TWI728804B - 輥軋機、輥軋方法及工作輥的運用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的在於提供能以高扭矩來驅動小直徑的工作輥並抑制成本的輥軋機。 本發明之目的在於提供四至六的輥軋機，包括隔著穿通線而配置於上側與下側之兩個工作輥，該兩個工作輥均至少設置有一個備用輥，該兩個工作輥具有相同的軸向長度和輥頸形狀並且可以彼此互換，在該兩個工作輥中，作為其中一個工作輥的第一個工作輥不旋轉驅動，而作為另一個工作輥的第二個工作輥構成為旋轉驅動，該第一工作輥的軀體長度L1 與直徑Dw1 的比例(L1 /Dw1 )符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0，並且該第二工作輥的軀體長度L2 與直徑Dw2 的比例(L2 /Dw2 )符合4.0≦L2 /Dw2 ≦7.0。

Description

輥軋機、輥軋方法及工作輥的運用方法
本發明係有關輥軋機、輥軋方法及工作輥的運用方法。
眾所皆知具有隔著穿通線配置於在上下兩側的兩個工作輥且該兩個工作輥均至少設置有一個備用輥的四至六段之輥軋機已被習知(例如，專利文獻1、2)。
近年來，以汽車等的高強度化或輕量化為目的，需要一種能夠輥軋更硬(例如抗拉強度為1300 MPa以上的高張力鋼)的高張力鋼的輥軋機。因此，需要一種藉由包括比常規直徑小的小直徑工作輥，以更高的軋壓縮率(rolling reduction)輥軋硬材質，並需要包括即使使用這樣的小直徑工作輥還是能夠承受高扭矩的驅動裝置之輥軋機。 >專利文獻>
專利文獻1：日本專利第3290975號公報 專利文獻2：日本專利第4928653號公報
當輥軋機的工作輥直徑減小時，將會縮小工作輥之間的中心距離，因此，當上下工作輥的兩者都旋轉時，需要縮小與兩個工作輥連接的每個主軸的直徑。因此，當將傳統的十字銷式萬向接頭用作小直徑工作輥的主軸時，在提高主軸的強度(加大直徑)方面會受到限制，並且無法確保用於高扭矩驅動的主軸的強度。
為了確保主軸的強度，當使用比傳統主軸強度更高且價格昂貴的齒輪主軸時，由於成本增加並且在操作時的傾斜角最大僅達約1.5°(先前技術中最大約8°至10°)，因此需要一定長度來確保輥開口，此乃為阻礙輥軋機小型化的因素。接者，更重要為工作輥的直徑越小轉數越高，由於主軸長度長導致振動很大，此可能會影響到產品的精確度。
另外，當一台電動機的動力由分配減速機分配並驅動兩個工作輥時，有時發生扭矩循環而過量的扭矩會集中在一個主軸上。為了防止此類情況發生，需要嚴格地管理輥直徑差。
本發明鑑於所述問題而發明，其目的在於提供即使在使用小直徑工作輥時也具有能承受高扭矩的驅動裝置且能夠實現更高的軋壓縮率，並能夠抑制成本的輥軋機。
用以達成上述目的的主要發明為包括隔著穿通線配置於上下兩側的兩個工作輥，且該兩個工作輥均設置有至少一個備用輥的四至六段的輥軋機，該兩個工作輥具有相同的軸向長度及輥頸形狀並且可以彼此互換，在該兩個工作輥中，作為其中一個工作輥的第一個工作輥配置以不旋轉驅動，而作為另一個工作輥的第二個工作輥配置以旋轉驅動，該第一工作輥的軀體長度L1 與直徑Dw1 的比例(L1 /Dw1 )符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0，並且該第二工作輥的軀體長度L2 與直徑Dw2 的比例(L2 /Dw2 )符合4.0≦L2 /Dw2 ≦7.0。
關於本發明的其他特徵，以搭配本說明書和圖式的方式詳細說明。 >發明效果>
透過本發明，能夠提供具有即使使用小直徑工作輥時也能承受高扭矩的驅動裝置且可以實現更高的軋壓縮率，並可降低成本的輥軋機。
藉由搭配本說明書和圖式的說明，至少明白以下內容。
本發明之輥軋機為四至六段的輥軋機，包括隔著穿通線配置於上下兩側的兩個工作輥，該兩個工作輥均設置有至少一個備用輥，該兩個工作輥具有相同的軸向長度和輥頸形狀並且可以彼此互換，在該兩個工作輥中，作為其中一個工作輥的第一個工作輥配置以不旋轉驅動，而作為另一個工作輥的第二個工作輥配置以旋轉驅動，該第一工作輥的軀體長度L1 與直徑Dw1 的比例(L1 /Dw1 )符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0，並且該第二工作輥的軀體長度L2 與直徑Dw2 的比例(L2 /Dw2 )符合4.0≦L2 / Dw2 ≦7.0。
藉由如此的輥軋機，可實現具有即使使用小直徑的工作輥也可為能夠承受高扭矩的驅動裝置，並且可抑制成本的輥軋機。
於所述輥軋機中，較佳為包括電動機，該電動機之旋轉軸僅連接到第二工作輥。
藉由如此的輥軋機，可以容易地實現僅驅動和旋轉第二工作輥的單側驅動之輥軋機。
於如此的輥軋機中，該兩個工作輥的直徑較佳為落於200mm至450mm的範圍內。
藉由如此的輥軋機，可提供具有當工作輥直徑落於200mm至450mm之間時，即使使用小直徑的工作輥也能承受高扭矩的驅動裝置，且降低成本的輥軋機。
於如此的輥軋機中，作為輥軋對象的被輥軋材料的設計上的最大板寬較佳落於900mm至2000mm的範圍內。
藉由如此的輥軋機，可提供具有當工作輥軀體長度落於900mm至2000mm之間時，即使使用小直徑的工作輥也能承受高扭矩的驅動裝置且降低成本的輥軋機。
於如此的輥軋機中，該兩個工作輥的每個廢棄直徑對公稱直徑之相對比例最佳為0.8以上。
藉由如此的輥軋機，助於延長工作輥的壽命的同時，可提高由單側驅動不同直徑的輥軋而產生的輥軋負載或扭矩的減少效果。
於如此的輥軋機中，較佳為進一步包括配置以在該兩個工作輥中，僅使該第一工作輥可以朝向相對該輥軋機的輥軋方向上之進料側的水平方向偏置預定的偏置量的輥偏置裝置及配置以控制該輥偏置裝置，以使該第一工作輥朝向該進料側僅偏置該預定偏置量的偏置量控制裝置。
藉由如此的輥軋機，由於可以減小水平力，因此可以減小工作輥的直徑並以更高的軋壓縮率進行輥軋。
於使用此種輥軋機的輥軋方法中，較佳為包括朝向相對該輥軋機的輥軋方向上之進料側的水平方向偏置該預定偏置量以輥軋該第一工作輥。
藉由如此的輥軋方法，由於可以減小水平力，因此可以減小工作輥的直徑並以更高的軋壓縮率進行輥軋。
於此種輥軋機的工作輥的運用方法中，較佳為包括：在該輥軋機中使用與該兩個工作輥軸向長度和輥頸的形狀相同的複數個備用輥一定時間之後取出及保存該複數個備用輥； 從被取出及被保存的該複數個備用輥中，取出直徑對公稱直徑之相對比例大於和小於預定基準值的兩個備用輥；以及 於被取出的該兩個備用輥中，將較小直徑者替換與該第一工作輥交換，且將較大直徑者與該第二工作輥交換。
