JPH07100181B2 - 冷間ロール成形方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、冷間ロール成形方法および装置に関し、特
に、板厚兼用ロールを用いて開放断面の異板厚同一サイ
ズ製品を成形する際に適用する冷間ロール成形方法およ
び装置に関する。

［従来の技術］ 冷間ロール成形では、開放断面を持ち外形寸法が同一で
板厚のみ異なる異板厚同一サイズ製品を成形する場合、
板厚兼用ロールを用いることが行われている。板厚兼用
ロールとは、複数に分割されたロールのロール幅方向位
置を各板厚に応じて調整することで、各板厚に対応する
ロール孔型を形成する成形ロールをいう。例えば、第４
図に示すウエブ1aとフランジ1bとリップ1cとからなるリ
ップ付き溝形鋼１を例に取って説明すると、製品サイズ
は外形寸法（ウエブ寸法Ｗ、フランジ寸法Ｆ、リップ寸
法Ｐの各寸法）を規定するので、板厚が異なれば材料の
展開長さ（理論上の全材料幅：板厚中心線の長さ）が異
なり、展開長さの内のウエブ部分長さL_w、フランジ部分
長さL_F、リップ部分長さL_pが板厚により変化する。した
がって、同一サイズ製品でも板厚が異なれば、成形の際
の折り曲げ位置が変化し、かつ、エッジの位置が変化す
る。例えば第５図のリップ折り曲げプロセスについてい
えば、Ａ寸法、Ｂ寸法、Ｃ寸法が板厚により異なる。し
かし、板厚兼用ロールでは、上水平ロール２および下水
平ロール３のロール幅方向の位置をシム４の厚さ調整に
より行ってＡ寸法、Ｂ寸法を調整するが、Ｃ寸法の調整
をロールの位置調整で行うことはできないので、Ｃ寸法
つまりエッジの高さ位置寸法を規定することはしない。
このように、板厚兼用ロールでは、ロールの位置調整で
各板厚毎の折り曲げ位置に対応させるが、エッジの高さ
位置は拘束しないロール孔型を持つ。なお、この場合、
兼用する範囲の最大板厚を基準としてロール孔型の設計
を行い、板厚の薄い製品の成形の際に前記のロールの幅
方向位置の調整で対応させる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、JISで規定される軽量形鋼の許容寸法精度は
±1.5〜±2.0mmであり、その程度の寸法精度に対しては
上記の板厚兼用ロールで十分対応できるが、例えば±0.
5mm程度の許容寸法精度が要求される場合にこれを満足
させることは容易でない。このような高精度の実現のた
めには、上記のＡ寸法、Ｂ寸法だけでなく、Ｃ寸法つま
りエッジ高さ位置も規定するロール孔型として、各板厚
に専用のロールを用いることが望ましい。しかし、各板
厚毎に専用ロールを持つことは、全成形スタンドについ
て板厚毎に専用のロールを備えることであり設備費（ロ
ール費用）が著しく増大するので、また、ロール組み替
えの機会が大幅に増大するので、大幅なコストアップを
もたらす。このような事情から、板厚兼用ロールを用い
ながら、かつ、高い寸法精度を実現できることが望まれ
ている。

