격을 두고 형성한 마크(예를 들어, 소직경의 구멍, 돌기 등)를 센서에 의해 검출함으로써 자동 판별할 수 있다. 마크는, 제품의 길이에 대응하는 간격으로 시트 재료 또는 띠판(M)에 미리 부여해 두어도 되고, 혹은 롤 성형 중에 부여하도록 해도 된다. 롤 성형 중에 마크를 부여하는 방법으로서는, 전술한 롤의 시점으로 되는 위치에 마크로 되는 돌기를 형성한 상하 롤(4, 3)을 사용하여, 햇 굽힘 가공과 함께 마크를 전사하는 것을 일례로서 들 수 있다. 마크 이외에도, 롤 동체부의 표면에 소정의 요철 형상을 형성함으로써, 비드나 엠보싱 등의 형상을 성형할 수도 있다. 도 7에 비드(14)와, 비드(14)를 형성하기 위해 롤 동체부에 형성되는 돌기부(35)의 일례를 도시한다. 도시는 생략하지만, 상부 롤(4)에는 재료의 두께분의 간극을 개재하여 돌기부(35)에 대응하는 오목부가 형성되어 있다. 비드 및 엠보싱의 형상, 위치 및 개수는 적절하게 변경 가능하다.

본 실시 형태에 따르면, 환상 리지부(33)를 갖는 하부 롤(3)과, 상기 환상 리지부(33)와 대향하는 환상 홈부를 갖는 상부 롤(4)을 사용하여 햇형 형강(1)을 제조함에 있어서, 환상 리지부(33)와 환상 홈부(42)의 형상을, 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 형상으로 함으로써, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향으로 단면 형상(즉, 햇 형상)이 변화되는 햇형 형강(1)을 제조하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따르는 롤 성형은, 종래와 같은 분할 롤의 롤 폭을 변화시키는 복잡한 제어 방법은 필요하지 않고, 그로 인한 신규의 제어 장치도 도입할 필요가 없다. 따라서, 예를 들어 기존의 롤 성형 장치의 롤을 본 실시 형태의 상하 롤(4, 3)로 교환함으로써, 본 실시 형태의 롤 성형 장치를 구현화하는 것도 가능하다.

또한, 도 2의 다단식 롤 성형 장치(2)는, 롤 유닛(20a∼20k)을 일직선 상에 배열하고 있지만, 롤 유닛(20a∼20k)을 상하 방향으로 만곡된 탠덤 배열로 하면, 길이 방향으로 만곡되는 햇형 형강도 제조 가능해진다.

또한 본 실시 형태에 따르면, 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 롤 동체부로 함으로써, 롤 동체부와 재료가 충분히 면 접촉한 상태로 성형할 수 있으므로, 예를 들어 재료가 고장력 강재여도, 밀 강성이 부족한 것을 억제 가능하다. 따라서, 본 실시 형태의 롤 성형 방법 및 장치는, 인장 강도가 980㎫ 이상인 초고장력 강재에도 적용 가능해진다.

(제2 실시 형태)

계속해서, 상술한 제1 실시 형태에서 나타낸 금형 롤의 변형예에 대해 설명한다.

본 실시 형태의 금형 롤에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)(사선의 부분)의 외경과, 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 저면(사선의 부분)의 외경은 동일하고, 또한 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측벽에 후술하는 릴리프가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 특징적인 것을 제외하면, 본 실시 형태의 상하 롤(4, 3)은, 제1 실시 형태의 상하 롤(4, 3)과 대략 동일하며, 마찬가지의 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측면에 설치한 릴리프에 대해, 도 9를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 9a는, 상하 롤(4, 3)의 중심 축선을 포함하는 평면에서 절단한 부분 종단면도이다. 제1 실시 형태에서는, 상하 롤(4, 3)의 대향하는 저면 및 측면의 간극은 주위 방향의 전체 주위에 있어서 일정하지만, 본 실시 형태에서는, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측면은, 릴리프량 x에 의해 롤의 축방향 내측에 설계상의 햇형 형강(1)의 내면으로부터 오프셋되어 있다. 이와 같이, 환상 리지부(33)의 측면에 릴리프를 설치함으로써, 환상 리지부(33)의 측면과 환상 홈부(42)의 측면 사이의 간극은, 환상 리지부(33) 근본, 즉, 반경 방향 내측을 향할수록 넓어진다. 도면 중의 파선은, 릴리프를 설치하지 않았을 때의 측면을 나타내고 있다. 최종 스테이션의 하부 롤(3)의 경우에는, 일례로서, 판재의 판 두께 1.0㎜의 재료를 가공하는 경우, 릴리프량 x는 1.4㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 당해 릴리프량의 결정 방법은, 이후에 기술한다.

도 10은, 릴리프의 유무에 있어서의 상하 롤(4, 3) 사이의 간극의 비교 결과를 나타내고 있다. 보다 상세하게는, 도 10은, 상하 롤(4, 3)의 시점(도 4 참조)을 0°로 하고, 상하 롤(4, 3)을 5°마다 회전시킨 때의, 각 위상에 있어서의 측면간의 최소 거리(최소 간극)를 나타내고 있다. 특히, 도 10에 나타낸 예에서는, 약 45°∼120°의 영역이, 천이부(33c, 43c)에 상당한다. 또한, 약 45°∼65°에 있어서, 상술한 경사각 φ[환상 리지부(33)의 능선과 하부 롤(3)의 회전 방향과의 사이의 상대 각도, 또는 플랭크부(43)의 내측의 오목 능선과 상부 롤(4)의 회전 방향과의 사이의 상대 각도]가 서서히 증대되고, 약 100°∼120°의 영역에서 경사각 φ가 서서히 감소한다. 180°∼360°일 때에는, 대칭 형상이므로 설명을 생략한다.