藉由如此的輥軋機的工作輥的運用方法，由於經常可以進行不同直徑的輥軋，所以能夠提高由不同直徑的輥軋所產生的輥軋負載或扭矩的減少效果。
於如此的輥軋機的工作輥的運用方法中，該預定基準值較佳為0.9。此外，較佳為當第一工作輥的直徑對公稱直徑的相對比率(Dw1 / Dw1N )達到0.8時，則捨棄第一工作輥。
根據如此的輥軋機的工作輥的運用方法， 由於抑制發生因於工作輥直徑減小所引起的問題的同時，可以經常確實地進行不同直徑的輥軋，因此能夠提高由不同直徑的輥軋所產生的輥軋負載或扭矩的效果，進而可因長期使用工作輥(延長使用壽命)而可以獲得抑制成本的效果。 ＜第一實施例＞
根據第一實施例的輥軋機1，係對被輥軋材料3進行輥軋並且將被輥軋的條狀(帶狀)之被輥軋材料3製造成所需的板材厚度的裝置。
圖1係根據第一實施例的輥軋機1的示意性側視圖。在側視圖中，紙面橫方向(水平方向)稱之為「軸向」，紙面左側(右側)稱之為「左(右)」，紙張表面的縱向(垂直方向)稱為「上下方向」，紙張表面的上側(下側)稱之為「上(下)」。此外，圖1中的「左」相當於後述的圖9中的驅動側，而「右」相當於操作側。
輥軋機1如圖1所示，包括工作輥10、備用輥12、主軸5、驅動部7、殼體8及頸軸承(未圖示)。
此外，輥軋機1為四段的輥軋機1，且兩個工作輥10係隔著穿通線而配置於上側與下側，兩個工作輥10均設置有一個備用輥12。
兩個工作輥10係一對上下的第一工作輥10a及第二工作輥10b，在上側設置有第一工作輥10a，在下側設置有第二工作輥10b。此外，在第一工作輥10a及第二工作輥10b的左右兩端分別沿軸向嵌設有頸軸承(Neck bearing) ，第一工作輥10a及第二工作輥10b經由頸軸承以可旋轉方式被支撐在設置於殼體8中的輥軸承座(未圖示)。被輥軋材料3透過此可旋轉的第一工作輥10a與第二工作輥10b之間的間隙而被輥軋。
驅動部7經由主軸5連接到第二工作輥10b的左側端。亦即，電動機7a的旋轉軸僅連接到第二工作輥10b。換句話說，在兩個工作輥10中，作為其中之一個工作輥10的第一工作輥10a配置以不旋轉驅動，而作為另一個工作輥10的第二工作輥10b配置以旋轉驅動。
亦即，當進行輥軋時，第二工作輥10b透過驅動部7而旋轉，並將被輥軋材料3從輸送方向的上游側至下游側輸送，第一工作輥10a係伴隨被輥軋材料3的輸送之帶動而旋轉。
此種操作上的差異導致在輥軋時第一工作輥10a與第二工作輥10b的轉數不同。亦即，第一工作輥10a的轉數小於第二工作輥10b的轉數。因此，即使第一工作輥10a與第二工作輥10b以相同的直徑(相同的狀態)進行輥軋，也因為上工作輥與下工作輥的中立點(軋與輥軋材料的速度相同的點)位置不同產生會有由於輥和材料之間的摩擦所產生的剪切力使上下抵銷的區域，此相較於一般的上下輥驅動之輥軋機，具有減小輥軋負荷或扭矩之特性。
第一工作輥10a的軀體長度L1 與第二工作輥10b的軀體長度L2 為相同尺寸，且左右兩端安裝有頸軸承的輥頸Rn的形狀(請參閱圖3所示)也相同。因此，可以將第一工作輥10a(第二工作輥10b)拆卸並安裝於第二工作輥10b(第一工作輥10a)。亦即，第一工作輥10a與第二工作輥10b具有相同的軸向長度及輥頸Rn的形狀相同並且可以互換。
備用輥12係由用於備用第一工作輥10a的第一備用輥12a及用於備用第二工作輥10b的第二備用輥12b所構成。第一備用輥12a(第二備用輥12b)接觸於第一工作輥10a(第二工作輥10b)的上側(下側)，而第一備用輥12a(第二備用輥12b)係當進行輥軋時用於防止使第一工作輥10a(第二工作輥10b)往上側(往下側)撓曲的撓曲抑制構件。
主軸5係用於將驅動部7的旋轉傳動至第二工作輥10b的軸構件，此為普通的十字銷式萬向接頭(萬向接頭)，其一端連接於驅動部7，而另一端連接於第二工作輥10b。
驅動部7具有電動機7a、齒輪聯軸器7b及減速器7c。電動機7a係將電力轉換成旋轉運動的所謂馬達，並且係當進行輥軋時使第二工作輥10b旋轉的動力源。齒輪聯軸器7b係將電動機7a的旋轉傳動到減速器7c的接頭構件，減速器7c係藉由降低電動機7a的轉速來增加轉矩的裝置。
設置在殼體8上的輥軸承座(未圖示)係用於支撐工作輥10及備用輥12的構件，如上所述，藉由頸軸承以可旋轉方式來支撐工作輥10。
頸軸承係用於使工作輥10又準確又平順地旋轉的構件，工作輥10形成以僅被輥頸Rn嵌合的形狀。 ＜工作輥10之使用方法＞
接著，將說明工作輥10之使用方法。在本實施例中，以使第一工作輥10a的軀體長度L1 與直徑Dw1 的比例(L1 /Dw1 )符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0，並且第二工作輥10b的軀體長度L2 與直徑Dw2 的比例(L2 /Dw2 )符合4.0≦L2 / Dw2 ≦7.0的方式使用第一工作輥10a及第二工作輥10b。
如上所述，第一工作輥10a的軀體長度L1 與第二工作輥10b的軀體長度L2 為相同，兩者皆為根據輥軋設備規格中的最大板材寬度(在其輥軋設備中可以輥軋的最大板材寬度，通常與輥軋機1可以輥軋的最大板材寬度相同)來確定。通常，該數值係基於最大板材寬度再增加約100mm〜150mm的數值，例如，在最大板材寬度為1250mm的情況下，增加150mm而獲得的1400mm為軀體長度L1 和軀體長度L2 的值。
接著，第一工作輥10a的直徑Dw1 和第二工作輥10b的直徑Dw2 都當進行輥軋時磨損而變小。換言之由於軀體長度L1(軀體長度L2)當進行輥軋時不變，輥軋時的L1 /Dw1 (L2 /Dw2 )的值成為直徑DW1 (直徑DW2 )的變量，當工作輥10為全新時為最小值，而當工作輥10被丟棄時(當直徑因磨損而減小並且需要丟棄時)為最大值。
因此，所謂以符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0及4.0≦L2 / Dw2 ≦7.0的方式使用第一工作輥10a及第二工作輥10b，係使用以從全新的工作輥10到丟棄工作輥時間的L1 / Dw1 (L2 / Dw2 )落於上述範圍內(也就是說，4.0以上7.0以下)的方式使用工作輥10。以下，將具體說明相關內容。 >作用於工作輥10之力>
為了要計算出在工作輥10的最弱部的應力，首先，計算當進行輥軋時作用於工作輥10的力。圖2所示為用於說明當進行輥軋時作用於工作輥10的力之示意性剖面圖。在剖面圖中，紙張的橫向(水平方向)稱為「輸送方向」，其一側(另一側)稱為「上游(下游)」或「進料側(出料側)」，紙張的縱向(垂直方向)稱為「上下方向」，其上側(下側)稱為「上(下)」。
