JPH074606B2

JPH074606B2 - 金属の板、スラブまたはシートを圧延する装置および方法

Info

Publication number: JPH074606B2
Application number: JP60071865A
Authority: JP
Inventors: ジヨン・デービツド・トーマス
Original assignee: アイエムアイ・チタニウム・リミテツド
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: EP0159818B1; JPS60231506A; US5070718A; DE3565786D1; EP0159818A1; CA1284039C

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は１つ以上の厚味を有する、すなわち制御された
方法で厚味が変化する平たい金属製品の生産に係るもの
である。必ずしも限定するものではないが、特にチタ
ン、アルミニウム、ニッケル、鉄またはこれら金属をベ
ースとした合金に関して説明する。

チタン合金は製造費が高く、特に航空機の部品に使用す
るチタン合金の場合には高価である。そのような部品は
非常に高いレベルの完全性を必要とするため、金属を製
造するに必要な品質管理が非常にきびしく、製造費が更
にいちじるしく増加することになる。部品は複雑な構造
を有していることが多いので、当初の材料に費用のかさ
む機械加工を行う必要が多々ある。この機械加工作業で
は、ほとんど無価値なスクラップを多量に生ずることに
なる。

従来の技術従って、製造される製品を最終的正味形状にできるだけ
近くして製造する傾向がある。エンジンに使用する羽根
すなわちプロペラの製造では、羽根は適当なディスクに
取り付ける付け根を形成するように、機械加工または鍛
造される厚味を増した端部を有する比較的に薄いシート
メタルから成る必要がある。最初に、厚い板を使用して
余分な材料をすべて取り除く機械加工を行い、次いで、
付け根を形成するための厚味の大な端部を残して薄いシ
ートを形成することにより付け根を製造できることは明
らかであり、厚味を増した端部は当初の板の厚味を有し
ている。しかしながら、そのような機械加工は非常に費
用がかさみ収率は非常に低い。

発明が解決しようとする問題点従って、厚味を増した端部と、薄くしたすなわちテーパ
を付した本体部分と、を有するチタン板を製造する方法
が長い間求められていた。典型的には、チタンの板は50
0mmの幅を有し、厚味を増した端部は100mmの長さを有
し、板の薄い部分である本体部分は１¹/₂ｍの長さを有
している。

問題点を解決するための手段本発明は、圧延方向に１つ以上の厚味を有する金属を製
造するために金属の板、スラブまたはシートを圧延する
装置を提供するものである。この装置は、１対の加工ロ
ールと、少くとも１対の支えロールと、を有する圧延機
から成り、該加工ロールには、加工ロールの長手方向の
中間部分全体にわたり加工ロールの全周に延びる半径方
向の凹所が設けられており、加工ロールの少くとも１つ
には、板、スラブまたはシートの厚味の大なる方の部分
を収容して、該部分が圧延されないようにするポケット
が設けられており、該ポケットは該凹所内にて加工ロー
ルの表面に位置決されていることを特徴とする。

作用加工ロールは、使用の際には一方向のみに回転するよう
にすることが好ましく、圧延する金属を加工ロール間に
その片側から送給し、送給側とは反対側のロールの挾持
部から排出するようにしてある。

圧延のため、加工ロールの回転に先立ち、金属の少くと
も一部分を凹所に収容して金属の先端を圧接して位置決
めする端部ストッパを設けることができる。端部ストッ
パは、金属用の確実なストッパとして使用する第１の位
置と、圧延されている金属が加工ロールの挾持部分から
出られるようにする第２の位置と、の間を可動である。
端部ストッパは、第１の位置にある際には、金属をスト
ッパに押し付ける加工ロールの作用により、第２の位置
に押されるよう弾性的に偏倚される。しかし、通常の負
荷力は、端部ストッパを第１の位置から第２の位置に押
すには不十分である。端部ストッパの第１の位置は可変
である。

長手方向軸線に関して非対称的形状の製品を製造するこ
とが所望の場合には、一対の加工ロールのうち、一方の
加工ロールを凹所か型かもしくはその両方を有する形状
とし、他方の加工ロールを凹所も型もない形状とするこ
とができる。

あるいはまた、２枚の板を互いに固着させ、予熱し、複
合物として圧延して、２枚の符合する非対称形状の板を
製造することもできる。該板のつぎ目が圧延されないよ
うに止め溶接化合物を用いてもよい。