또한, 도 10의 파선은 릴리프를 설치하지 않은 경우, 도 10의 일점 쇄선은 도 11에 도시한 바와 같은 릴리프를 환상 리지부(33)의 측면에 천이부(33c)에 있어서만 설치한 경우를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 10의 이점 쇄선은 도 9에 도시한 바와 같은 테이퍼 형상의 릴리프를 환상 리지부(33)의 측면에 그 전체 주위에 걸쳐 설치한 경우, 도 10의 실선은 도 9에 도시한 바와 같은 테이퍼 형상의 릴리프를 환상 리지부(33)의 측면에 천이부(33c)에 있어서만 설치한 경우를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 11은 본 실시 형태에 대한 비교예를 나타내는 것이며, 상하 롤(4, 3)의 중심 축선을 포함하는 평면에서 절단한 부분 종단면도이다. 도 11에 도시한 비교예에서는, 환상 리지부(33)의 측면과 환상 홈부(42)의 측면 사이의 간극이 반경 방향에 있어서 일정해지도록, 즉 릴리프를 설치하지 않은 때의 측면인 도면 중의 파선으로부터 단순히 평행 이동시키도록, 릴리프가 설치되어 있다.

도 10의 파선으로부터 명백한 바와 같이, 릴리프를 설치하지 않는 경우에는, 약 45°∼65°의 영역과 100°∼120°의 영역에서 최소 간극이 크게 변화(감소 및 증가)되어 있는 것을 알 수 있다. 도 12a, 도 12b는, 릴리프를 설치하지 않는 경우의 롤끼리의 간섭을 나타내는 수치 해석 결과이며, 해칭으로 나타내는 부분이 간섭하는 영역(즉, 실제로 롤끼리가 접촉하거나 롤 사이의 간격이 작아지는 영역)을 나타내고 있다. 또한, 도 10에 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 천이부(33c)만을 단순하게 평행 이동시켜 릴리프를 설치한 경우에는, 천이부(33c, 43c)에서 최소 간극이 변화되어, 최소 간극을 전체 주위에 걸쳐 일정하게 유지하는 것이 어렵다.

한편, 도 10에 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 전체 주위에 있어서 테이퍼 형상의 릴리프를 설치한 경우, 최소 간극의 변화량은 작아, 0°∼180°의 전체를 통해 간극이 대략 일정하게 유지되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 예에서는, 천이부(33c, 43c)에 대해서만 설명하고 있지만, 천이부(33d, 43d)에 대해서도 동일하다고 할 수 있다. 또한, 도 10에 실선으로 나타낸 바와 같이, 천이부(33c, 33d)에만 테이퍼 형상의 릴리프를 설치하고, 다른 영역에는 릴리프를 설치하지 않은 경우, 최소 간극의 변화량은 극히 작아, 0°∼180°의 전체를 통해 간극이 보다 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 형강의 판 두께나 형상에 따라 다르지만, 제품 규격 등을 고려한 경우의 바람직한 최소 간극은 판재의 두께 이상이다. 본 실시 형태에 따르면, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측면에 릴리프를 설치함으로써, 판 두께 이상의 최소 간극을 확보하는 것이 가능해진다.

도 13에는, 주위 방향에 있어서의 상하 롤(4, 3) 사이의 최소 간극의 제품의 스프링 백량(즉, 목표 형상으로부터의 차이량)에의 영향을 나타내고 있다. 특히, 도 13은 590㎫급, 980㎫급, 1180㎫급, 1310㎫급의 강판에 있어서의 영향을 나타내고 있다. 목표 형상으로부터의 차이량이 마이너스인 경우에는 도면 중의 우측 상단에 나타낸 바와 같이 스프링 고가 발생하는 경우, 차이량이 플러스인 경우에는 도면 중의 우측 하단에 나타낸 바와 같이 스프링 백이 발생하는 경우를 각각 나타내고 있다.

도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 인장 강도가 서로 다른 4종류의 강판(590㎫급, 980㎫급, 1180㎫급, 1310㎫급)에서, 최소 간격이 커짐에 따라, 차이량이 마이너스로 된다. 이것은, 도 14에 도시한 바와 같이, 최소 간격이 넓어짐으로써 판재가 오버런하여, 하부 롤의 견부의 내측부에 인장 응력이 발생하고, 그 인장 응력이 해방됨으로써 스프링 고 현상이 발생하기 때문이다. 따라서, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측면에 롤의 축방향 내측으로 넓어지도록 오프셋된 테이퍼 형상의 릴리프를 설치함으로써, 주위 방향에 있어서의 상하 롤(4, 3) 사이의 최소 간극을 대략 일정하게 할 수 있음으로써, 띠판(M)의 길이 방향으로 스프링 백량이 균일해지기 때문에, 플랜지부의 좌굴 발생을 억제할 수 있는 효과를 발휘하므로, 극히 유효한 효과이다. 또한, 환상 리지부(33)의 근본 영역에서 판 두께가 감소(판감)하는 것을 방지하여, 판 두께가 파단 기준을 하회하는 것을 방지 가능해진다. 이상으로부터, 제2 실시 형태에 있어서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있고, 또한 판 두께의 편차가 억제된 형강을 형성하는 것이 가능하다.

