JPH04100615A - 圧延用孔型ロール - 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】 産業上の利用分野 この発明は、管材や棒材の孔型圧延に使用される圧延ロ
ールに係り、ロール本体とロール軸とから組合された圧
延用孔型ロールに関する。

従来の技術 管材や棒材の孔型圧延に使用される圧延用孔型ロールは
、第９図に示すごとく孔型（１−１）を有する中空のロ
ール本体（１）と、該ロール本体の中空部に密に内嵌す
るロール軸（２）との組合せからなっている。

この圧延用孔型ロールの場合、圧延時にはロール本体（
１）の孔型（１−１）に働く面圧Ｐのために、ロル本体
の孔型底断面には引張応力σｔが働く。

この引張応力σｔの分布はロール本体（１）の孔型底表
面で最大値となり、この最大値をσｔｒｎａｘとすると
、圧延条件によっては面圧Ｐが高くその結果σｔｍａｘ
が高くなり、このσｔｍａｘがロール本体の材料強度を
超えると孔型底表面にクラックが入りロール本体に割れ
が発生する。

また、ロール本体の孔型底表面は、加工熱や潤滑油によ
る冷却で繰返し熱応力が働くためクラックがより発生し
易くなる。

このロール割れ対策として、従来、ロール材質をより強
度の高い材質に変更する方法がこうじられているが、ロ
ールコストが高価につくこと、また一般に高強度材はど
靭性が低下し、衝撃による割れを発生し易いという問題
がある。

また、他の方法として、ロール本体とロール軸との接触
面に間隙を設ける方法が知られている（特公昭５９−２
５６１号公報、特開昭６１−２１６８０７号公報参照）
。

この方法は、いずれもロール本体の中央部またはこれに
対応するロール軸位置に凹部を形成することによって、
圧延中の面圧の垂直方向成分によりロールを撓ませて孔
型底に圧縮応力を発生させ、圧延力により生じる孔型底
の引張応力を軽減させるものである。

すなわち、ロール反力によりロール孔型底断面に曲げ応
力を発生させ、その曲げ応力がロール孔型表面では圧縮
応力となるため、この圧縮応力により前記の引張応力最
大値σｔｍａｘを軽減させて割れ防止をはかる方法であ
る。

発明が解決しようとする課題 しかし、前記のロール本体中央部またはこれに対応する
ロール軸位置に凹部を形成する方法によっても、下記の
理由によりクラックやロール割れを十分に防止すること
はできなかった。

第１０図は周方向で半径が漸減する孔型が形成された冷
間ピルガ−圧延機の孔型ロールに加わる面圧の垂直方向
成分（ロール反力）Ｐと、これにより生じる孔型底断面
の平均引張応力σＨおよび孔型底表面の引張応力σＴ　
（第９図のσｔｍａｘに相当）とのロール周長方向分布
値の一例を示すもので、横軸はロール周方向の位置、縦
軸はロール反力、引張応力である。

すなわち、この図によれば、ロール反力Ｐが最大となる
のは、ロール周方向位置のセクションＮ０９０．３付近
であり、また平均引張応力σＨが最大となるのはロール
反力Ｐの最大位置とほぼ一致するが、孔型底表面の引張
応力σＴが最大となるのはセクションＮｏ、　０．５５
付近であることがわかる。

このように、ロール反力最大位置に対し、孔型底表面の
引張応力最大位置が国有方向すなわち孔型半径が小さい
方にずれているのは、平均引張応力σＨはロール反力が
大きくなるにしたがって増加するが、同じロール反力で
あっても孔型半径が小さくなるにつれて孔型底表面の引
張応力σＴは応力集中により増加するため、両者の影響
により図示のように孔型底表面の引張応力σＴが最大と
なる位置は孔型半径の小さい方にずれるのである。

また、図中の孔型ロールの割れ多発領域は、孔型底表面
の引張応力σＴ最大位置と一致しているこのような分布
を示す孔型ロールに、前記の凹部形成技術を採用した場
合、ロール孔型底に発生する圧縮応力は、ロール反力そ
のものの大きさに依存しているため、孔型底表面の引張
応力最大位置において生ずる圧縮応力は、ロール反力最
大位置で生ずる圧縮応力より小さく、したがって孔型底
表面の引張応力最大位置における圧縮応力による効果が
少なく、ロール割れが発生する。