凹所は、円周の一部分が深くなっている加工ロールの全
周に延びており、それにより圧延を行うどの個所にも支
えロールが接触しないようにできる。加工ロールの円周
は、圧延される金属の全長より大で良い。あるいはま
た、加工ロールの円周は、圧延される金属の全長より小
さくても良く、圧延に先立ち、金属の厚い部分と薄い部
分との間の変り目を凹所の主部分に入れて、金属をロー
ル間に位置決めできる。凹所は成形された変り目に、よ
り浅い個所に接続した深い部分を有していても良い。加
工ロールは１サイクル毎に１完全回転でき、また金属を
熱間圧延する以前に予熱できる。両方の加工ロールが金
属の板、スラブまたはシートをほぼＴ−字形の長さ方向
断面に圧延できるよう凹所を有することができる。

本発明はまた、金属のシート、板またはスラブを１対の
加工ロール間に差し込む段階と、加工ロールを１完全回
転かそれより短かい円周距離回転させて金属を加工ロー
ル間に通過させて金属の一部分の厚味を減少する段階
と、一方側から加工ロール間に差し込まれた金属が、加
工ロール間を一方向に進み加工ロール間の他方側の鋏持
部から排出されるように加工ロールを回転させる段階と
を備える金属圧延方法も提供する。該加工ロールには、
加工ロールの長手方向の中間部分全体にわたり加工ロー
ルの全周に延びる半径方向の凹所が設けられており、加
工ロールの少くとも１つには、板、スラブまたはシート
の厚味の大なる方の部分を収容して、該部分が圧延され
ないようにするポケットが設けられており、該ポケット
は該凹所内にて加工ロールの表面に位置決されているこ
とを特徴とする。この方法はチタンまたはアルミニウム
が６重量％、バナシウムが４重量％含まれているチタン
合金の如きチタン合金を圧延するのに特に適している。

本発明の方法と装置とは、一連のパスによりスラブの厚
味を減少させるため、１つまたは１対の凹所を有する１
対の加工ロールが使用できるようにする。この方法はチ
タン合金を熱間圧延するため使用するのが好ましく、チ
タン合金をアルファベータ界磁である高温にまで加熱
し、熱い間に圧延する。この方法は、チタンの板が厚味
を増した端部と、十分になめらかで表面ひび、くぼみお
よびその他の欠点がなくその後の加工中製作機械加工ま
たは化学的にフライス削りできるようにする表面を有す
る長く薄いすなわちテーパを付した本体部分と、を有す
るよう圧延できるようにする。

そのような圧延方法は、加工ロールの１完全回転のみで
圧延を行う場合にはまれであることは理解できよう。も
し加工ロールの円周が圧延される金属の長さより短かい
と、加工ロールの凹所が板にこぶを作るよう丸くなるこ
とは明かである。更にまた、板の長さが延びると、こぶ
の長さが板の圧延軸線に沿い延びることになる。

本発明はまた、前記方法によるか又は後記する装置を利
用して圧延した金属も提供する。後記するが、板、スラ
ブまたはシートの薄くされなかった部分は、生産方法
中、圧延されない任意の長さで良い。

圧延加工が金属の板を好ましくないゆがみを生じずには
正しい方向に変形させないので、段部の線に沿い圧延す
ることによっては適当な品質のそのような圧延板を生産
できないことは認められよう。更にまた、薄い部分を圧
延し、ロールを薄い部分と厚い部分との間の変り目で停
止させて、適当な品質の板に一貫して圧延しようとする
試みは実用的でないと判った。段部にまで熱間圧延する
には、金属を静かに圧延するが、その場合には、ロール
への熱損失はチタン合金の表面にひび割れが生じる程に
大となる。更にまた、圧延機を瞬時に停止するのは容易
でない。

また、好ましい具体例では、金属を開いた位置の圧延ダ
イス型に位置決めして圧延鍛造中に入口側に戻す圧延鍛
造とは異なり、金属はロール間を通り一方に通過するこ
とも理解できよう。また、圧延鍛造が棒状製品の生産に
使用する板、スラブまたはシート製品の製造にはこれま
で使用されなかったことも理解する必要がある。

更にまた、チタンを圧延するために要求される圧延圧力
が、処理温度によりかなり変動するという点で、チタン
を圧延する問題が従来のシートを圧延する問題とは異な
るということも理解できよう。チタンを変形させるのに
必要な圧力は、圧延中の製品の温度が少し下がってもき
わ立って増大する。

以下、本発明の具体例を添付図面を参照して詳細に説明
する。

実施例圧延により製造される製品が第４図に示してある。この
製品は、本質的に厚くした端部１と、それと一体にした
薄くした本体部分２と、を有するチタン合金のシートか
ら成る。典型的には、端部１は30mmの厚味を有し、本体
部分の厚味は7mmである。圧延された製品全体幅は500mm
で、端部１と本体部分２とを含めた全長は1,000mmであ
る。