또한, 상술한 바와 같이, 천이부(33c)에 있어서 환상 리지부(33)의 측면에 릴리프를 설치함으로써, 상하 롤(4, 3) 사이의 최소 간극의 변화를 억제할 수 있다. 환언하면, 경사각 φ가 큰 영역에 있어서 환상 리지부(33)의 측면에 릴리프를 설치함으로써, 최소 간극의 변화를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 환상 리지부(33)의 측면에 설치되는 릴리프에 있어서의 릴리프량 x를 경사각 φ에 따라서 설정하도록 되어 있다.

도 15는, 하부 롤(3)의 외주면을 그 주위 방향을 따라 본 전개도를 나타내고 있다. 도 15의 x축은 하부 롤(3)의 회전 방향을 나타내고 있고, 도 15의 좌측 단부가 하부 롤(3)의 시점을, 우측 단부가 하부 롤의 종점을 각각 나타내고 있다. 도 15에 나타낸 예에서는, 약 60°∼약 120°에 천이부(33c)가 형성되고, 약 240°∼약 300°에 천이부(33d)가 형성되어 있다.

도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 영역(33a)에서는, 경사각 φ는 대략 제로로 되어 있고, 영역(33c)에서는 경사각 φ는 15°정도로 되어 있다. 또한, 영역(33b)에서도 경사각 φ는 대략 제로로 되어 있고, 영역(33d)에서는 경사각 φ는 -15°정도로 되어 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 경사각 φ가 커질수록 릴리프량 x가 커진다. 따라서, 경사각 φ가 대략 제로인 영역(33a), 영역(33b)에서는, 릴리프량 x는 대략 제로로 되어 있다. 이에 대해, 경사각 φ가 15°정도인 영역(33c), 영역(33d)에서는 릴리프량이 1.3㎜ 정도로 되어 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 경사각 φ의 절대값에 따라서 릴리프량이 설정되므로, 경사각 φ가 15°정도인 영역(33c)과 경사각 φ가 -15°정도인 영역(33d)에서는, 릴리프량 x는 거의 동일한 값으로 설정되어 있다.

또한, 최종 스테이션의 롤 유닛(20a)뿐만 아니라, 상류에 배치되는 다른 롤 유닛(20b∼20k)의 일부 또는 전부에 대해서도, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측면에 릴리프를 설치하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시한 다단식 롤 성형 장치(2)는 제6 스테이션으로부터 최종 스테이션(제10 스테이션)까지 5개의 공정에서 햇형 형강(1)의 상벽의 굽힘 가공을 행하므로, 이들 각 스테이션의 하부 롤(3)에 릴리프를 설치하는 것이 바람직하다.

단, 각 스테이션의 상하 롤(4, 3)은, 각각 롤 형상[특히, 환상 리지부(33)의 측벽의 구배 각도]이 다르다. 그리고, 이 환상 리지부(33)의 측벽의 구배 각도 θ[환상 리지부(33)의 외주면이나 플랭크부(32)의 외주면에 대한 환상 리지부(33)의 측벽 각도. 혹은, 하부 롤(3)의 회전축 방향에 대한 각도.]에 의해서도 최소 간극은 변화된다. 구체적으로는, 구배 각도 θ가 클수록 최소 간극은 커진다. 따라서, 본 발명자들은, 실제로 설계를 행하여 예의 검토한 결과, 바람직한 릴리프량 x는, 환상 리지부(33)의 측벽 구배 각도 θ가 커질수록 커지는 것을 발견하였다. 보다 구체적으로는, 바람직한 릴리프량 x는, 환상 리지부(33)의 측벽 구배 각도 θ에 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 높이 H를 승산한 값에 비례하는 것을 발견하였다(x＝β×H×tanθ. β는 상수). 여기서, 릴리프량 x, 형강의 측벽 각도 θ, 환상 리지부(33)의 높이 H는, 각각 도 16에 나타내는 바와 같다.

또한, 최소 간극은, 상하 롤의 롤 직경 R에 의해서도 변화된다. 여기서, 롤 직경 R은, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 외주면에 있어서의 롤 직경 및 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 저면에 있어서의 롤 직경을 의미한다. 혹은, 롤 직경 R은, 하부 롤(3)의 플랭크부(32)의 외주면에 있어서의 롤 직경 및 상부 롤(4)의 플랭크부(43)의 외주면에 있어서의 롤 직경을 의미하는 것이어도 된다. 구체적으로는, 롤 직경 R이 무한대인 경우, 환상 리지부(33)의 근본 영역에서 최소 간격이 판 두께보다도 작아지는 현상은 발생하지 않게 된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 롤 직경 R이 클수록, 릴리프량 x를 작게 하도록 되어 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 릴리프량 x는 롤 직경 R에 반비례하도록 설정된다.

이상을 정리하면, 본 실시 형태에서는, 릴리프량 x는, 하기 식(1)에 의해 산출된다.

