JPH0815627B2 - 成形用ロール - Google Patents

成形用ロール

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JPH0815627B2
JPH0815627B2 JP2180470A JP18047090A JPH0815627B2 JP H0815627 B2 JPH0815627 B2 JP H0815627B2 JP 2180470 A JP2180470 A JP 2180470A JP 18047090 A JP18047090 A JP 18047090A JP H0815627 B2 JPH0815627 B2 JP H0815627B2
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forming roll
roll
forming
welded pipe
bearing
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正栄 中西
清一 畠野
信行 千葉
正彦 白石
賢一 中村
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  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は溶接管製造機等に使用される成形用ロールに
係り、特に運転時における消費電力を大巾に低減し、ま
た溶接管製造機等の保守管理を容易にすることができる
成形用ロールに関する。
(従来の技術) 一般に呼び径が比較的に小さい電線管等の小径の管材
は、例えば、第2図および第3図に示すような高周波溶
接管製造機によって製造される。この高周波溶接管製造
機は、所定寸法の帯鋼1を所定方向に加圧して円筒状の
オープンパイプ2を形成する超硬合金製の複数の成形用
ロール3a,3b…と、高周波溶接器4とから成り、高周波
溶接器4はオープンパイプ2の溶接点Pの直前でパイプ
外周に沿って配設されたワークコイル5と、ワークコイ
ル5に高周波電流を供給する電源6とから成る。
また第3図に示すように回転軸8,8に一体的に取り付
けられた各成形用ロール3a,3bは、複数の軸受7を介し
てそれぞれフレーム11に回転自在に取り付けられてい
る。
原料材として投入された帯鋼1は図示しない複数の成
形用ロールによって加圧されて徐々に円筒状のオープン
パイプ2に形成される。そしてオープンパイプ2が高周
波溶接器のワークコイル5を通過する際に、オープンパ
イプ2内に加熱用電流が誘起され、第2図に示す電流経
路16に沿って流れる。オープンパイプ2に形成されたV
字形の突き合せ部9a,9bをそれぞれ流れる電流はほぼ平
行で逆方向に流れるため、いわゆる高周波電流の近接効
果によって、電流は突き合せ部9a,9bに集中する。その
結果、突き合せ部9a,9bは電流によるジュール熱で高温
度に加熱される。そしてオープンパイプ2は、高周波溶
接器4の直後に配設した成形用ロール(スクイズロー
ル)3a,3bによって横方向から加圧されて、オープンパ
イプ2の突き合せ部9a,9bが一体に接合され溶接管10と
なる。溶接管10は必要に応じて溶接部に後熱処理を施さ
れ、さらに冷却後にサイジング工程に送られ規格寸法に
加工されて製品となる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら従来の成形用ロールを使用して高周波溶
接管を製造する場合には、通常の成形装置の消費電力と
比較して、高周波溶接のために消費される電力量が大き
くなり、溶接管の製造コストが上昇してしまう欠点があ
った。
また従来の成形用ロールにおいては軸受部が短期間内
に損傷して、成形用ロールに異常振動を生じ、製品に不
良が発生し易い問題点があった。また成形用ロールには
大きな衝撃力が作用するため、割れや変形が生じ易く、
さらにロール表面に傷がつき易くなり、ロール成形した
製品の表面性状を悪化させる大きな原因となっていた。
一方高周波溶接による成形用ロールへの入熱量が大き
い反面、冷却水を散布して成形用ロールの温度上昇を防
止する必要があるため、成形用ロールに作用する熱衝撃