この発明はこのような実状よりみて、ロール本体中央部
またはこれに対応するロール軸位置に凹部を形成する方
法の前記問題点を解決し、高寿命、低コストの圧延用孔
型ロールを提供しようとするものである。

課題を解決するための手段 この発明は、孔型を有する中空のロール本体とロール軸
とを組合せた状態で、前記孔型の底部にロール本体の幅
方向の圧縮応力が付与されていること、およびこの圧縮
応力付与に加えてロール本体の軸方向中央部内面とこれ
に対応するロール軸の外面とのいずれか一方または両方
に凹状空隙部が設けられてなる圧延用孔型ロールを要旨
とするものである。

作　　　　用 孔型を有する中空のロール本体とロール軸とからなる圧
延用孔型ロールにおいて、孔型の底部にロール本体の幅
方向の圧縮応力を付与することにより、クラックや割れ
の原因となる孔型底表面の引張応力０丁の最大値σＴｌ
ｌ１ａＸを低下させることができる。

前記圧縮応力の付与手段としては、ロール本体とロール
軸とを焼きばめまたは冷しぼめにより組立てる際に、焼
きばめまたは冷しぼめ代をロール本体の幅方向の両側で
大きく中央部に向って漸減することによって孔型の底部
に圧縮応力を付与することができる。

さらにこの際、ロール本体の軸方向中央部内面とこれに
対応するロール軸の外面とのいずれか一方または両方に
凹状空隙部を設けることによって孔型表面に生じる圧縮
応力と、焼きばめまたは冷しぼめ代をロール本体の幅方
向の両側で大きく中央部に向って漸減することによって
孔型底部に生ずる圧縮応力とにより、孔型底部に大きな
圧縮応力を付与することができる。

すなわち、焼きばめまたは冷しぼめ代をロール本体の幅
方向の両側で大きく中央部に向って漸減する具体的な方
法としては、次に記載する手段を用いることができる。

（ａ）　　ロール軸の焼きばめまたは冷しぼめ部に、外
径がロール本体中央部に向ってテーバ状に漸減するロー
ル軸を内径等径のロール本体に焼きばめまたは冷しぼめ
する方法。

（ｂ）外径等径のロール軸と、内径がロール本体幅方向
中央部に向ってテーパ状に増加する中空部を有するロー
ル本体とを焼きばめまたは冷しぼめする方法。

（ｃ）内径等径のロール本体の中空部に凹状空隙部を設
け、外径がロール本体中央部に向って漸減するテーバ付
きロール軸を焼きばめまたは冷しぼめする方法。

（ｄ）内径がロール本体幅方向中央部に向ってテーパ状
に増加する中空部に凹状空隙部を設け、外径等径のロー
ル軸を焼きばめまたは冷しぼめする方法。

また、別の方法として、ロール本体の孔型底部に周方向
対応押圧ヘッド部を有する押圧環をロール軸に螺合また
はキー止めし、ロックナツトまたは締付ナツトで圧縮力
を付与する方法を用いることができる。

実　　　施　　　例 第１図〜第４図はこの発明に係る圧延用孔型ロールのロ
ール本体とロール軸を例示したもので、それぞれ図（Ａ
）はロール軸、図（Ｂ）はロール本体を一部省略して示
す縦断面図であり、いずれも焼きばめまたは冷しぼめ代
がロール本体の幅方向の両側で大きく中央部に向って漸
減するものである。

第１図は内径等径の中空部（１１−１）を有するロール
本体（１１）と、焼きばめまたは冷しぼめ部の外径がロ
ール本体両端部から中央部に向ってテーパ状に漸減する
ロール軸（１２）とを組合せてなる孔型ロールであり、
焼きばめまたは冷しばめ代（１１−３）を付与したもの
である。

すなわち、この孔型ロールの場合は、ロール本５体とロ
ール軸を焼きばめまたは冷しぼめした際、ロール軸（１
２）のテーバ作用によりロール孔型（１１−２）の底部
に圧縮応力が生じる。