在本實施例中，由於僅使第二工作輥10b驅動而未使第一工作輥10a驅動，因此在第一工作輥10a中不會產生由輥軋反作用力所形成之轉矩。換言之，如圖2所示，第一工作輥10a的輥軋反作用力Pr係從工作輥接觸弧長Lp的中心朝向第一工作輥10a的旋轉中心的方向作用。
該第一工作輥10a的輥軋反作用力Pr的垂直分量係由第一備用輥12a支撐，作為輥軋反作用力Pr的水平分量的水平力Ph係經由頸軸承且由工作輥軸承座支撐。
另外，由於在旋轉驅動的工作輥10中會產生由輥軋反作用力所產生的轉矩，因此，如圖2的第二工作輥10b中所示的輥軋反作用力(圖2的向下箭頭)所示，輥軋反作用力僅從工作輥接觸弧長Lp的中心與接觸弧長出口之間的某一點沿上下方向作用。
因此，當第一工作輥10a及第二工作輥10b都被旋轉驅動時，就不會產生上述水平力Ph。亦即，相較於利用將上下工作輥10一起驅動的普通輥軋機進行輥軋的情況，在如本實施例的單側驅動輥軋中，水平力Ph的產生將阻礙減小工作輥10的直徑。
因此，當僅驅動驅動工作輥10的一側時，將輥軋反作用力Pr的水平力Ph會用作設計工作輥10的直徑時的設計標準。且，輥軋反作用力Pr的水平力Ph可以利用工作輥接觸弧長Lp及輥軋反作用力Pr以下列式子表示。
工作輥接觸弧長：Lp Lp =√((Dw1 + Dw2 )/ 2/2．ΔH) = 1/2．√((Dw1 + Dw2 )．ΔH) ΔH：每個軋道的軋壓縮量。進料側厚度H1減出料側厚度H2的值。
輥軋反作用力：Pr Pr = C．km．b．√(1/2·Dw1 ．ΔH) C：由於摩擦係數，張力等引起的軋壓力係數。 Km：被輥軋材料3的平均抗變形能力 b：被輥軋材料3的板材寬度(軸向尺寸) 輥軋反作用力Pr的水平力：Ph Ph = 1/2．Lp / Dw1 ．2．Pr = 1/2．√((Dw1 + Dw2 )．ΔH)/ Dw1 ．Pr = 1/2．√((Dw1 + Dw2 )．ΔH)/ Dw1 ．C．km．b√(1/2．Dw1 ．ΔH) 假設第一工作輥10a與第二工作輥10b的直徑為相同尺寸(Dw1 =DW2 )則輥軋反作用力Pr的水平力Ph可以由下式子表示。
Ph=1/2． C．km． b．ΔH　・・・ (1) 如上式(1)所示，無論工作輥10的直徑如何，輥軋反作用力Pr的水平力Ph皆可使用軋壓縮力係數C、平均變形阻力km、板材寬度b及軋壓縮量ΔH簡單地所示。 >在工作輥10最弱部的應力>
接著，計算出工作輥10的最弱部的應力。於此，所謂最弱部係工作輥10在輥軋過程中最容易發生如裂縫等的缺陷的部分。
圖3為所示圖1的X部分的放大圖，並且所示為工作輥10的輥頸Rn的圖。工作輥10的最弱部位在輥頸Rn處，其係為僅往內側隔開從頸軸承的軸向的中心(如圖3中所示的Z)到最弱部的距離Ln之階梯式的圓肩部分(如圖3中所示的Y)。
此外，當僅使驅動工作輥10的一側時，將水平力Ph的一半(由於工作輥10由左右輥軸承座支撐，因此減一半)及最大彎曲力Fb(施力用以抑制工作輥10當進行輥軋時的變形)的合力Fc作用在工作輥10的最弱部。
作用於輥軸承座上的最大彎曲力Fb可依經驗值以下列式子表示。
Fb =1/4．Dw1 2 ・・・(2) 作用在輥軸承座上的合力Fc可以下列式子表示。
Fc = √((Ph / 2)2 + Fb2 )・・・(2-1) =√((Ph / 2)2 +(1/4．Dw1 2 )2 ) 作用在工作輥10的最弱部的應力σn 可由下式列子表示。
σn =α．Fc．Ln/Zn =α√((Ph / 2)2 +(1/4．Dw1 2 )2 ) ．Ln / (π/32． (kn．Dw1 )3 )・・・(3) α：最弱部的應力集中係數 Zn：最弱部的剖面係數 Kn：相對於當工作輥為新品時的直徑(公稱直徑)Dw1N 與最弱部的直徑之比例 >單驅動廢棄直徑和公稱直徑的計算> 接著，在設計工作輥10的直徑時，計算出作為工作輥10直徑的標準的單驅動廢棄直徑和公稱直徑。於本說明書中，工作輥的公稱直徑係指使用前的工作輥新品直徑，而工作輥廢棄直徑係指當丟棄因使用而磨損的工作輥時的工作輥的直徑。
單驅動廢棄直徑係專注於單側驅動時所產生的水平力Ph並且將最大彎曲力Fb視為零(使用單側驅動時的水平力Ph來取代式子(3)中的合力Fc)來計算的工作輥10的廢棄直徑，與此相對應的公稱直徑係由單驅動廢棄直徑計算出的工作輥10的新品直徑。也就是說，單驅動廢棄直徑係將最大彎曲力Fb視同為不存在而僅基於在單側驅動時產生的水平力Ph來計算，因此，於此，為了方便起見將其稱為「單驅動」廢棄直徑，並與後述的工作輥廢棄直徑Dm(此廢棄直徑也考慮了最大彎曲力Fb)區分。
若使用水平力Ph以取代式子(3)中的合力Fc，則獲得以下式子。
σn =α．Ph /2．Ln/(π/32．(kn．Dw1 )3 ) =α．1/4．C．km．b．ΔH．Ln/(π/ 32．(kn．Dw1 )3 )・・・(4) 然後，使用式子(4)導出(作為係數計算)作為基準的輥軋設備的σn 及與某個輥軋設備的σn 具有相同值時，基準的輥軋設備的工作輥10的單驅動廢棄直徑與某個輥軋設備的工作輥10的單驅動廢棄直徑的關係性。
假設基準的輥軋設備規格中最大板材寬度bo 時的單驅動廢棄直徑為Dmino ，作用在工作輥10的最弱部上的應力σno 可以由以下式子來表示。
σno =α．1/4．C．km．bo ．ΔH．Lno /(π/32．(ko ．Dmino )3 )・・・(5) Ko ：最弱部的直徑相對於Dmino 的比例 假設某個輥軋設備的規格中最大板材寬度bx 時的單驅動廢棄直徑為Dminx ，作用在工作輥10的最弱部上的應力σnx 可以由以下式子來表示。
σnx =α．1/4．C．km．bx ．ΔH．Lnx / (π/ 32．(ko ．Dminx )3 ) 在此，假設β= bx / bo = Lnx / Lno 且γ= Dminx / Dmino ，應力σnx 可使用bo 、Lno 及Dmino 且以下列式子來表示。
σnx =α．1/4．C．km．βbo ．ΔH．βLno /  (π/32．(ko ．γDmino )3 )・・・(6) 然後，當以下式子成立時，式子(5)和(6)成為相同式子。也就是說，基準的輥軋設備的工作輥10和某個輥軋設備的工作輥10的強度(工作輥10的最弱部的應力)變得相等。
β2 =γ3 γ=β2/ 3 =(bx /bo )2/3 ・・・(7) 然後，從已知值的基準的輥軋設備的單驅動廢棄直徑Dmino 和基準的輥軋設備最大板材寬度bo 與某個輥軋設備的最大板材寬度bx 和γ的關係式= Dminx / Dmino 及式子(7)可以計算出在某個輥軋設備中之工作輥10的單驅動廢棄直徑Dminx (具有與基準的輥軋設備的單驅動廢棄直徑Dmino 相同的強度的單驅動廢棄直徑Dminx )。換句話說，足以明白若單驅動方式之每種設備規格的工作輥廢棄直徑由每個最大板材寬度比的2/3次方來確定，就可確保工作輥的基本強度。