第４図に示した製品は、本体部分２の厚味の当初の厚
味、500mmの幅および約400mmの長さを有する板から製造
する。製品は第１図ないし第３図に示した圧延機で圧延
により製造する。

圧延機はジャーナル5,6で支持した１対の加工ロール3,4
を備えている。ジャーナル5,6は、従来方法でフレーム
7,8に装着されている。支えロール9,10が加工ロール3,4
をそれぞれ支持している。支えロールは、従来方法でジ
ャーナル11,12によりフレーム7,8に装着されている。

加工ロール3,4には、それぞれポケット13,14が設けてあ
る。該ポケット13,14は、加工ロール3,4の円周の一部分
に延びていて、加工ロール3,4の回転中に、これらロー
ルが第１図に示した如く互いに向かい合うよう釣り合わ
せてある。金属板を圧延するため、金属板をローラテー
ブル15に沿い、加工ロール3,4間の挾持部に送る。板の
端部は第１図に示した如くストッパ16に圧接して位置決
めする。第１図に示した具体例では、板17は加工ロール
間の間隙間を運動してストッパ16に接触する。加工ロー
ル3,4を矢印18,19の方向に回転させると、カム面20,21
が板17に接触し、板を圧延してその厚味を減少させる。
板17は圧延された後、再び適当な手段により互いに接近
するよう運動させることができるように、同じ加工ロー
ル間を通り再び圧延される。従って、板の本体部分２の
厚味は、一連のパスにより連続的に減少できる。ポケッ
ト13,14は、本体部分２を最小の厚味にまで減少させる
際にも、端部１が全く厚味を減少されないような深さを
有している。

第３図に詳細に示してあるように、ポケット13,14は、
全周にわたる凹所22,23内に位置決めされて形成されて
いる。円周全体に凹所を形成する理由は後記する。円周
全体の凹所はまた第２図にも示してある。

多くのチタン合金は熱間圧延する必要かあり、第１図に
示した具体例は板を敏速に圧延できるようにする。加熱
されたチタン板は、ローラテーブル15上をストッパ16に
接触するよう送給される。ストッパ16は、ばね24により
支持されている。このばね24は、板17をロール間の間隙
に装入している間にストッパにかかる通常の負荷に耐え
る。しかしながら、加工ロールが回転すると、ロールの
作用でストッパ16にかけられた力により、ばね24が座屈
し、ストッパはピボットピン25を中心としてピボット運
動し、板17が圧延サイクル中加工ロールを通過できるよ
うにする。

第１図ないし第３図に示した製造方法により第４図に示
した段付きの板製品を製造する。本体部分２の厚味は非
常に狭い公差に制御できる。同様に重要なことは、本体
部分上の表面が非常に均一で表面のひびやくぼみの如き
欠点がないということである。ゆえに、本体部分の表面
を化学的に平削りにより最終寸法に容易に形成できる。
そのようなきれいな表面がない場合には、化学的平削り
に適するようにするために、本体部分２を事前に機械加
工または表面調整することが必要である。

第6A図ないし第6D図に示してあるように、１つの厚味の
板を段付き板に変形する方法は、一連のパスにより順次
に行なう。第6A図には板100が加工ロール101,102間に位
置決めして示してある。加工ロールは圧延加工を開始す
るために、板の挾持を開始したばかりである。最初のパ
ス中、板の厚味はポケット103,104を越えた部分上で減
少される。次いで、加工ロールを互いに接近するよう僅
かに動かし、ロールが更に回転する間に板をロール間に
差し込む。圧延面105,106が板100の端部を圧延せずに、
板の表面107,108のみに作用することが判る。加工ロー
ルは再び矢印方向に回転を開始し、板を圧縮して圧延を
開始する。板上にて、加工ロールが２回目のパスを行っ
た後、板を第6C図に示した如く薄くする。次に、第6D図
に示した如く最終的圧延を行い、厚くした端部109と、
薄くしたシート状部分110と、を有する製品に仕上げ
る。

第6A図ないし第6D図はすべて、加工ロールが回転を開始
した後の状態を示す。

第７図には加工ロールに板を差し込んた時の位置を示し
てある。板の端部111が、加工ロールを通過し、任意所
望の程度、突出できることが判る。加工ロールの部分10
5,106は、端部111の厚味より大きい距離互いに離れるよ
うに配置してある。その場合、端部111はポケット103,1
04により形成した間隙を通過して突出している。第７図
には、ポケット103,104が位置決めされている半径方向
凹所の肩部112,113が示してある。凹所を設けた理由は
後記する。