第２図は外径等径のロール軸（２２）と、内径がロール
本体幅方向中央部に向ってテーパ状に増加する中空部（
２１−１＞を有するロール本体（２１）とを組合せてな
る孔型ロールであり、焼きばめまたは冷しばめ代（２１
−３）を付与したもので、この孔型ロールの場合も焼き
ばめまたは冷しぼめにより孔型（２１−２）の底部に発
生する圧縮応力は、前記第１図のものと実質的に等価で
ある。

第３図は内径等径の中空部（３１−１）のロール輻方向
中央部に凹状空隙部、（３１−３・）を設けたロール本
体（３１）と、第１図に示すロール軸と同じテーバ付き
ロール軸（３２）とを組合せてなる孔型ロールである。

この場合は、焼きばめまたは冷しばめ代（３１−４）に
よる圧縮応力と、凹状空隙部（３１−３）によるロール
の撓みにより発生する圧縮応力が孔型（３１−２）の底
部に発生する。

第４図は内径がロール本体中央部に向ってテーパ状に増
加する中空部（４１−１）のロール幅方向中央部に凹状
空隙部（４１−３＞を設けたロール本体（４１）と、外
径等径のロール軸（４２）とを組合せてなる孔型ロール
であり、この場合も前記と同様、焼きばめまたは冷しば
め代（４１−４＞による圧縮応力と、凹状空隙部（４１
−３）によるロールの撓みにより発生する圧縮応力が孔
型（４１−２）の底部に発生する。

ここで、ロール内面をテーパ状に加工した場合の焼きば
めまたは冷しぼめによる圧縮応力の発生機構について説
明すると、第５図、第６図に示すごとく焼きばめまたは
冷しぼめ代はロール本体幅方向中心でδｍｉｎ　、両端
部でδｍａｘであり、焼きばめまたは冷しばめを実施す
ると破線状にロールが変形し孔型（２１−２）　（４１
−２）の底部に圧縮応力が付与されるのである。

次に、焼きばめまたは冷しぼめ代の決定方法について説
明する。

■　平均焼きばめまたは冷しばめ代（δｍｅａｎ）従来
のピルガ−圧延用の孔型ロール（テーパ加工なし、凹状
空隙部なし）の場合、ロール本体とロール軸とのスリッ
プを防止するために、焼きばめまたは冷しぼめ力が設計
仕様として設定されており、この焼きばめまたは冷しぼ
め力を確保するために焼きばめまたは冷しぼめ代も設定
されている。

したがって、焼きばめまたは冷しぼめ代が第５図に示す
ごとく、ロール本体両側でδｍａｘ　、中央部でδｍｉ
ｎの場合、平均焼きばめまたは冷しばめ代δｍｅａｎ　
（（δｍａｘ＋δｍ１ｎＸ１／２　）　’ｒが前記設定
焼きばめまたは冷しばめ代以上となるようにする。

■　最大焼きばめまたは冷しばめ代（δｍａｘ　）ロー
ル軸およびロール本体は例えばＪＩＳ　−３ＫＤ１１種
を素材とし、最終焼入れおよび焼戻しにより強度が調整
されており、焼戻し温度は鋼種により異なるが、低いも
のでは２５０℃程度である。

なお焼きばめの場合のロール本体加熱温度は、前記焼き
戻し温度以上になるのを避ける必要があり、またロール
本体表面の軟化を防止するためには２００℃程度以下の
温度とするのが好ましい。

したがって、最大焼きばめ代δｍａｘは、ロール本体の
加熱による熱膨張代を基準とし、また最犬冷しばめ代δ
ｍａｘはロール軸の冷却による収縮代を基準とし、これ
に作業性等を考慮して決定される。

■　最小焼きばめまたは冷しばめ代（８ｍ１ｎ）平均焼
きばめまたは冷しばめ代（δｍｅａｎ）　、最大焼きば
めまたは冷しばめ代（δｍａｘ　）が決定されれば、δ
ｍｉｎは下記式で計算できる。

δｍｉｎ　＝　２δｍｅａｎ−δｍａｘ上記のごとくδ
ｍａｘ　、δｍｉｎ　を決定し、ロール本体両側がδｍ
ａｘ　、同中央部がδｍｉｎ　となるように、ロール軸
またはロール本体の中空部をテーバ状に加工する。