作為具體的數值，基準的輥軋設備的最大板材寬度bo 被設定為1250mm，相對於由硬質材料主體構成的軋製表(軋道次數和每個軋道的輥軋條件等)，一般的鍛鋼輥的容許應力設定為22kgf / mm2 (216MPa)，根據極限設計計算出基準的輥軋設備的廢棄直徑Dmino 的結果為250 mm。此外，圖所示為以此為基準從各輥軋設備的最大板材寬度bx 計算出各輥軋設備的單驅動廢棄直徑Dminx 。
圖4為所示輥軋設備的最大板材寬度及工作輥10的單驅動廢棄直徑與公稱直徑之間的關係的曲線圖。其中，橫坐標所示為輥軋設備的最大板材寬度，縱坐標所示為採用工作輥10的直徑時的單驅動廢棄直徑和公稱直徑，單驅動廢棄直徑係由實線所示而公稱直徑係由虛線表示。
另外，應用本發明的被輥軋材料3的最大板材寬度(在輥軋設備的規格中最大板材寬度)係最小為900mm，最大為2000mm，因此圖4所示為在所述範圍內的單驅動廢棄直徑及公稱直徑的計算值。亦即，作為輥軋對象之被輥軋材料3的設計上最大板材寬度為落於900mm至2000mm的範圍內。
另外，在本實施例中，從由於工作輥10的廢棄直徑(最小直徑)與新品直徑(最大直徑)的比例根據近年來工作輥表面硬度深度特性的改善效果已從大於等於0.9更改為大於等於0.8，因此將更改後的比率0.8亦適用於單驅動廢棄直徑與公稱直徑之間的比率。亦即，工作輥10的公稱直徑係藉由將工作輥10的單驅動拋廢棄直徑的先前計算出的值除以0.8來計算，並且將其計算結果在圖4中以虛線表示。
此外，利用如上所述改變工作輥10的廢棄直徑與新品直徑之間的比率，相較於習知技術，可以獲得工作輥基本單元的改進效果(藉由延長工作輥10的壽命來抑制成本)和減小因單驅動不同直徑輥軋產生的輥軋負載或轉矩的效果(在上下工作輥10的直徑為不同的狀態下進行的輥軋稱為不同直徑輥軋，單驅動不同直徑輥軋，相較於相同直徑的輥軋，在相同的軋壓縮量ΔH下，工作輥10的輥軋負載或轉矩較低。)。 ＜工作輥10的直徑的決定＞
其次，由工作輥10的最弱部的應力σn 及工作輥10的安全率來絕定工作輥廢棄直徑Dm 及工作輥新品直徑Ds 。具體而言，相對於以各輥軋設備的硬質材料為主體的軋製表(pass schedule)，將一般的鍛鋼輥的容許應力設定為22kgf / mm2 (216MPa)，且從式子(3)，計算出工作輥10的最弱部相對於合力Fc的應力σn ，並以安全率為預定值以上(在本實施例中為1.3以上)的方式決定工作輥廢棄直徑Dm 和工作輥新品直徑Ds 。
圖5為所示基於各設備規格的最大板材寬度所決定的工作輥新品直徑Ds 及工作輥廢棄直徑Dm 的參數的表。在圖5的表中，揭露有1至9之九個示例作為應用例。應用例1為規格最大板材寬度為1050mm的輥軋設備，應用例2至4為規格最大板材寬度為1250mm的輥軋設備，應用例5至7為規格最大板材寬度為1600mm的輥軋設備，應用例8和9為規格最大板材寬度為1850mm的輥軋設備。以下，以應用例1為例，說明決定工作輥廢棄直徑Dm 和工作輥新品直徑Ds 的步驟。
首先，確認工作輥10的單驅動廢棄直徑。由於在應用例1的輥軋設備中能夠輥軋的被輥軋材料3的最大板材寬度為1050mm，因此可知當在圖4的水平軸為1050mm的位置處的實線的縱軸的值(工作輥10的單驅動廢棄直徑)約為220mm。由於工作輥廢棄直徑Dm 可以確定為不低於該值作為標準，因此工作輥廢棄直徑Dm 暫定為225mm。然後，將工作輥廢棄直徑Dm 除以0.8，並將工作輥新品直徑Ds 暫定為280mm。
接著，根據板材寬度b(實際要輥軋的被輥軋材料3的板材寬度b)、軋壓縮量ΔH等參數以及等式子(1)，(2)和(2-1)來計算合力Fc，並使用式子(3)計算工作輥10的最弱部的應力σn 。然後，確認工作輥10的最弱部的應力σn 是否其安全率相對於普通鍛鋼輥在22kgf / mm2 (216MPa)時的容許應力的預定值以上，如果安全率為預定值以上，則可以說暫定的工作輥新品直徑Ds 和工作輥廢棄直徑Dm 在強度上沒有問題。
當以如此的步驟來確定各輥軋設備的工作輥新品直徑Ds 和工作輥廢棄直徑Dm 時，就如圖5的應用例1至9所示，工作輥10的直徑落於200mm至450mm的範圍內。亦即，兩個工作輥10的直徑落於200mm至450mm的範圍內。
此外，當計算每個輥軋設備的軀體長度L(由於本發明的軀體長度L1 和軀體長度L2 具有相同的尺寸，因此以下，將軀體長度L1 和軀體長度L2 稱為軀體長度L)與工作輥新品直徑Ds 之間的比例L / Ds ，以及每個輥軋設備的軀體長度L與工作軋輥廢棄直徑Dm 之間的比例L / Dm 時，則數值為顯示在圖5中表格右側的兩列中的數值。另外，關於軀體長度L與工作輥10的直徑的比例L/D，L/Ds 為最小值而L/Dm 為最大值，並且當進行輥軋時落於L/Ds 與L/Dm 之間的範圍內。
圖6係以工作輥10的軀體長度L所示圖4的水平軸，並且將顯示圖5所示的應用例1至9之工作輥新品直徑Ds (三角形點)和工作輥廢棄直徑Dm (圓點)以及軀體長度L和工作輥直徑的比例L/D = 4及L/D = 7繪製的圖。
如圖6所示，工作輥廢棄直徑Dm 係以上述步驟確定，當確定工作輥新品直徑Ds 使得工作輥廢棄直徑Dm 與工作輥新品直徑Ds 之比例變為0.8以上時，所有工作輥新品直徑Ds (三角形點)和工作輥廢棄直徑Dm (圓點)都在L/D = 4到7的範圍內(在L/D = 4和L/D = 7之曲線間)。
藉此，使用第一工作輥10a和第二工作輥10b以符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0和4.0≦L2 /Dw2 ≦7.0，藉由如此的使用來確保工作輥10的強度。 ＜工作輥10的運用方法＞
接下來，將說明工作輥10的運用方法。於第一實施例中， 由於第一工作輥10a與第二工作輥10b具有相同的規格(至少軀體長度的尺寸和輥頸Rn的形狀為相同)並且可互換，因此可應用以下所述的工作輥10的運用方法。
由於輥軋機的工作輥其表面會隨著磨損而變粗糙，因此必須在每次使用一定時間後對其表面進行研磨。因此，輥軋工廠通常要準備複數個用於工作輥的備用件，且此等備用件為對每個輥給予編號，並由輥軋車間設備進行管理。
在安裝全新的工作輥作為第一工作輥10a及第二工作輥10b並開始輥軋之後，在使用一段時間的時間點，由於工作輥的磨損程度不同，故輥直徑會產生偏差。工作輥與使用時間成比例地多少磨損而其直徑會縮短係已知為其經驗值，因此將每個工作輥(備用輥)編號與使用時間相關聯來建立資料庫，由此管理每個工作輥(備用輥)的直徑。