ところで、材料の板幅方向に圧縮応力を作用させる成形
すなわち絞り成形を行って最終断面形状の寸法を得るこ
とは、丸管や角管などの閉鎖断面の成形においては一般
的であるが、折り曲げ成形で最終形状を得る溝形鋼やリ
ップ付溝形鋼その他の開放断面の軽量形鋼においては行
われていない。これは、折り曲げによる開放断面の成形
では、折り曲げ成形を行うこと自体が寸法を決定するこ
とに相当するので、鋼管の成形等の場合のごとく絞り成
形（いわゆるサイジング）で寸法調整を行う、という発
想はもともとないことによる。しかし、開放断面の成形
プロセスにおいても、材料の板幅方向に圧縮応力を作用
させること自体は、上記と異なる目的ではあるが行われ
ている。例えば、折り曲げ成形のコーナーアールをシャ
ープにするために、コーナーアールの両側の２辺に板幅
方向の圧縮応力を作用させることが特公平１−34686号
に開示されている。また、溝形鋼等の成形における切断
口変形を少なくするために、フランジ部に板幅方向の圧
縮応力を作用させることが特公昭62−36769号に開示さ
れている。しかし、これらは製品の寸法精度向上の目的
で行うのではない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、板厚兼用ロ
ールを用いながらも、かつ各板厚について高い寸法精度
を実現することができる冷間ロール成形方法および装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する請求項１の発明は、開放断面を持ち
外形寸法が同一で板厚のみ異なる異板厚同一サイズ製品
を、各板厚に対して共通に用いる板厚兼用ロールを用い
て成形する冷間ロール成形方法であって、 前記板厚兼用ロールにより略最終断面形状に成形した
後、その略最終断面形状に成形された成形材の外面に接
触して上下および左右から圧下する上下の水平ロールお
よび左右のサイドロールと、成形材の左右のエッジに接
触してこのエッジを拘束するエッジサイドロールとから
なる、板厚に固有のロール孔型を持つ絞り成形ロールに
より、成形材に板幅方向の圧縮応力を作用させて最終的
な所望の断面形状を得ることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の冷間ロール成形方法
を用いてリップ付溝形鋼を成形する冷間ロール成形装置
であって、 成形材のウエブ部に外面から接触するウエブ部水平ロー
ルと、リップ部に外面から接触するリップ部水平ロール
と、左右のフランジ部に外面から接触する左右のフラン
ジ部サイドロールと、左右のリップ部間に配置されて左
右のリップ部のエッジにそれぞれ接触するエッジサイド
ロールとからなる絞り成形ロールを備えたことを特徴と
する。

請求項３の発明は、請求項２におけるエッジサイドロー
ルの支持構造についてのものであり、リップ付溝形断面
の内側に位置するように支持された中子型ホルダに垂直
な軸心を持つ一対の軸受けを装着し、各軸受けに前記エ
ッジサイドロールと一体に設けた軸を抜き差し自在に嵌
合させたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３における軸受けをその外輪
外周面が互いに接触するように前記中子型ホルダに装着
し、エッジサイドロールに、前記軸受けと同径で外周面
が互いに接触するつば部を設けたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２のリップ部水平ロールに、
前記エッジサイドロールの端面に近接する小径外周面を
設けたものである。

［作用］ 異板厚同一サイズ製品におけるある板厚の製品を成形す
る場合には、その板厚に対応する固有のロール孔型を持
つ絞り成形ロールを、板厚兼用ロールを用いた通常の成
形ロールスタンドの下流に配置する。この板厚兼用ロー
ルによる成形では、例えば±1.5mm以内に収まる寸法精
度の略最終断面形状の成形材が得られる。

略最終断面形状に成形された成形材は絞り成形ロールを
通過する際に板幅方向の圧縮応力を受ける。すなわち、
上下の水平ロールと左右のサイドロールとで成形材の外
面に上下および左右から圧下が加えられるとともに、こ
の状態でエッジサイドロールが材料のエッジを拘束する
ことで、材料に板幅方向の圧縮応力が作用する。この圧
縮応力による材料の変形がコーナーアールに逃げること
で（つまりコーナーアールが小さくなることで）、成形
材の断面の外形寸法がロール孔型に対応する所望の寸法
にされる。つまり、絞り成形が行われる。

板厚が変更される場合には、板厚兼用ロールのロール幅
方向の位置を対応する板厚に応じて調整し、かつ、絞り
成形ロールのエッジサイドロールの位置調整または交換
をしてロール孔型を当該板厚のロール孔型に変更する。

上記により、板厚兼用ロールによる成形で例えば±1.5
〜±2mm程度の誤差が生じても、その後の絞り成形ロー
ルで例えば±0.5mm等の高い寸法精度を実現することが
できる。

請求項２の発明はリップ付き溝形鋼の成形に適用され
る。この場合、ウエブ部水平ロールとリップ部水平ロー
ルとで成形材のフランジ部に圧縮応力を作用させ、左右
のフランジ部サイドロールで成形材のウエブ部に圧縮応
力を作用させ、左右のフランジ部サイドロールと中間の
２つのエッジサイドロールとでそれぞれリップ部に圧縮
応力を作用させて、成形材の板幅方向の圧縮応力を作用
させる。すなわち、絞り成形を行う。