なお、第６図に示すように、ロール本体中空部に凹状空
隙部を有する孔型ロールの場合、凹状空隙部は焼きばめ
または冷しぼめ時の焼きばめまたは冷しばめ力確保に寄
与しないため、凹状空隙部の幅に応じて両側の平均焼き
ばめまたは冷しばめ代δｍｅａｎを大きくとり、最大焼
きばめまたは冷しぼめ代と最小焼きばめまたは冷しぼめ
代を決定する。

以上のようにして焼きばめまたは冷しばめ代を決定する
と、焼きばめまたは冷しばめ代のテーパ簀度（第５図ａ
、第６図β）に応じてロール本体のフランジ部が孔型方
向に倒れ、孔型の底部に前記テーバ角度α、βに応じた
圧縮応力σＡが働く。

ところで、前記のようにして焼きばめまたは冷しばめ代
のテーバ角度を決めた結果、孔型底部に働く圧縮応力σ
Ａが大きくなり、またこれに伴い中空部中央に働く引張
応力σＢも大きくなり、圧延中に孔型底表面に働くσＴ
ｍａｘから前記の予め付与された圧縮応力σＡを減算し
たものが、中空部中央に働く引張応力σＢより小さくな
ることがある。

このような状態になると、孔型底部からのロール割れは
防止できるものの、中空部中央からのロール割れが生じ
るおそれがある（引張応力σＢが大のため）。この時は
、σＴｍａｘからσＡを減算した値が約σＢになるよう
に、焼きばめまたは冷しばめ代のテーバ角度を小さくす
る。

また、ロール本体中空部に凹状空隙部を設けたロールの
場合は、凹状空隙部によるロールの撓みにより底部に圧
縮応力が作用する。この圧縮応力と、前記焼きばめまた
は冷しばめ代のテーバ角度によって生じる圧縮応力とを
加算したものを、圧延中に働く引張応力σＴｍａｘから
減算した結果が中空部中央に働く引張応力σＢより４１
さくなる場合と同様にすればよい。

第７図は押圧環により孔型の底部に圧縮応力を付与した
孔型ロールを例示したもので、図（Ａ）は周方向同一孔
型ロール、図（Ｂ）は周方向テーバ孔型ロールをそれぞ
れ示す。

すなわち、図（Ａ＞は、周方向同一孔型（５１−２）を
有するロール本体（５１）と、該ロール本体に内嵌する
ロール軸（５２）との組合せからなる孔型ロールであっ
て、ロール軸に雄ねじ（５２−１）を形成し、孔型底部
に周方向に対応する押圧ヘッド部（５３−１）を有する
真円の押圧環（５３）をロックナツト（５４）と共にロ
ール軸の雄ねじ（５２−１）に螺合し、孔型底部に圧縮
力を付与したものである。

図（Ｂ）は、周方向テーパ孔型（６１−２）を有するロ
ール本体（６１）と、該ロール本体に内嵌するロール軸
（６２）との組合せからなる孔型ロールであって、孔型
底部に周方向に対応する押圧ヘッド部（６３−１）を有
する非真円の押圧環（６３）をロール軸（５２）に外嵌
するとともに、押圧ヘッド部（５３−１）と孔型底部と
の対応化のため沈キー（６５）にて回り止めし、締付は
ナラＩ−（６４）をロール軸の雄ねじ（６２−１）に螺
合し、孔型底部に圧縮力を付与したものである。

なお、図（Ａ）、（Ｂ）いずれも、凹状空隙部（５１３
）、（６１−３）と併用できることはいうまでもない。

実施例１ 第１表に示す条件で圧延した際の結果を第２表に示す。

供試Ｎｏ、　１は内面フラットロール、Ｎｏ、　２は内
面フラットロールに第１図に示す本発明を適用した例、
Ｎｏ、　３はロール内面に溝加工を施したロール、Ｎｏ
、　４はロール内面に溝加工を施したロールに第３図に
示す本発明を適用した例であり、いずれも焼きばめ法に
よったものである。