經由操作期間，從新品廣泛地分佈到廢棄直徑附近的輥時，在複數個備用輥中，分別取出直徑與公稱直徑之比大於和小於預定基準值的兩個備用件，在取出的兩個備用輥中，將直徑較小的輥與第一工作軋輥10a交換而將直徑較大的輥與第二工作輥10b交換。這樣的基準值較佳約0.9。
另外，較好為在第一工作輥10a的直徑Dw1 與公稱直徑Dw1N 之比例(Dw1 / Dw1N )達到0.8時丟棄第一工作輥。較佳係基於使用時間與磨損程度之間的關係(經驗值)計算包含第一工作輥和第二工作輥及備用輥之每個輥直徑，以避免設備的複雜化。然而，本發明不限於該方法，並且可以直接測量第一工作輥的直徑以判斷直徑Dw1 與公稱直徑Dw1N 之間的比率(Dw1 / Dw1N )為0.8。 ＜第一實施例的有效性＞
如上所述，第一實施例的輥軋機1係包括隔著穿通線配置於上下兩側的兩個工作輥10，且兩個工作輥10均設置有一個備用輥12的四段的輥軋機1，，其中，兩個工作輥10具有相同的軸向長度和輥頸Rn形狀並且可以彼此互換，在兩個工作輥10中，作為其中一個工作輥10的第一個工作輥10a配置以不旋轉驅動，而作為另一個工作輥10的第二個工作輥10b配置以旋轉驅動，第一工作輥10a的軀體長度L1 與直徑Dw1 的比例(L1 /Dw1 )符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0，並且第二工作輥10b的軀體長度L2 與直徑Dw2 的比例(L2 /Dw2 )符合4.0≦L2 / Dw2 ≦7.0。因此，可以提供即使使用小直徑的工作輥10也能夠承受高轉矩的驅動裝置，並且能夠抑制成本的輥軋機1。
近年來，為了提高汽車等的高強度化或輕量化為目的，需要一種即使為高扭矩也能夠驅動比傳統直徑小的小直徑工作輥10的輥軋機。然而，在傳統方法中，已產生主軸強度不足、輥軋機大型化、高速輥軋時的振動、轉矩循環等問題。
相對於此，在第一實施例的輥軋機1中，首先，當一般而言上下工作輥10應均被旋轉驅動時，僅工作輥10的一側(第二工作輥10b)旋轉驅動。藉此而解決了上下的主軸之間的干擾，且擴大主軸直徑的空間，並藉由增加直徑以提高主軸強度，進而可提供一種能夠承受大扭矩並且能高速旋轉的主軸。
此外，由於可以使用便宜的普通十字銷式萬向接頭來而非使用昂貴的特殊齒輪主軸型來確保主軸的強度，故能夠抑制成本。
另外，由於萬向節的最大傾斜角約為8°至10°且大於齒輪主軸(最大傾斜角約1.5°)，故為確保輥開口不需要如齒輪主軸之類的長主軸，並且可以抑制輥軋機尺寸的大型化。
另外，由於僅驅動第二工作輥10b來進行輥軋，所以不會發生轉矩循環，因此不需要嚴格控管上下工作輥之間的直徑差。
第二，將第一工作輥10a和第二工作輥10b用作具有相同規格的工作輥10。亦即，即使在相同的規格(直徑)下，上下工作輥10的磨損量仍不同，因此可以獲得上述不同直徑輥的輥軋的效果。另外，由於規格相同，因此與專利文獻1(日本專利第3290975號公報)所公開的一般的不同直徑輥的輥軋機(上下工作輥規格不同)相比，能夠減少工作輥、頸軸承、頸密封件等操作備件(耗材)的種類和數量。
第三，將工作輥10在4.0≦L1/Dw1 ≦7.0及4.0≦L2/Dw2 ≦7.0的範圍內使用。如同第一實施例的輥軋機1，當僅驅動第二工作輥10b來進行輥軋時，會產生較大的水平力Ph，並且會有工作輥10的強度不足之問題，但是藉由以符合4.0≦L1 /Dw1 ≦7.0及4.0≦L2/Dw2 ≦7.0的方式使用工作輥10，針對任何輥軋設備，都可以確保工作輥10具有足夠的強度。
此外，在第一實施例中，將各工作輥的廢棄直徑(最小直徑)與公稱直徑(最大直徑，新品直徑)之比例設為0.8以上。
換言之，有助於延長工作輥壽命的同時，可提高減小由單側驅動不同直徑的輥軋而產生的輥軋負載或扭矩的效果。
另外，在第一實施例中，兩個工作輥10的直徑落於200mm至450mm的範圍內。
換言之，當工作輥10的直徑在200mm至450mm的範圍內時，即使在使用小直徑工作輥10時也可為承受高扭矩的驅動裝置並可提供抑制成本的輥軋機1。
此外，在第一實施例中，作為輥軋對象的被輥軋材料3的設計最大板材寬度落於900mm至2000mm的範圍內。
換句話說，由於以被輥軋材料3的最大板材寬度落於900mm至2000mm的範圍內設計輥軋設備，故在該範圍內，可以提供即使使用小直徑的工作輥10也可為承受高扭矩的驅動裝置並可抑制成本的輥軋機1。
此外，在第一實施例中，工作輥的運用方法，第一工作輥10a的直徑Dw1 係以小於第二工作輥的直徑Dw2 輥軋，以及第二工作輥10b的直徑Dw2 與第二工作輥10b的公稱直徑(新品直徑)Dw2N 的比(Dw2 / Dw2N )基準值以上時，在第二工作輥位置處使用第二工作輥10b的直徑Dw2 ，第一工作輥10a的直徑Dw1 與第一工作輥10a的公稱直徑(新品直徑)Dw1N 之比例小於基準值，並且在第一工作輥位置處使用到廢棄直徑止。雖基準值只要適當地設置為大約0.85至0.95的值即可，但與當直徑相對於公稱直徑之比變為約0.9時就丟棄的習知方法相比且從使用更長輥的角度來看，較佳基準值設定為0.9，從而也使用磨損到較小直徑的備用輥件。根據工作輥10的運用方法，總是在第一工作輥10a直徑小於第二工作輥10b的狀態下進行輥軋(不同直徑的輥軋狀態)。換句話說，根據本實施例的工作輥10的運用方法，由於能夠始終進行單驅動不同直徑輥軋，因此能夠提高降低單驅動不同直徑輥軋而產生的輥軋負載的效果。 ＜第二實施例＞
在第一實施例中，儘管沒有偏置(工作輥10的旋轉中心與備用輥12的旋轉中心在輸送方向上的位置為相同位置。圖2所示之位置關係)，但在第二實施例中，如圖7所示，以存在偏置(第一工作輥10a的旋轉中心及第二工作輥10b的旋轉中心中的至少一方係與備用輥12的旋轉中心在輸送方向上的位置為不同位置)的方式進行輥軋。
圖7係與圖2對應的圖，用於說明在偏置輥軋時作用於工作輥10的力的示意性剖視圖。此外，雖稍後將使用計算公式來詳細說明，但藉由在工作輥10在偏置的狀態下進行輥軋，可以減小在工作輥10上所產生的水平力。
在第二實施例的輥軋機150，為了針對在每個板材寬度上從軟材質到硬材質的多種軋製表且在工作輥10上穩定地產生最佳的水平力，可以改變偏置量的偏置裝置100(相當於輥偏置裝置)及偏置控制部130(相當於偏置量控制裝置)係設置在輥軋機1的非驅動的第一工作輥10a上。