여기서, α는 상수이며, 실험적으로 혹은 계산에 의해 구해진다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 최소 간극에 영향을 미치는 경사각 φ, 구배 각도 θ 및 롤 직경 R에 따라서 릴리프량 x를 설정함으로써, 최소 간극이 판 두께보다도 작아져 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 릴리프량 x가 지나치게 커지면, 상하 롤 사이의 간극이 필요 이상으로 커져, 시트 재료 또는 띠판(M)에 주름이 발생하거나, 적절한 굽힘 가공을 행할 수 없게 되어 버린다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 릴리프량 x를, 경사각 φ, 구배 각도 θ 및 롤 직경 R의 길이 방향의 변화에 따라서 설정하고 있으므로, 최소 간극이 판 두께보다도 작아지지 않는 범위 내에서 가장 릴리프량 x를 작게 설정할 수 있다. 이로 인해, 시트 재료 또는 띠판(M)에의 주름의 발생이나, 부적절한 굽힘 가공 등을 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 릴리프량 x를 상술한 식(1)에 의해 산출된 값으로 설정하고 있다. 그러나, 실제로는, 상술한 식(1)에 의해 산출된 값보다도 다소 릴리프량을 크게 해도, 주름 등은 즉시 발생하지는 않는다. 이로 인해, 릴리프량 x는, 적어도 상기 식(1)에서 산출된 값 이상인 것이 필요하다.

또한, 상술한 상수 α는, 예를 들어 이하와 같이 하여 산출하는 것이 가능하다. 도 17은, 상하 롤(4, 3)의 중심 축선을 포함하는 평면에서 절단한 상하 롤(4, 3)의 부분 종단면도이다. 특히, 도 17은 천이부에 있어서의 상하 롤(4, 3)의 단면도이다. 도 17에 도시한 예에서는, 하부 롤(3)과 상부 롤(4)의 간극은, 기본적으로 소정값 C로 설정되어 있고, 소정값 C는 이들 상하 롤(4, 3) 사이에서 굽힘 가공되는 시트 재료 또는 띠판(M)의 판 두께와 거의 동일하다. 한편, 상술한 바와 같이 천이부가 설치되어 있는 경우에는, 환상 리지부(33)의 측벽에 릴리프를 설치하지 않는 한, 천이부에 있어서 상하 롤(4, 3)의 측벽 사이의 간극이 작아진다. 도 17에 도시한 예에서는, 릴리프가 설치되어 있지 않으므로, 상하 롤(4, 3)의 측벽 사이의 간극이 부분적으로 작게 되어 있다.

이때, 상하 롤(4, 3)의 측벽 사이의 최소 간극을 Cmin으로 한다. 또한, 도 17에 도시한 상하 롤(4, 3)의 천이부에 있어서의 경사각을 φ₁로 하고, 구배 각도를 θ₁로 한다. 또한, 환상 리지부(33)의 높이를 H₁로 하고, 롤 직경을 R₁로 한다. 이 경우에, 환상 리지부(33)의 측벽에 설치해야 하는 릴리프량 x₁은, C-Cmin과 동등하므로, 하기 식(2)가 성립된다. 이 결과, 상수 α는, 하기 식(3)과 같이 구할 수 있다.

이와 같이 하여 산출한 상수 α는, 롤 직경 R, 구배 각도 θ, 경사각 φ 및 환상 리지부(33)의 높이 H가 변화되어도 사용할 수 있다.

그런데, 바람직한 릴리프량 x를 상기한 식(1)로부터 산출할 수 있으므로, 예를 들어 롤의 형상을 변경하고자 할 때에도, 바람직한 릴리프량 x를 용이하게 도출할 수 있다. 이하, 그 일례에 대해 설명한다.

도 2의 다단식 롤 성형 장치(2)는, 전반의 공정에서 플랜지를 가공하고, 후반의 공정에서 상벽의 굽힘 가공을 한다(도 5 참조). 이 경우, 예를 들어 목적으로 하는 형강의 형상을 바꿀 때, 일부의 롤만을 교환하면 된다고 하는 이점이 있는 반면, 후단의 5개의 공정에서 상벽의 굽힘 가공을 행하므로, 1공정당 굽힘량이 커, 경우에 따라서는 재료에 깨짐 등이 발생할 우려가 있다.

따라서, 다른 예로서, 도 18에 도시하는 다단식 롤 성형 장치(2)는, 제1 스테이션으로부터 제10 스테이션(최종 스테이션)의 모든 스테이션에 있어서, 도 19에 도시한 바와 같이 상벽을 단계적으로 굽힘 가공하는 구성으로 되어 있다. 이 경우, 예를 들어 목적으로 하는 형강의 형상을 바꿀 때, 전부의 롤을 교환해야 한다고 하는 단점이 있는 반면, 1공정당 굽힘량을 작게 할 수 있으므로, 재료의 깨짐을 방지할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이, 각 스테이션에 있어서의 롤 형상이 바뀐 경우에도, 상기 식(1)에 따르는 릴리프량 x를 설치함으로써, 1㎜ 이상의 최소 간극을 확보할 수 있는 것을 확인하고 있다. 또한, 이 경우에 있어서도, 상수 α는 최종 스테이션의 최소 간극이 통판되는 판재의 두께(예를 들어, 1.0㎜)로 되도록 상술한 식(3)을 이용함으로써 산출할 수 있다.

그리고 최종 스테이션의 롤 형상에 따르는 상수 α가 정해지면, 상기 식(1)을 사용하여, 최종 스테이션보다도 전공정의 롤의 최적 릴리프량이 산출된다. 도 2의 예에서는, 제6 스테이션∼제9 스테이션까지의 롤을 대상으로 하고, 도 18의 예에서는 제1 스테이션∼제9 스테이션의 롤을 대상으로 한다. 즉, 최종 스테이션의 상하 롤(4, 3)을 사용하여 결정한 상수 α를, 다른 스테이션의 상하 롤의 최적 릴리프량 x를 구하는 것에 활용한다. 이에 의해, 다른 스테이션에 있어서도 최소 간극을 확보하는 것이 가능하고, 또한 복수 있는 다단 롤의 일련의 설계를 효율적으로 행하는 것이 가능해진다. 이 롤의 설계 방법은, 다양한 형상의 롤에 대해서도 적용하는 것이 가능하고, 물론, 후술하는 제3∼제9 실시 형태에 나타나는 롤의 형상에도 적용할 수 있다.