加工ロール3,4を支持するために、支えロール9,10を利
用することで、幅広い板を第４図に示した如く段付き板
に圧延できることが判った。しかしながら、加工ロール
には円周全体に延びる凹所を使用することが望ましい。
そのような凹所がなく、ポケットを加工ロールの円周の
僅かな部分にしか形成しない場合には、第5A図に示した
如き欠点が生じる。本体部分２に形成したこぶすなわち
厚味を増した部分30（第5A図に拡大して示してある）を
備えるこの欠点は、ポケット13,14が支えロール9,10に
達する位置にまでロールが回転し、加工ロールと支えロ
ールとの間に空間が生じ、支えロールが局部的に加工ロ
ールを最早や支持しなくなることによるものである。そ
の場合には、加工ロールは僅かに屈折して、こぶ30を形
成する。明らかに、何回かのパス中に板を圧延するに従
い、こぶ30は板の減少する厚味に相対的に厚味を増し、
従って最後には不均一な製品が形成される。この理由の
ため、厳密な公差に対しては、ポケット13,14または10
3,104は、円周全体にわたり延びている凹所に形成する
ことが好ましい。

また、圧延作業中あるいはその以前に、加工ロール3,4
を加熱することが好ましい。その理由は、加工ロールを
予熱することにより、これらロールが約100ないし200℃
のほぼ均一に高められた温度になることができるからで
ある。そのように予熱すると、第5B図に示した形式の板
の形成を避けることができる。第5B図から、本体部分２
の厚味31が本体部分２の厚味32より小であることが判
る。

従って、カム面21,20におけるロールの部分は常に熱い
金属と出会い、他方カム面20,21から離れた円周に沿う
部分は一連のパスが完了した後にのみ熱い金属と出会
う。従って、加工ロールは、半径方向に異なる熱膨張を
行い、本体部分２の厚味はそれに応じて本体部分２の長
さに沿い変化する。

もし所望ならば、第5C図に示した形式の製品を製造でき
る。第5C図から、製品が符号33で示した個所では、全体
にわたりほぼ一定の厚味を有しているが、符号34で示し
た個所では、全体にわたりテーパ状になっていることが
わかる。このテーパ状部分は、円周凹所すなわちポケッ
ト22,23を適当に機械加工することにより形成できる。

従って、以上説明した装置は、第5D図に示した如きほぼ
Ｌ−字形状の長さ方向断面の板の製造に利用することが
できる。この板では、端部１は、ほぼ平たい下面35と、
一定厚味の部分37およびテーパ状部分38を有する薄くし
た上面36と、を有している。もし所望ならば、厚味を減
少した部分の厚味は、その全長にわたり制御された方法
により、厚味を変えてテーパ付き部分２を形成すること
ができる。

第5D図に示した製品を製造するには、加工ロール３の１
つのみに、ポケットと、凹所と、を設ける。

また、段付き板の端部１は、任意所望の長さで良いこと
も理解できよう。圧延される製品を圧延以前にロールに
触れずにロール間隙を通過させると、端部１は数メート
ルの長さになり、ローラテーブル39の如きテーブルによ
り簡単に支持され、圧延は限られた長さ部分にわたり行
われ、段付き板の薄くした本体部分２を形成する。その
ような製品は、航空機の翼を製造する桁の製造に使用す
るのに有用である。

１つの凹所付きロールのみを使用して非対称の製品を圧
延することとは別に、一時に２個の非対称の製品を製造
できる。このことを行うため、１対のチタンまたはその
他の金属板を止め溶接で分離し、加熱し、たとえば第１
図に示した型式の装置で圧送する。これにより背中合わ
せにした１対の板を製造し、上方の板は第5D図に示した
如き断面を有し、下方の板はそれと鏡像である。圧延
後、その後の加工を行うために、板を簡単に分離するこ
とができる。

本発明は、チタンの段付き板の製造に特に応用できる。
チタンおよび６重量％のアルミニウムと４重量％のバナ
ジウムとを含むチタン合金の如きチタン合金は、温度依
存型の変形に要求される圧力に関して、非常に温度に敏
感である。製品の温度が下がるに従い、金属の変形に対
する抵抗は敏速に増大する。本発明の装置と技術によ
り、チタンを敏速に圧延でき、このように敏速に圧延す
ることで、ほぼ、ひび割れ、くぼみおよびその他の欠点
のない高度に無欠点の表面を有する段付き製品を製造で
きる。しかしながら、チタンおよびチタン合金以外の金
属も、図示し前記した手順により加工できることは理解
できよう。