亦即，除了輥軋機1以外，輥軋機150進一步包括配置以在兩個工作輥10中，僅使第一工作輥10a可以在輥軋機1的輥軋方向上之進料側往水平方向偏置預定的偏置量的輥偏置裝置(偏置裝置100)及配置以控制輥偏置裝置(偏置裝置100)，以使第一工作輥10a朝向進料側僅偏置預定的偏置量的偏置量控制裝置(偏置控制部130) 構成。
圖8係偏置裝置100的剖面圖，圖9所示為偏置控制部130的示意圖。 在圖9中，軸向的一側稱為驅動側而另一側稱為操作側。
如圖9所示，偏置裝置100，於第一工作輥10a的出料側操作側具有第一偏置裝置100a，於入料側操作側具有第二偏置裝置100b，於出料側驅動側具有第三偏置裝置100c，於入料側驅動側具有第四偏置裝置100d。並且，第一至第四偏置裝置100a至100d為相同類型的裝置。
因此，以下，當第一偏置裝置100a至第四偏置裝置100d的說明重複時，將說明第一偏置裝置100a，並且將省略其他裝置的說明(附圖中的標記符號也將被省略)。此外，圖8所示為從操作側觀察到的偏置裝置100，並且在偏置裝置100中，所示出第一偏置裝置100a及第二偏置裝置100b。
第一偏置裝置100a包括第一位置調整缸102a、第一位置檢測傳感器104a、第一上部彎曲塊106a、第一突出塊(Project block)108a、第一彎曲缸110a及第一下部彎曲塊112a。
第一位置調整缸102a係藉由使用第一氣缸前端102ae推動輥軋機1的輥軸承座9，而將由輥軸承座9所支撐的第一工作輥10a往輸送方向之進料側移動(偏置)。此外，第一位置調節缸102a設置在第一上部彎曲塊106a中(也可設置在第一突出塊108a中)，在第一氣缸前端102ae的相反側設有第一位置檢測傳感器104a。
第一位置檢測傳感器104a係用於檢測第一位置調整缸102a的位置的傳感器，並且用於控制第一氣缸前端102ae在輸送方向上的位置。
第一上部彎曲塊106a以能往上下移動的方式設置在第一突出塊108a中。此外，第一上部彎曲塊106a在輥軸承座9側呈現下凹形狀，並且與相對的輥軸承座9的凸形狀相嵌合。亦即，第一上部彎曲塊106a在上下方向上束縛輥軸承座9，只要第一上部彎曲塊106a往上下移動，第一工作輥10a將經由輥軸承座9往上下移動。
此外，第一上部彎曲塊106a與設置在第一下部彎曲塊112a中的第一彎曲缸110a連接，且第一彎曲缸110a可在第一下部彎曲塊112a內往上下方向移動。
亦即，只要第一彎曲缸110a往上下方向移動，第一工作輥10a將經由第一上部彎曲塊106a及輥軸承座9往上下方向移動。
然後，當進行輥軋時，第一彎曲缸110a以抵抗工作輥10的彎曲的方式使工作輥10移動。因此，在工作輥10中產生上述之最大彎曲力Fb。
接下來，利用參考圖7說明減小在偏置情況下輥軋中的水平力的效果。如圖7所示，在第二實施例中，在非驅動的第一工作輥10a的旋轉中心相對於接觸輥的旋轉中心(第一備用輥12a及第二工作輥10b的旋轉中心)往進料側偏置的狀態下進行輥軋。
此外，由偏置產生的第一工作輥10a的水平力Fh1 可以由以下式子表示。
Fh1 = Pr．(2．e1 /(Db1 + Dw1 )−2．e2 /(Dw1 + Dw2 ))・・・(8) Db1 ：第一備用輥12a的直徑 e1：第一工作輥10a與第一備用輥12a之間的偏置量 e2：第一工作輥10a與第二工作輥10b之間的偏置量 張力、來自接觸輥的慣性力或摩擦力等也會作用在工作輥10上，但上述之輥軋反作用力Pr的水平力Ph和由偏置所引起的水平力Fh1 主要作用在工作輥10上，故利用將等式子(1)和(8)相加，就可以由以下式子來所示作用在第一工作輥10a上的水平力F1 。
F1 = Ph + Fh1 = 1/2．C．km．b．ΔH+ Pr．(2．e1 /(Db1 + Dw1 )−2．e2 /(Dw1 + Dw2 ))・・・(9) 此外，由偏置所產生的第二工作輥10b的水平力Fh2 可以由以下式子表示。
Fh2 = Pr．(2．(e1 + e2)/(Db2 + Dw2 )+ 2．e2 /(Dw1 + Dw2 ))・・・(10) Db2 ：第二備用輥12b的直徑 同樣在第二工作輥10b中，水平力Ph和水平力Fh2 也是主要施加的力，因此，利用將式子(1)和(10)相加就可以由以下式子來表示作用在第二工作輥10b上的水平力F2 。
F2 = -Ph + Fh2 = -1/2．C．km．b．ΔH+ Pr．(2．(e1 + e2)/(Db2 + Dw2 )+ 2．e2/( Dw1 + Dw2 ))・・・(11) 圖10所示為使用上述式子在有偏置及無偏置的兩種條件下計算水平力F1 和水平力F2 的結果。圖10的左表所示為在無偏置的條件下計算出的結果，而圖10的右表所示為在有偏置的條件下計算出的結果。另外，圖10所示出使用冷可逆式輥軋機(從進料側往出料側進行輥軋，然後將下一軋道從出料側向進料側輥軋的輥軋機)的示例。
如圖10的左表所示，在無偏置的條件下，產生正負符號在奇數軋道(從進料側往出料側輥軋)和偶數軋道(從出料側往進料側輥軋)中反轉的大的水平力。
另一方面，如在圖10的右表中所示，在有偏置的條件下，第一工作輥10a的偏置量會對每軋道改變，與無偏置的情況相比，水平力F1 、F2 減小到一半以下。
亦即，透過在各軋道中進行輥軋而使第一工作輥10a至進料側的適當位置偏置，與無偏置的情況相比，能夠將水平力F1 、F2 減小至一半以下。然後，與式子(2)中所示的最大彎曲力Fb = 26.4噸(259 kN)的合力Fc係由從式子(2-1)導出√(26.42 +(11.0 / 2)2 )= 27.0噸(265 kN)，使得可讓合力Fc的增加抑制到最大彎曲力Fb的約2%。
換言之，在工作輥10當中的非驅動側的工作輥10(第一工作輥10a)設置有可改變偏置量的偏置裝置100，利用使非驅動的工作輥10(第一工作輥10a)的旋轉中心相對於接觸輥的旋轉中心(在本實施例中，為第一備用輥12a及第二備用輥10b的旋轉中心)偏置到進料側的適當位置而進行輥軋，在各軋道中，可以抑制工作輥10的外力，並且可以進行穩定的輥軋。
此外，當水平力F1 減小時，可以增加每個軋道的軋壓縮量ΔH。亦即，在單側驅動輥軋中，可以利用偏置來增大軋壓縮率(軋壓縮量ΔH/進料側板厚H1)。
另外，對於偏置量e1 = -4.5 mm、e2 = 4.5 mm代表為只有第一工作輥10a往進料側移動4.5 mm，而第二工作輥10b的旋轉中心在輸送方向上與備用輥12位於相同位置(無偏置)。
其次，將參照圖8和圖9來說明有偏置的輥軋之輥軋方法(輥軋控制)。具體來說，將說明一種輥軋方法(輥軋控制)，在該輥軋方法中，係使用輥軋機150，使第一工作軋輥10a在水平方向上往輥軋機1的輥軋方向的進料側偏置預定的偏置量，從而進行輥軋。在下面說明中，假設要被輥軋材料3從圖8和圖9所示的進料側(左側)往出料側(右側)輸送並進行輥軋。