또한, 바람직하게는 도 20에 도시하는 바와 같이, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 외주면(37)과 측면(39) 사이의 코너부(능선)에는 R(둥근 부분)이 형성되어 원호 형상으로 만곡시키고, 상기 코너부로부터 측면(39)을 따라 길이 L의 직선 부분(33s)을 형성한 위치에 릴리프의 개시점을 배치한다. 또한, 도 20에 있어서 파선(100)은 설계상의 햇형 형강(1)의 내면[즉, 릴리프를 설치하고 있지 않을 때의 환상 리지부(33)의 측벽 외면]을 나타내고 있다. 이와 같이, 설계상의 햇형 형강(1)의 내면을 따라 릴리프를 설치하고 있지 않은 직선 부분(33s)을 환상 리지부(33)의 측면(39)에 설치함으로써, 워크는, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 외주면(37)과 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 저면과의 사이, 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 R(둥근 부분)을 형성한 코너부와, 상기 환상 리지부(33)의 코너부에 대응한 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 내면의 R(둥근)형의 코너부와의 사이, 및 환상 리지부(33)의 측면에 있어서 R(둥근 부분)을 형성한 코너부에 인접한 상기 직선 부분과, 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 내면에 있어서 상기 직선 부분에 대응한 직선 부분 사이에서 확실히 끼움 지지된 상태에서 굽힘 가공된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 직선 부분(33s)의 길이[하부 롤(3)의 중심 축선에 대해 수직인 방향의 길이]는, 환상 리지부(33)의 높이 H의 0.4배 이하로 된다(0＜L/H≤0.4). 여기서, 도 21은 릴리프량 x를 상술한 바와 같이 설정한 경우의 L/H와 최소 간극의 관계를 나타내고 있다. 또한, 도 21에서는, 판 두께가 1.0㎜인 경우를 나타내고 있다. 도 21로부터 알 수 있는 바와 같이, L/H가 0.4 이하인 경우에는, 최소 간극은, 판 두께와 거의 동일 정도인 1㎜로 된다. 이로 인해, 상하 롤(4, 3) 사이의 간극을 충분히 확보할 수 있다. 그러나, L/H가 0.4보다도 커지면, 최소 간극은 L/H의 증대에 수반하여 서서히 작아진다. 그 결과, 상하 롤(4, 3) 사이의 간극을 충분히 확보할 수 없게 된다. 이로 인해, 상하 롤(4, 3) 사이의 간극을 충분히 확보한다고 하는 관점에서는, L/H는 0.4 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 22는, L/H와 스프링 백에 의한 목표 형상으로부터의 차이량의 관계를 나타낸 도면이다. 목표 형상으로부터의 차이량은, 시트 재료 또는 띠판(M)을 롤 성형한 후에, 상부 롤(4)의 환상 홈부(42)의 측벽의 구배 각도 또는 하부 롤(3)의 환상 리지부(33)의 측벽의 구배 각도에 의해 정의되는 목표 형상으로부터 시트 재료 또는 띠판(M)에 차이가 발생해 버리는 양을 의미한다.

여기서, 도 22에 나타내는 바와 같이, 인장 강도가 다른 4종류의 강판(590㎫급, 980㎫급, 1180㎫급, 1310㎫급)에서 확인을 하였다. 이 결과, L/H가 0.4 이하인 경우에는, 어느 강판에 있어서도 목표 형상으로부터의 차이량은, 1㎜ 이내에 들어간다. 이에 대해, L/H가 0.4보다도 커지면, 차이량은 1㎜ 이내에 들어가지 않고, 특히 1310급의 강판에서는 급격하게 차이량이 커진다. 따라서, 스프링 백에 의한 차이의 억제라고 하는 관점에서도, L/H는, 0.4 이하로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 따르는 상하 롤(4, 3)의 형상은, 도 1에 도시한 햇형 형강(1)을 제조하기 위한 일례이다. 목적으로 하는 제품의 형상은, 도 1에 도시한 햇형 형강(1)에 한정되는 것은 물론이다. 예를 들어, 각 부위(10a∼12b)에서 측벽의 구배 각도가 다르도록 해도 되고, L1, L2와는 다른 폭의 부위를 더 구비하도록 해도 된다. 또한, 도 1의 햇형 형강(1)은, 좌우 방향 및 전후 방향에서 대칭 형상을 나타내고 있지만, 좌우 방향 및 전후 방향에서 비대칭의 형상으로 할 수도 있다.