左右のリップ部の間にあって左右のリップ部のエッジに
それぞれ接触するエッジサイドロールは、水平ロールを
用いてリップ部のエッジを拘束する場合と比べて、径が
小さく済み上流からの材料の誘い込み接触長が短いの
で、材料とロールとの間のスリップが少なく、摩擦が小
さい。したがって、材料に擦り傷などを生じさせない。

請求項３の発明においては、エッジサイドロールを抜き
差しするだけで、板厚に応じたエッジサイドロールの交
換を行うことができ、板厚変更に簡単に対応することが
できる。

請求項４の発明においては、２つの軸受けの外輪外周面
が互いに接触し、同時に、エッジサイドロールに一体の
つば部も互いに接触するので、２つのエッジサイドロー
ルにリップ部の各エッジから作用する力によるモーメン
トが互いに打ち消され、エッジサイドロール支持構造の
剛性に対する要求が軽くなる。

また、前記つば部は成形材のリップ部の下面に位置する
ので、成形中にエッジサイドロールが抜けようとする場
合につば部がリップ部に当たり、抜け止めの作用を果た
す。

請求項５の発明においては、リップ部水平ロールの小径
外周面がエッジサイドロールにかぶさる形となるので、
エッジサイドロールの抜け止めが図られる。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。

第１図はリップ付き溝形鋼の成形に用いる絞り成形ロー
ルで、板厚兼用ロールによる成形ロールスタンドの下流
側に配置される。板厚兼用ロールは、第５図を参照して
先に説明した通りであり、図示略の成形スタンドの水平
な上下のロールシャフトにそれぞれ取り付けられた上水
平ロール２および下水平ロール３がいずれも複数に分割
されており、シム４の厚さ調整でロール幅方向の位置を
調整して、各板厚に対応させるロールである。したがっ
て、折り曲げ手順その他について、兼用しない限りでは
通常の成形ロールと同じである。

この絞り成形ロール10は、成形材１（なお、リップ付き
溝形鋼の製品および成形過程にあるものの両者を同じ符
号１で示している）のウエブ部1aの下面に接触するウエ
ブ部水平ロール11と、左右のリップ部1cの上面にそれぞ
れ接触する左右のリップ部水平ロール12と、左右のフラ
ンジ部1bの外面にそれぞれ接触する左右のフランジ部サ
イドロール13と、左右のリップ部1c間に配置されて左右
のリップ部1cのエッジ1dにそれぞれ接触する左右のエッ
ジサイドロール14とからなっている。

前記ウエブ部水平ロール11およびリップ部水平ロール12
は、詳細図示は省略したが、製品サイズに応じて上下に
移動調節可能である。また、左右のフランジ部サイドロ
ール13は同じく製品サイズに応じて左右に移動調節可能
である。また、前記リップ部水平ロール12には、エッジ
サイドロール14の上端面に近接する小径外周面12aを有
している。

前記エッジサイドロール14は、リップ付き溝形断面の内
側に位置するように支持された中子型ホルダ15に取り付
けられている。すなわち、前記中子型ホルダ15に垂直な
軸心を持つ１対の軸受け16をその外輪外周面が互いに接
触するように装着し、この軸受け16にエッジサイドロー
ル14の軸部14aを嵌入させるとともに、エッジサイドロ
ール14と一体に前記軸受け16と同径のつば部14bを設
け、このつば部14bどうしが同じく互いに接触するよう
にしている。エッジサイドロール14は、簡単に抜き差し
できるように軸部14aを単に軸受け16に嵌入させてい
る。また、エッジサイドロール14は、最も摩耗が激しい
ため、硬度の高い耐摩耗性の焼結合金等を使用するとよ
い。

この絞り成形ロール10は、成形材の反り、横曲がり、ね
じれを矯正するためのタークスヘッドロールと同様に成
形材の通過穴を持つ面板に移動調整可能に取り付けても
よいし、また、ウエブ部水平ロール11およびリップ部水
平ロール12は成形スタンドの水平なロールシャフトに取
り付け、これに合わせてフランジ部サイドロール13およ
びエッジサイドロール14を別途設置してもよい。