偏置控制部130包括設置在對應於第一偏置裝置100a至第四偏置裝置100d中的每一個的偏置位置控制盤132上的PI控制器，控制閥、氣缸壓力檢測傳感器，且對第一至第四偏置裝置100a至100d中的每一個執行相同的控制。因此，以下，當第一偏置裝置100a至第四偏置裝置100d的說明重複時，將僅說明第一偏置裝置100a，並且將省略其他裝置的說明(附圖中的符號也將被省略)。
首先，在開始輥軋之前，出料側操作側的第一偏置裝置100a的第一位置調整缸102a和出料側驅動側的第三偏置裝置100c的第三位置調整缸102c將第一工作輥10a推入到進料側，使第一工作輥10a以相對於備用輥12的旋轉中心位於進料側的預定位置的方式偏置(移動)。
如此一來，進料側操作側的第二偏置裝置100b的第二位置調整缸102b與輥軸承座9之間的間隙(圖8所示的間隙)及進料側驅動側的第四偏置裝置100d的第四位置調整缸102d之間的間隙被設定。由於如此的間隙係以偏置裝置100在輥軋期間不會過度地限制輥軋機1的方式設置，因此，例如，也可基於來自配管系統的壓力檢測傳感器122a的信號，以恆定較小的力來接觸輥軸承座9。
然後，在上述設置後，開始進行輥軋並且當進行輥軋時，以第一工作軋輥10a的偏置量成為恆定值的方式進行控制。具體而言，設置在偏置位置控制盤132上的第一PI控制器134a將從對應於第一位置調整缸102a的第一位置檢測傳感器104a所檢測到的實際位置值(偏置位置)與由軋製表預先確定的偏置指令值進行比較，計算偏置位置是否從偏置指令值偏離。
如果偏置位置偏離偏置命令值，第一PI控制器134a將經由第一控制閥120a將第一位置調整缸102a的位置控制為偏置指令值，以使偏置指令值與實際位置值之間的偏差為零。壓力檢測傳感器122a用作於監視預先計算出的水平力是否正確的監視器，並且用於校正偏置指令值。
另外，偏置指令值不僅考慮輥軋負載以及水平力F1 、F2 ，也要考慮到在進料側與出料側的被輥軋材料3之間的張力差、來自備用輥12的軸承摩擦扭矩的傳遞力、當加速和減速時的備用輥12的慣性力等來確定。 ＜第二實施例的有效性＞
如上所述，根據第二實施例的輥軋機150，進一步包括配置以在兩個工作輥10中，僅第一工作輥10a可以往輥軋機1的輥軋方向相對於進料側水平偏置預定的偏置量的輥偏置裝置(偏置裝置100)及配置以控制輥偏置裝置(偏置裝置100)，以使第一工作輥10a往進料側偏置預定的偏置量的偏置量控制裝置(偏置控制部130)，且利用使第一工作輥10a在輥軋機1的輥軋方向上的進料側往水平方向偏置預定的偏置量來進行輥軋。
因此，由於可以以改變第一工作輥10a的偏置量的方式進行輥軋，並可以減小水平力F1 、F2 ，故能夠抑制彎曲並減小工作輥10的直徑。另外，從式子(9)和(11)可以看出，如果減小水平力F1 、F2 ，就可以增加每個軋道的軋壓縮量ΔH。也就是說，在單側驅動之輥軋中，利用使第一工作輥10a往進料側僅偏置預定的偏置量，可以增加軋壓縮率。(軋壓縮量ΔH/進料側板材厚度H1)。
在冷輥軋中，特別係在串列式輥軋機中，根據被輥軋材料3的材料、板材厚度、板材寬度b，以多樣化的軋製表進行輥軋，由於軋道的次數少所以必須減小工作輥的直徑以增加每個軋道的軋壓縮量ΔH。亦即，在先前技術中，當僅驅動工作輥10的單側進行輥軋時，由於在工作輥10上會產生大的水平力Ph，因此難以減小工作輥10的直徑。
另一方面，輥軋機150可以藉由偏置裝置100及偏置控制部130使第一工作輥10a偏置到與輥軋方向相反側(進料側)以進行輥軋，所以可以減小水平力F1 、F2 ，並且可以減小工作輥10的直徑。此外，能以更高的軋壓縮率進行輥軋。
此外，由於可以改變偏置量，因此可以根據每個軋製表將第一工作輥10a調整到適當的偏置位置，從而可以進一步減小水平力F1 、F2 ，且可以進一步減小工作輥10的直徑，並且能以更高的軋壓縮率進行輥軋。
此外，藉由減小水平力F1 、F2 ，能夠相對性提高工作輥10的強度、頸軸承的強度等，從而可以預期延長工作輥10和頸軸承的壽命。
此外，如第二實施例所述，在僅驅動第二工作輥10b的單側驅動輥軋機150中，由於水平力Ph往與輥軋方向相同的方向作用在第一工作輥10a上，並且水平力Ph在與輥軋方向相反的方向上作用在第二工作輥10b上，所以有效地在與輥軋方向相反的方向(進料側)上僅使第一工作輥10a偏置。
例如，由於當第一工作輥10a和第二工作輥10b同時偏置時，第一工作輥10a與第二工作輥10b之間的偏置量e2將歸零，因此減小水平力F1 、F2 的效果較小，並且增加第二工作輥10b的水平力F2 。
此外，當第一工作輥10a往與輥軋方向相反側(進料側)上偏置並且第二工作輥10b往輥軋方向(出料側)上偏置時，雖降低水平力F1 、F2 的效果很高，但由於必須另在兩個工作輥10b的側面上設置偏置裝置，因此會提高設備成本和相關設備的維護成本，並且偏置裝置的控制系統也變得複雜。 ＜其他實施例＞
以上，已經基於上述實施例說明了根據本發明的輥軋機1及輥軋機150，但上述本發明的實施例係為了易於對本發明的理解，並且本發明並不限於上述實施例。本發明可以在不脫離宗旨的情況下對本發明進行修改和變化，同時當然本發明包含其均等物。
在上述實施例中，雖非驅動的工作輥10a由上輥表示，而驅動工作輥10b由下輥表示，但非驅動工作輥10a也可作為下輥，而驅動工作輥10b可作為上輥。此外，輥軋機1雖為四段結構，但不以此為限制，例如，也可以在工作輥10與備用輥12之間設有中間輥的六段輥軋機。在此種情況下，可以計算出工作輥10與中間輥之間的偏置量，而而非計算出工作輥10與備用輥12之間的偏置量。
另外，在上述實施例中，說明藉由一台輥軋機對被輥軋材料3進行輥軋的輥軋設備，但本發明並不以此為限制，且亦可適用於由一台或複數台機架構成的可逆式輥軋機、由一台或複數台機架構成的不可逆式輥軋設備、由一台或複數台機架構成的串列式輥軋機之任一種。
在上述實施例中，輥軋機1的工作輥10雖係一款不往軸向位移的輥軋機，但也可以使工作輥10往軸向位移的平移式輥軋機。
圖11為與圖5相對應的圖，在平移式輥軋機中，用以所示被確定的工作輥新品直徑Ds 和工作輥廢棄直徑Dm 的每個參數表，圖12為與圖6相對應的圖，在平移式輥軋機中，橫軸由工作輥10的軀體長度L所示，並且為繪製圖11所示的應用例1至9之工作輥新品直徑Ds (三角點)和工作輥廢棄直徑Dm (圓點)，以及軀體長度L與工作輥直徑的比例L/D=4及L/D=7的圖。另外，在平移式輥軋機中，工作輥10的軀體長度L為最大板材寬度加上約(最大板材寬度×0.12至0.14)而得到的數值(從圖11所示的表格右邊起第三行的位移量)。