또한, 제조하는 형강에 대해서도, 햇형 형강에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 환상 리지부(33)의 단면 형상을 사각형으로 하여, 단면 형상이 コ형인 형강을 제조할 수도 있고, 환상 리지부(33)의 정상부를 만곡시켜 단면 형상을 U자로 해도 된다. 또한, 환상 리지부(33)의 단면 형상을 삼각형으로 하여, 단면 형상이 V자형인 형강을 제조할 수도 있다. 어느 경우도, 환상 리지부(33)의 단면 형상을 주위 방향으로 변화시킨 롤을 사용함으로써, 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 コ형 형강, U자형 형강 또는 V자형 형강을 성형한다. 또한, 예를 들어 햇형으로부터 U자형으로 변화되는 것과 같이, 길이 방향으로 다른 형으로 변화시키도록 해도 된다. 한정되는 것은 아니지만, 제조하는 형강의 변형예와, 그 형강을 성형하는 마무리 롤의 일례에 대해, 도 23a∼도 31b를 참조하면서 설명한다.

(제3 실시 형태)

도 23a는, 폭 및 높이가 일정하고 단면이 횡방향으로 이동하는 햇형 형강(1)을 나타내고, 도 23b는, 도 23a의 햇형 형강(1)을 최종 성형하는 상하 롤(4, 3)을 나타낸다. 즉, 상술한 제1 실시 형태에서는, 재축이 직선상으로 되어 있는 햇형 형강을 제조하고 있지만, 본 실시 형태에서는 재축이 폭 방향으로 만곡된 햇형 형강(1)을 제조한다. 이 햇형 형강(1)은, 재축이 직선상인 부위(15a)와, 재축이 만곡되어 있는 부위(15b)를 갖고 있다. 그것을 위한 금형 롤로서, 도 23b에 일례를 나타내는 바와 같이, 환상 리지부와 환상 홈부를 회전축 방향으로 편의시킨 상하 롤(4, 3)을 사용한다. 상하 롤(4, 3)을 회전 구동시키는 롤 유닛의 전체 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 상하 롤을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상이 폭 방향으로 만곡되는 햇형 형강을 제조할 수 있다. 또한, 롤 유닛(20a∼20k)을 상하 방향으로 만곡된 탠덤 배열로 하면, 길이 방향으로 만곡되는 햇형 형강도 제조 가능해진다.

(제4 실시 형태)

도 24a는, 높이가 일정하고 단면 형상의 폭이 좌우 비대상으로 변화되는 햇형 형강(1)을 나타내고, 도 24b는, 도 24a에 도시하는 좌우 비대상의 햇형 형강(1)을 최종 성형하는 상하 롤(4, 3)을 나타낸다. 즉, 본 실시 형태에서는, 도 23b에 도시하는 상하 롤(4, 3)을 사용하여, 햇 형상의 한쪽의 측벽(10c)은 일정하지만, 다른 쪽의 측벽(10d)만이 폭 방향으로 변형되는 햇형 형강(1)이 제조된다. 상하 롤(4, 3)을 회전 구동시키는 롤 유닛의 전체 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상의 폭이 좌우 비대칭으로 변화되는 햇형 형강을 제조 가능해진다.

(제5 실시 형태)

도 25a는, 높이가 일정하고 단면 형상의 폭이 복잡하게 변화되는 햇형 형강(1)을 나타내고, 도 25b는, 도 25a에 도시하는 햇형 형강(1)을 위한 최종 스테이션의 상하 롤을 나타내고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 도 25b에 도시하는 상하 롤(4, 3)을 사용하여, L1, L2와는 다른 폭의 부위를 더 구비하는 햇형 형강(1)이 제조된다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태의 햇형 형강(1)은, 직선상의 부위(16a, 16b)와, 폭이 각각 다른 부위(16c∼16f)를 갖는다. 상하 롤(4, 3)을 회전 구동시키는 롤 유닛의 전체 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상의 폭이 복잡하게 변화되는 햇형 형강을 제조할 수 있다.

(제6 실시 형태)

본 실시 형태에서는, 단면이 U자 형상을 이루는 형강이 제조된다. 도 26a는, 높이가 일정하고 단면 형상의 폭이 변화되는 U자형 형강(6)을 나타내고 있고, 도 26b는, 도 26a에 도시하는 U자형 형강(6)을 위한 최종 스테이션의 상하 롤(4, 3)을 도시하고 있다. 본 실시 형태의 U자형 형강(6)은, 높이가 일정하고 확폭되는 부위(61a)와, 높이가 일정하고 감폭되는 부위(61b)를 갖는다. 그것을 위한 금형 롤로서, 하부 롤(3)의 환상 리지부는, 단면이 역U자 형상으로 되어 있고, 주위 방향에 있어서 0°∼180°의 범위까지 폭이 확대되어 가고, 180°∼360°의 범위에서 폭이 축소되어 가는 형상으로 되어 있다. 하부 롤(3)과 대향하는 상부 롤(4)의 환상 홈부도, 주위 방향에 있어서 폭이 확대 및 축소되어 가는 U자 형상으로 되어 있다. 상하 롤(4, 3)을 회전 구동시키는 롤 유닛의 전체 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상의 폭이 변화되는 U자형 형강(6)을 제조할 수 있다.

(제7 실시 형태)

도 27a, 22b의 U자형 형강(6)은, 플랜지(63)를 구비하고 있는 점을 제외하고, 도 26a, 21b의 U자형 형강(6)과 대략 동일하다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상의 폭이 변화되는 U자형 형강(6)을 제조할 수 있다.