効果本発明の圧延装置によれば、加工ロールの中間部分に、
全周にわたり凹所を設けることで、金属等の圧延される
べき幅方向を規定することができ、余分な膨らみを生ず
ることがない。またポケットを有することで、圧延され
るべき金属等の厚みの大なる方、すなわち圧延されない
部分がポケット内に収容されるので、圧延すべき部分の
長さ及び厚みを規定することができる。さらに、ポケッ
トが凹所内に位置決めされており、ポケットと支えロー
ルとが直接当接することがないので、加工ロールは常に
支えロールに支持されており、屈折することがない。し
たがって圧延表面にこぶ等を生じることなく、均一な圧
延加工が可能である。

また、本発明の圧延方法によれば、金属等は一方向への
み進行させられるので、１パスごとに加工ロール間の間
隙を変えることにより、容易に段付き製品に圧延加工す
ることもできる。

したがって、本発明の圧延装置及び方法によれば、圧延
表面にひび割れ、くぼみ、こぶ等の欠点を生じることな
く、温度変化に依存して変形しやすい金属等を迅速に圧
延加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は４ロール圧延機の一部断面側面図、第２図は第
１図の圧延機のロールを示す図、第３図は第２図のロー
ルの斜視図、第４図は圧延した板の等角図、第5A図ない
し第5D図は圧延した形式の製品の端面図、第6A図ないし
第6D図は圧延段階を示す端面図、第７図は更に別の圧延
工程の拡大図である。 3,4……加工ロール、9,10……支えロール、13,14……ポ
ケット、17……板、22,23……凹所。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１対の加工ロールと、少くとも１対の支え
ロールと、を有し、該加工ロールには、加工ロールの長
手方向の中間部分全体にわたり加工ロールの全周に延び
る半径方向の凹所が設けられており、加工ロールの少く
とも１つには、板、スラブまたはシートの厚味の大なる
方の部分を収容して、該部分が圧延されないようにする
ポケットが設けられており、該ポケットは該凹所内にて
加工ロールの表面に位置決されていることを特徴とする
圧延方向に１つ以上の厚味を有する金属を製造するため
に金属の板、スラブまたはシートを圧延する装置。
【請求項２】加工ロールが、使用の際に一方向のみに回
転するようにしてあり、圧縮される金属が加工ロール
に、その片側から挿入され、加工ロール間を通るよう送
給され、加工ロールの挿入側の反対側にある挾持部から
排出されるようにしてあることを特徴とする特許請求の
範囲第１項の装置。
【請求項３】加工ロール間の間隙の排出側に設けられ、
圧延される金属の先縁が圧接して位置決めされる端部ス
トッパを含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第
２項の装置。
【請求項４】端部ストッパが可動であり、金属を確実に
停止する第１の位置と、圧延中の金属が加工ロール間か
ら出られるようにする第２の位置と、の間に弾性的に偏
倚されることを特徴とする特許請求の範囲第３項の装
置。
【請求項５】金属のシート、板またはスラブを１対の加
工ロール間に差し込む工程と、加工ロールを１完全回転
かそれより短かい円周距離回転させることで金属をロー
ル間に通過させてその一部分の厚味を減少させる工程
と、一方側から加工ロール間に差し込まれた金属が、加
工ロール間を一方向に進み、加工ロール間の他方側の挾
持部から排出されるように加工ロールを回転させる工程
と、を備え、該加工ロールには、加工ロールの長手方向
の中間部分全体にわたり加工ロールの全周に延びる半径
方向の凹所が設けられており、加工ロールの少くとも１
つには、板、スラブまたはシートの厚味の大なる方の部
分を収容して、該部分が圧延されないようにするポケッ
トが設けられており、該ポケットは該凹所内にて加工ロ
ールの表面に位置決されていることを特徴とする金属を
圧延する方法。
【請求項６】圧延に先立ち、加工ロールを加熱する工程
を含む特許請求の範囲第５項の方法。
【請求項７】加工ロールを回転させ金属の一部分の厚み
を減少させる工程の後、該金属を排出する工程の前に、
さらに加工ロール間の間隙を変化させる工程と、該変化
した間隙にて加工ロールを回転させて前記金属を圧延加
工する工程と、を所望回数くり返すことで、均一な厚味
の金属板を段付き板に圧延加工することを特徴とする特
許請求の範囲第５項の方法。
【請求項８】それぞれ符号する対向ポケットを有する加
工ロール間に１対の接合した板を挿入する工程と、該接
合した板に前記圧延加工を施す工程と、加工した１対の
板をその後分離する工程と、を備え、各板をその長手方
向軸線に関して非対称形状に圧延加工することを特徴と
する特許請求の範囲第５項の方法。