另外，在平移式輥軋機中，與上述實施例同樣地確定工作軋輥廢棄直徑Dm ，且以工作輥廢棄直徑Dm 與工作輥新品直徑Ds 之比為0.8以上的方式確定工作輥新直徑Ds。如此一來，即使在平位式輥軋機中，如圖12所示，工作輥廢棄直徑Dm 及工作輥新品直徑Ds 將落於軀體長度L/D與工作輥直徑L之比為L/D=4至7的範圍內。
1:輥軋機 3:被輥軋材料 5:主軸 7:驅動部 7a電動機 7b齒輪聯軸器 7c減速器 8:殼體 9:輥軸承座 10:工作輥 10a:第一工作輥 10b:第二工作輥 12:備用輥 12a:第一備用輥 12b:第二備用輥 Dw1:第一工作輥直徑 Dw2:第二工作輥直徑 Ds(Dw1N):工作輥新品直徑 Dm:工作輥廢棄直徑 L:工作輥軀體長度 L1:第一工作輥軀體長度 L2:第二工作輥軀體長度 Lp:工作輥接觸弧長 b:板材寬度 km:平均抗變形能力 Fb:最大彎曲力(彎曲力) Fc:合力 σn:最弱部的應力 L/D:軀體長度與直徑之比例 L/Ds:軀體長度與直徑之比例的最小值 L/Dm:軀體長度與直徑之比例的最大值 Db1:第一備用輥的直徑 Db2:第二備用輥的直徑 H1進料側板材厚度 H2出料側板材厚度 ΔH:軋壓縮量 Pr:輥軋反作用力 Ph:單驅動方式的水平力 Fh1:由偏置作用在第一個工作輥上的水平力 Fh2:由偏置作用在第二個工作輥上的水平力 F1:作用在第一個工作輥上的水平力 F2:作用在第二個工作輥上的水平力 Ln:從輥頸軸承中心到最弱部的距離 Kn:相對於工作輥新品直徑(公稱直徑)的最弱部的直徑之比例 Rn:輥頸 e1:第一工作輥和第一備用輥的偏置量 e2:第二工作輥和第二備用輥的偏置量 100:偏置裝置(輥偏置裝置) 100a:第一偏置設備 100b:第二偏置設備 100c:第三偏置設備 100d:第四偏置設備 102a:第一位置調整缸 102b:第二位置調整缸 102c:第三位置調整缸 102d:第四位置調整缸 102ae:第一氣缸前端 104a:第一位置檢測傳感器 106a:第一上部彎曲塊 108a:第一突出塊 110a:第一彎曲缸 112a:第一下部彎曲塊 120a:第一控制閥 122a:第一氣缸壓力檢測傳感器 130:偏置控制部(偏置量控制裝置) 132:偏置位置控制盤 134a:第一PI控制器 150:輥軋機
圖1為根據第一實施例的輥軋機1的示意性側視圖。 圖2為用於說明輥軋時作用於工作輥10的力之示意性剖面圖。 圖3為圖1中的X部分的放大圖，並且所示為工作輥10的輥頸Rn的示意圖。 圖4為所示輥軋設備的最大板寬、工作輥10的單驅動廢棄直徑和公稱直徑之間的關係的曲線圖。 圖5為所示為對基於各設備規格的最大板材寬度而確定的工作輥新品直徑Ds 和工作輥廢棄直徑Dm 的各參數的表。 圖6為以工作輥10的軀體長度L所示圖4的水平軸，並且將圖5所示的應用例1至9之工作輥新品直徑Ds (三角點)和工作輥廢棄直徑Dm (圓點)，以及軀體長度L與工作輥直徑的比例L/D=4及L/D=7繪製的示意圖。 圖7為用於說明當第一工作輥10a朝向進料側偏置並進行輥軋時作用於第一工作輥10a的力的示意性剖面圖。 圖8為偏置裝置100的剖面圖。 圖9為所示偏置控制部130的示意圖。 圖10所示為在有無進行偏置的兩種條件下分別計算水平力F1 和水平力F2 的結果。 圖11為所示在工作輥朝軸向位移的輥軋機中確定的對工作輥新品直徑Ds 和工作輥廢棄直徑Dm 的參數的表。 圖12所示為在工作輥朝軸向位移的輥軋機中，將該水平軸由工作輥10的軀體長度L所示，並且將圖11所示的應用例1至9之工作輥新品直徑Ds (三角點)和工作輥廢棄直徑Dm (圓點)，以及軀體長度與工作輥直徑的比例L/D=4及L/D=7繪製的圖。
無
Ds:工作輥新品直徑
Dm:工作輥廢棄直徑
b:板材寬度
km:平均抗變形能力
△H:軋壓縮量
Ph:單驅動方式的水平力
Fb:最大彎曲力(彎曲力)
Fc:合力
σn:最弱部的應力
L/Ds:軀體長度與直徑之比例的最小值
L/Dm:軀體長度與直徑之比例的最大值

Claims (10)

  1. 一種四至六段的輥軋機，包括：兩個工作輥，隔著穿通線而配置於上側與下側，該兩個工作輥都設置有至少一個備用輥，其中，該兩個工作輥具有相同的軸向長度及輥頸形狀並且可以彼此互換，在該兩個工作輥中，作為其中一個工作輥的一第一個工作輥配置以不旋轉驅動，而作為另一個工作輥的一第二個工作輥配置以旋轉驅動，該第一工作輥的軀體長度L1與直徑Dw1的比例(L1/Dw1)符合4.0≦L1/Dw1≦7.0，並且該第二工作輥的軀體長度L2與直徑Dw2的比例(L2/Dw2)符合4.0≦L2/Dw2≦7.0。
  2. 如請求項第1項所述之輥軋機，進一步包括一電動機，該電動機之旋轉軸僅連接於該第二工作輥。
  3. 如請求項第1或2項所述之輥軋機，其中該兩個工作輥的該直徑落於200mm至450mm的範圍內。
  4. 如請求項第1或2項中任一項所述之輥軋機，其中作為輥軋對象的被輥軋材料的設計上的最大板寬落於900mm至2000mm的範圍內。
  5. 如請求項第1或2項中任一項所述之輥軋機，其中該兩個工作輥的每一個的廢棄直徑對公稱直徑之相對比例為0.8以上。
  6. 如請求項第1或2項中任一項所述之輥軋機，進一步包括：一輥偏置裝置，配置以在該兩個工作輥中，僅使該第一工作輥能夠朝向相對該輥軋機的一輥軋方向上之一進料側之一水平方向偏置一預定偏置量；以及一偏置量控制裝置，配置以控制該輥偏置裝置，以使該第一工作輥朝向該進料側僅偏置該預定偏置量。
  7. 一種使用如請求項第6項所述之輥軋機的輥軋方法，包括：朝向相對該輥軋機的該輥軋方向上之該進料側的該水平方向偏置該預定偏置量以輥軋該第一工作輥。
  8. 一種如請求項第1至6項中任一項所述之輥軋機的工作輥的運用方法，包括：在該輥軋機中使用與該兩個工作輥軸向長度和輥頸的形狀相同的複數個備用輥一定時間之後再取出及保存該複數個備用輥；從被取出且被保存的該複數個備用輥中，取出直徑對公稱直徑之相對比例大於及小於一預定基準值的兩個備用輥；以及於被取出的該兩個備用輥中，將較小直徑者與該第一工作輥交換且將較大直徑者與該第二工作輥交換。
  9. 如請求項第8項所述之工作輥的運用方法，其中該預定基準值為0.9。
  10. 如請求項第8或9項所述之工作輥的運用方法，進一步包括當該第一工作輥的直徑對該公稱直徑的比率(Dw1/Dw1N)達到0.8時，則丟棄該第一工作輥。
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