第２表の結果より明らかなごとく、内面フラットロール
に、テーパ付きロール軸を使用してロル孔型底部に圧縮
応力を付与した本発明ロールの場合は、従来の３〜４倍
のロール寿命が得られた。

また、ロール内面に溝加工を施したロールの場合は、テ
ーパ着きロール軸の作用により生ずる圧縮応力に、ロー
ル内面の凹状空隙部によるロールの撓みにより生じる圧
縮応力が加わるため、従来ロールの３倍以上のロール寿
命が得られた。

またさらに、冷しばめ法および押圧環使用によった場合
も同様の結果が得られた。

発明の効果 この発明は上記のごとく、ロール本体中空部がフラット
の孔型ロール、あるいはロール本体中空部に溝を有する
孔型ロールの、ロール本体とロール軸との焼きばめまた
は冷しぼめ代を、ロール本体の幅方向の両側で大きく中
央部に向って漸減せしめ、焼きばめまたは冷しぼめ力に
より、またさらには押圧環使用によって孔型底部にロー
ル本体の幅方向の圧縮応力を付与してなるから、ロール
本体の割れ防止効果が極めて大きく、高価な強度の高い
ロール材質を使用することなく、ロール寿命を著しく延
長させることができるという大なる効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の圧延用孔型ロールを例示し
たもので、第１図（Ａ）はテーパ付きロール軸を示す側
面図、同図（Ｂ）は内径等径の中空部を有するロール本
体を一部省略して示す縦断側面図、第２図（Ａ）は外径
等径のロール軸を示す側面図、同図（Ｂ）はテーパ付き
中空部を有するロール本体を一部省略して示す縦断側面
図、第３図（Ａ）はテーパ付きロール軸を示す側面図、
同図（Ｂ）は内径等径の中空部に凹部を設けたロール本
体を一部省略して示す縦断側面図、第４図（Ａ）は外径
等径のロール軸を示す側面図、同図（Ｂ）はテーパ付き
中空部に凹部を設けたロール本体を一部省略して示す縦
断側面図、第５図はテーパ付き中空部を有するロール本
体と外径等径のロール軸とからなる孔型ロールの焼きば
めまたは冷しぼめによる圧縮応力の発生機構を示す説明
図、第６図はテーパ付き中空部に凹部を有するロール本
体と外径等径のロール軸とからなる孔型ロールの焼きば
めまたは冷しぼめによる圧縮応力の発生機構を示す説明
図、第７図（Ａ）（Ｂ）は押圧環使用の圧延用孔型ロー
ルを例示したもので、（Ａ）は周方向同一孔型のロール
を示す縦断側面図、（Ｂ）は周方向テーパ孔型のロール
を示す縦断側面図、第８図（Ａ）（Ｂ）はこの発明の実
施例におけるロールタイプを示す概略図、第９図は面圧
Ｐによる圧延ロールの孔型底断面に働く引張応力σＴの
分布を示す説明図、第１０図は同上孔型ロールに加わる
面圧の垂直方向成分と、これにより生じる孔型の引張応
力とのロール周長方向分布値の一例を示す図である。 １１．２１．３１．４１．５１．６１・・・ロール本体
１２．２２．３２．４２．５２．６２・・ロール軸１１
−１．２１−１．３１−１．４１−１、・・中空部１１
−２．２１−２．３１−２．４１−２．５１−２．６１
−２・・・ロール孔型 １１−３．２１−３．３１−４． ３１−３．４１−３．５１−３． ５３．６３・・押圧環 ５４・・ロックナツト ６４・・・締イ寸ナツト ４１−４・・・焼きばめ代 ６１−３・・凹部 第５図 第６図 （Ａ） 第７図 （Ｂ） ｆ６−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 孔型を有する中空のロール本体と、該ロール本体の中空
   部に密に内嵌するロール軸とからなる圧延用孔型ロール
   であって、前記孔型の底部にロール本体の幅方向の圧縮
   応力が付与されていることを特徴とする圧延用孔型ロー
   ル。 ２ 請求項１に記載の圧延用ロールにおいて、ロール本体の
   幅方向中央部内面と、これに対応するロール軸の外面と
   のいずれか一方または両方に凹状空隙部を有することを
   特徴とする圧延用孔型ロール。