(제8 실시 형태)

본 실시 형태도, 단면이 U자 형상을 이루는 형강을 제조한다. 단, 상술한 제5 실시 형태가 높이 일정인 것에 반해, 본 실시 형태에서는, 도 28a에 도시하는 바와 같이, 폭이 일정하고 높이가 변화되는 U자형 형강(6)이 제조된다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태의 U자형 형강(6)은 폭이 일정하고 높아지는 부위(61c)와, 폭이 일정하고 낮아지는 부위(61d)를 갖는다. 도 28b는, 도 28a에 도시하는 U자형 형강(6)을 위한 최종 스테이션의 상하 롤(4, 3)을 도시한다. 하부 롤(3)의 환상 리지부는, 단면의 외형이 역U자 형상으로 되어 있고, 주위 방향에 있어서 0°∼180°의 범위까지 외경이 확대되어 가고, 180°∼360°의 범위에서 외경이 축소되어 가는 형상으로 되어 있다. 하부 롤(3)과 대향하는 상부 롤(4)의 오목 형상의 부분도, 주위 방향에 있어서 높이가 변화되는 U자 형상으로 되어 있다. 상하 롤(4, 3)을 회전 구동시키는 롤 유닛의 전체 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상의 높이가 변화되는 U자형 형강(6)을 제조할 수 있다.

(제9 실시 형태)

도 29a, 24b의 U자형 형강(6)은 플랜지(63)를 구비하고 있는 점을 제외하고, 도 27a, 22b의 U자형 형강(6)과 대략 동일하다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상의 폭이 변화되는 U자형 형강(6)을 제조할 수 있다.

(제10 실시 형태)

본 실시 형태는, 단면이 V자 형상을 이루는 형강을 제조한다. 도 30a는, 단면 형상의 폭이 일정하고 높이가 변화되는 V자형 형강(7)을 도시하고, 도 30b는, 도 30a에 도시하는 V자형 형강(7)을 위한 최종 스테이션의 상하 롤(4, 3)을 도시한다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태의 V자형 형강(7)은 폭이 일정하고 높아져 가는 부위(71a)와, 폭이 일정하고 낮아져 가는 부위(71b)를 갖는다. 하부 롤(3)의 환상 리지부는, 단면의 외형이 삼각 형상(V자 형상)으로 되어 있고, 주위 방향에 있어서 0°∼180°의 범위까지 외경이 확대되어 가고, 180°∼360°의 범위에서 외경이 축소되어 가는 형상으로 되어 있다. 하부 롤(3)과 대향하는 상부 롤(4)의 오목 형상의 부분도, 주위 방향에 있어서 높이가 변화되는 삼각 형상(V자 형상)으로 되어 있다. 상하 롤(4, 3)을 회전 구동시키는 롤 유닛의 전체 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 길이 방향의 단면 형상의 높이가 변화되는 V자형 형강(7)을 제조할 수 있다.

(제11 실시 형태)

도 31a는, 단면 형상의 폭과 높이의 양쪽이 변화되는 햇형 형강(1)을 도시하고, 도 31b는, 도 31a에 도시하는 형상의 햇형 형강(1)을 위한 최종 스테이션의 상하 롤(4, 3)을 도시한다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태의 햇형 형강(1)은 단면 형상의 폭이 L1이며 높이가 h1인 부위(17a)와, 단면 형상의 폭이 L2이며 높이가 h2인 부위(17b)와, 폭이 L1로부터 L2 및 높이가 h1로부터 h2로 각각 변화되는 부위(17c)를 갖는다. 그로 인해, 상하 롤(4, 3)의 환상 리지부 및 환상 홈부를, 주위 방향으로 단면 형상의 높이와 폭의 양쪽이 변화되는 형상(L1→L2→L1, h1→h2→h1)으로 하고 있다. 상하 롤(4, 3)을 회전 구동시키는 롤 유닛의 전체 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 이 경우도, 상하 롤(4, 3)을 동기 회전시키는 간단한 제어에 의해, 단면 형상의 폭과 높이의 양쪽이 변화되는 햇형 형강(1)을 제조할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시 형태에 의거하여 상세하게 설명하였지만, 형식이나 세부에 대한 다양한 치환, 변형, 변경 등이, 청구범위의 기재에 의해 규정되는 것과 같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈하는 일 없이 행해지는 것이 가능한 것은, 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자에게는 명백하다. 따라서, 본 발명의 범위는, 전술한 실시 형태 및 첨부 도면에 한정되는 것은 아니며, 청구범위의 기재 및 이것과 균등한 것에 기초하여 정해져야 한다.

1 : 햇형 형강
2 : 다단식 롤 성형 장치
3 : 하부 롤
32 : 플랭크부
33 : 환상 리지부
4 : 상부 롤
42 : 환상 홈부
43 : 플랭크부