上述の板厚兼用ロールによる成形では、例えば±1.5mm
以内に収まる寸法精度の略最終断面形状の成形材が得ら
れる。この略最終断面形状に成形された成形材１は絞り
成形ロール10を通過する際に板幅方向の圧縮応力を受け
る。すなわち、ウエブ部水平ロール11とリップ部水平ロ
ール12とによる圧下で成形材１のフランジ部1bに圧縮応
力が作用し、左右のサイドロールによる左右からの圧下
でウエブ部1aに圧縮応力が作用し、左右のフランジ部サ
イドロール13と中間のエッジサイドロール14とでリップ
部1cに圧縮応力が作用し、こうして成形材全体に板幅方
向の圧縮応力が作用する。この圧縮応力による材料の変
形がコーナーアールに逃げることで（つまりコーナーア
ールが小さくなることで）、成形材の断面の外形寸法が
ロール孔型に対応する所望の寸法にされる。これによ
り、例えば±0.5mm程度の高い寸法精度が実現される。
なお、前述の板幅方向とは、第４図において１点鎖線で
示した材料の板厚中心線の長さ方向を意味する。

上述の絞り成形において、左右のリップ部1cの間にあっ
て左右のリップ部1cのエッジ1dにそれぞれ接触するエッ
ジサイドロール14は、水平ロールを用いてリップ部1cの
エッジ1dを拘束する場合と比べて、径が小さく済む。し
たがって、上流からの材料の誘い込み接触長が短く済
み、材料とロールとの間のスリップが少なく、摩擦が小
さくなり、材料に擦り傷などを生じさせない。

また、成形材が絞り成形ロール10に誘い込まれる際、成
形材にはウエブ部水平ロール11とリップ部水平ロール12
とが最初に当たり成形材１のフランジ部1bを加圧する。
次いで、左右のフランジ部サイドロール13に当たりウエ
ブ部1aを加圧する。最後にエッジサイドロール14に当た
りリップ部1cを加圧する。このような加圧順序によれ
ば、フランジ部1bが加圧され拘束された状態でウエブ部
1aを加圧するので、フランジ部1bの倒れのおそれがな
く、リップ部1cのエッジ1d位置の変動が防止され、この
ためコーナー部の絞り効果が高いと考えられる。

また、板厚変更の際には、エッジサイドロール14を軸受
け16から抜き取り、次の板厚に対応する外径を持つエッ
ジサイドロール14を軸受け16に単に差し込めばよいの
で、板厚変更時の作業は極めて簡単である。

また、２つの軸受け16の外輪外周面が互いに接触し、同
時に、エッジサイドロール14と一体のつば部14bも互い
に接触するので、２つのエッジサイドロール14にリップ
部の各エッジから作用する力によるモーメントが互いに
打ち消され、エッジサイドロール支持構造の剛性に対す
る要求が軽くなる。

また、前記つば部14bは成形材１のリップ部1cの下面に
位置するので、成形中にエッジサイドロール14が抜けよ
うとする場合につば部14bがリップ部1cに当たり、抜け
止めの作用を果たす。

また、リップ部水平ロール12の小径外周面12aがエッジ
サイドロール14にかぶさる形となるので、これによって
もエッジサイドロール14の抜け止めが図られる。

なお、実施例ではリップ付き溝形鋼について説明した
が、リップ付き溝形鋼に広義に類似した形状の開放断面
を持ち、材料の左右のエッジに接触するエッジサイドロ
ールによって成形材に板幅方向の圧縮応力を作用させる
ことが可能な断面形状であれば、本発明の適用が可能で
ある。

［発明の効果］ 本発明は上記の通り構成されているので、次のような効
果を奏する。

板厚兼用ロールによる成形後に板厚に固有のロール孔型
を持つ絞り成形ロールにより成形材に板幅方向の圧縮応
力を作用させて最終断面形状を得るものであるから、材
料のエッジ高さ位置を拘束しない板厚兼用ロールを用い
て折り曲げ成形するにも拘わらず、すべての板厚の製品
について同様に高い形状寸法精度を得ることができる。

また、板厚変更の際には、エッジサイドロールの位置調
整または交換を行うだけで、絞り成形ロールのロール孔
型を板厚固有のものとすることができるから、板厚変更
に対する対応が極めて容易である。