Claims

길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 시트 재료로부터 롤 성형에 의해 제조하는 방법이며,
회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 리지부를 갖는 제1 금형 롤을 준비하는 단계와,
상기 제1 금형 롤의 회전축이 시트 재료의 이송 방향에 대해 수직으로 되도록 상기 제1 금형 롤을 배치하는 단계와,
회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 홈부를 갖는 제2 금형 롤을 준비하는 단계와,
상기 제1 금형 롤과 제2 금형 롤 사이에 상기 시트 재료의 판 두께와 동등한 간극이 발생하고, 또한 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부와 상기 제2 금형 롤의 환상 홈부가 끼워 맞춤되도록, 상기 제2 금형 롤을 배치하는 단계와,
상기 제1 금형 롤과 상기 제2 금형 롤을 동기 회전시키는 단계와,
상기 제1 금형 롤과 제2 금형 롤 사이에 시트 재료를 급송하는 단계를 포함하고,
상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 측면에, 주위 방향의 적어도 일부에 있어서, 또한 상기 제1 금형 롤의 반경 방향 내측에 있어서, 제2 금형 롤의 환상 홈부의 측면에 대한 간극이 넓어지도록 릴리프가 설치되어 있고,
상기 제1 금형 롤의 상기 환상 리지부는 그 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향과의 사이의 상대 각도가 주위 방향으로 적어도 부분적으로 변화되도록 구성되고,
상기 릴리프에 있어서의 릴리프량은, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향 사이의 상대 각도에 따라서 변화되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 상대 각도가 커질수록, 상기 릴리프량이 커지는 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 금형 롤의 상기 환상 리지부는 상기 회전축에 대해 수직 방향으로 측정한 높이 치수가 주위 방향으로 적어도 부분적으로 변화되도록 구성되고,
상기 릴리프량은, 상기 환상 리지부의 높이가 높아질수록 커지는 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형강은, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부에 의해 내주면이 압하되고, 상기 제2 금형 롤의 환상 홈부에 의해 외주면이 압하되는 햇형 형강인 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금형 롤의 환상 리지부는, 그 주위 방향에 있어서, 제1 롤 폭의 영역, 제2 롤 폭의 영역, 상기 제1 롤 폭으로부터 제2 롤 폭으로 확폭 또는 감폭되는 테이퍼 형상의 영역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금형 롤은, 그 주위 방향에 있어서, 환상 리지부가 회전축 방향으로 편의되어 있고, 재축이 폭 방향으로 만곡되는 형강을 제조하도록 한 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 금형 롤의 측면의 릴리프량 x는, 환상 리지부의 높이를 H, 상기 제1 금형 롤의 롤 직경을 R, 형강의 측벽 구배 각도를 θ, 상기 능선과 회전 방향의 상대 각도를 φ, α를 상수로 한 때,

상기 식(1)에서 산출되는 값 x' 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제7항에 있어서,
각각이 제1 금형 롤과 제2 금형 롤을 구비한 복수의 롤 유닛을 시트 재료의 이송 방향으로 직렬로 배열하고, 이들 복수의 롤 유닛에 의해 측벽 각도 θ가 단계적으로 커지도록 재료를 굽힘 가공함에 있어서,
일부 또는 전부의 롤 유닛의 제1 금형 롤의 측면의 릴리프량 x가, 상기 식(1)에서 산출되는 값 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 측면에 설치된 릴리프는, 상기 환상 리지부의 능선으로부터 소정 길이 L 이격되어 개시되고, 상기 소정 길이 L은 상기 환상 리지부의 높이를 H로 하면, 0＜L/H≤0.4로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 외경과, 상기 제2 금형 롤의 환상 홈부의 저면의 부분의 외경이 동일한 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형강의 재료는, 초고장력 강재인 것을 특징으로 하는, 형강의 제조 방법.
시트 재료로부터 길이 방향으로 단면 형상이 변화되는 형강을 제조하기 위한 롤 성형용 롤 성형 장치에 있어서,
회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 리지부를 갖는 제1 금형 롤이며, 상기 제1 금형 롤의 상기 회전축이 시트 재료의 이송 방향에 대해 수직으로 되도록 배치된 제1 금형 롤과,
회전축과, 상기 회전축을 중심으로 하는 주위 방향으로 단면 형상이 변화되는 환상 홈부를 갖는 제2 금형 롤이며, 상기 제2 금형 롤의 상기 회전축이 상기 제1 금형 롤의 상기 회전축과 평행하게 되도록 배치된 제2 금형 롤과,
상기 제1 금형 롤과 상기 제2 금형 롤을 동기시켜 회전 구동시키는 구동 장치를 구비하고,
상기 제1 금형 롤과 제2 금형 롤은, 양자 사이에 상기 시트 재료의 판 두께와 동등한 간극이 발생하고, 또한 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부와 상기 제2 금형 롤의 환상 홈부가 끼워 맞춤되도록 상대적으로 배치되어 있고,
상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 측면에, 주위 방향의 적어도 일부에 있어서, 또한 상기 제1 금형 롤의 반경 방향 내측에 있어서, 제2 금형 롤의 환상 홈부의 측면에 대한 간극이 넓어지도록 릴리프가 설치되어 있고,
상기 제1 금형 롤의 상기 환상 리지부는 그 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향 사이의 상대 각도가 주위 방향으로 적어도 부분적으로 변화되도록 구성되고,
상기 릴리프에 있어서의 릴리프량은, 상기 제1 금형 롤의 환상 리지부의 능선과 상기 제1 금형 롤의 회전 방향 사이의 상대 각도에 따라서 변화되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 롤 성형 장치.
제12항에 있어서,
상기 상대 각도가 커질수록, 상기 릴리프량이 커지는 것을 특징으로 하는, 롤 성형 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제1 금형 롤의 상기 환상 리지부는 상기 회전축에 대해 수직 방향으로 측정한 높이 치수가 주위 방향으로 적어도 부분적으로 변화되도록 구성되고,
상기 릴리프량은, 상기 환상 리지부의 높이가 높아질수록 커지는 것을 특징으로 하는, 롤 성형 장치.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금형 롤의 측면의 릴리프량 x는, 환상 리지부의 높이를 H, 상기 제1 금형 롤의 롤 직경을 R, 형강의 측벽 각도를 θ, 상기 능선과 회전 방향의 상대 각도를 φ, α를 상수로 한 때,

상기 식(1)에서 산출되는 값 x' 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 롤 성형 장치.