請求項２の発明によれば、エッジサイドロールの径が小
さくすみ上流からの材料の誘い込み接触長さが短いの
で、材料とロールとの間のスリップが少なく、摩擦が小
さい。したがって、材料に擦り傷などを生じさせない。

請求項３の発明によれば、エッジサイドロールの交換を
抜き差し操作のみで行うことができ、その作業が極めて
簡単である。

請求項４の発明によれば、２つの軸受けの外輪外周面が
互いに接触し、かつ、２つのエッジサイドロールのつば
部も互いに接触するので、各エッジサイドロールに働く
力によるモーメントが互いに打ち消され、エッジサイド
ロールの支持構造の剛性に対する要求が軽くなる。

また、前記つば部は成形材のリップ部の下面に位置する
ので、エッジサイドロールの抜け止めの作用も果たす。

請求項５の発明によれば、リップ部水平ロールの小径外
周面によりエッジサイドロールの抜け止めが図られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すものでリップ付き溝形
鋼の成形に用いる絞り成形ロールの正面図、第２図は同
平面図、第３図は同側面図、第４図はリップ付き溝形鋼
の断面図、第５図はリップ付き溝形鋼の成形におけるリ
ップ折り曲げプロセスの板厚兼用ロールの正面図であ
る。 １…リップ付き溝形鋼、1a…ウエブ部、1b…フランジ
部、1c…リップ部、1d…エッジ、２…上水平ロール（板
厚兼用ロール）、３…下水平ロール（板厚兼用ロー
ル）、４…シム、10…絞り成形ロール、11…ウエブ部水
平ロール、12…リップ部水平ロール、12a…小径外周
面、13…フランジ部サイドロール、14…エッジサイドロ
ール、14a…軸部、14b…つば部、15…中子型ホルダ、16
…軸受け。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開放断面を持ち外形寸法が同一で板厚のみ
   異なる異板厚同一サイズ製品を、各板厚に対して共通に
   用いる板厚兼用ロールを用いて成形する冷間ロール成形
   方法であって、 前記板厚兼用ロールにより略最終断面形状に成形した
   後、その略最終断面形状に成形された成形材（１）の外
   面に接触して上下および左右から圧下する上下の水平ロ
   ール（11），（12）および左右のサイドロール（13）
   と、成形材の左右のエッジ（1d）に接触してこのエッジ
   を拘束するエッジサイドロール（14）とからなる、板厚
   に固有のロール孔型を持つ絞り成形ロール（10）によ
   り、成形材に板幅方向の圧縮応力を作用させて最終的な
   所望の断面形状を得ることを特徴とする冷間ロール成形
   方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の冷間ロール成形方法を用い
   てリップ付溝形鋼を成形する冷間ロール成形装置であっ
   て、 成形材のウエブ部に外面から接触するウエブ部水平ロー
   ル（11）と、リップ部に外面から接触するリップ部水平
   ロール（12）と、左右のフランジ部に外面から接触する
   左右のフランジ部サイドロール（13）と、左右のリップ
   部間に配置されて左右のリップ部のエッジにそれぞれ接
   触するエッジサイドロール（14）とからなる絞り成形ロ
   ール（10）を備えたことを特徴とする冷間ロール成形装
   置。
3. 【請求項３】リップ付溝形断面の内側に位置するように
   支持された中子型ホルダ（15）に垂直な軸心を持つ一対
   の軸受け（16）を装着し、各軸受け（16）に前記エッジ
   サイドロール（14）と一体に設けた軸（14a）を抜き差
   し自在に嵌合させたことを特徴とする請求項２記載の冷
   間ロール成形装置。
4. 【請求項４】前記軸受け（16）をその外輪外周面が互い
   に接触するように前記中子型ホルダ（15）に装着し、前
   記エッジサイドロール（14）に、前記軸受け（16）と同
   径で外周面が互いに接触するつば部（14b）を設けたこ
   とを特徴とする請求項３記載の冷間ロール成形装置。
5. 【請求項５】前記リップ部水平ロール（12）は、前記エ
   ッジサイドロール（14）の側面に近接する小径外周面
   （12a）を持つことを特徴とする請求項２記載の冷間ロ
   ール成形装置。