が大きくなり、成形用ロールが早期に破損してしまう欠
点がある。
いずれにしろ成形用ロール自体および軸受部の破損が
頻繁に発生し、その交換等の保守管理に多大な費用と労
力とが要求されるとともに、製造機の停止に伴って溶接
管の製造効率が大幅に低下してしまう問題点があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのになされたも
のであり、運転時における設備の消費電力を低減し、ま
た設備の保守管理を容易にすることが可能な成形用ロー
ルを提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段と作用) 本願発明者等は設備の消費電力が増大する原因および
成形用ロールや軸受部が早期に破損する原因の究明を鋭
意行った。
その結果、消費電力が増大する原因は、高周波溶接器
からの迷走電流や漏洩電流が、導電性を有する超硬合金
製の成形用ロールおよび軸受を経由して外部に漏洩する
ためであることが判明した。また軸受部の破損原因は、
上記の漏洩電流等によって軸受の内外輪のボール転送面
(軌道面)およびボール表面が電食作用を受けるためで
あることが明らかになった。
実際に破損した軸受を分解して観察したところ、軸受
の内輪軌道および外輪軌道のほぼ全周に縞状の電食痕が
認められ、また各ボール表面が電食によって梨地状に摩
耗したり、剥離している状態が観察された。
そして軸受の損傷に伴って成形用ロールの振動が急激
に増加し、成形用ロールに作用する熱衝撃が加わって成
形用ロールに傷がついて不良品が発生したり割れを生じ
ることも判明した。
本発明者等は、成形用ロール自体に電気絶縁性をもた
せることにより漏洩電流等をなくし、節電効果を高める
ことができることと、、電食による軸受の損傷を解消す
ることができるという知見を得て本願発明を完成した。
すなわち本願発明に係る成形用ロールは、冷却水を散
布して温度上昇を防止する成形用ロールを使用して鋼板
を加圧して管状にするとともに、突き合せ部を電気溶接
して溶接管を製造する電気溶接管製造機に装備される成
形用ロールであり、曲げ強度が20kg/mm2以上、熱衝撃温
度差が200℃以上のセラミックス材で形成したことを特
徴とする。
またセラミックス材は、窒化けい素、酸化アルミニウ
ムおよび酸化ジルコニウムのいずれかで構成するとよ
い。
すなわち曲げ強度および熱衝撃特性に優れたセラミッ
クス材で成形用ロールを形成したところに大きな特徴を
有する。
セラミックス材としては、原料価格、強度等の観点か
ら窒化けい素(Si3N4)、酸化アルミニウム(アルミ
ナ:Al2O3)、酸化ジルコニウム(ジルコニア:ZrO2
が望ましい。
セラミック材は、一般に電気抵抗が大きく電気絶縁性
に優れているため、電気溶接器からの迷走電流等の漏洩
を効果的に防止することができ、運転時における節電効
果を充分に発揮させることができる上に、漏洩電流によ
る軸受の電食による損傷も防止することが可能になり、
成形用ロールの保守管理を簡素化することができる。
また上記利点の他に、セラミックス材は、従来の金属
材と比較して軽量で耐摩耗性に優れるなどの特性を有し
ているため、保守・取扱いが容易であり、ロールの傷や
変形を生じにくく、製品としての溶接管の品質を大幅に
向上させることができる。
曲げ強度の大小は成形用ロールの割れの発生頻度・耐
久性に大きく影響し、通常の成形用ロールの使用環境に
おいて充分に機能を発揮させるためには少なくとも20kg
/mm2以上であることが必要である。曲げ強度が20kg/mm2
未満であると成形用ロールに割れや変形が発生し易く、
ロールの交換頻度が急激に増加してしまう。曲げ強度は
セラミックス材の成形焼結条件を変えることにより調整
することができる。
特に窒化けい素(Si3N4)およびジルコニウム(ジル
コニア:ZrO2)製の焼結体の曲げ強度は、それぞれ約70
kg/mm2,125kg/mm2と非常に大きいため、特に肉厚が大き
い溶接管を製造するための成形用ロール材として好適で
ある。
一方、アルミナ(Al2O3)は曲げ強度が20〜27kg/mm2
程度であるが、肉厚が1〜3mm程度の薄い溶接管を製造
する成形用ロールの強度特性としては充分である。
熱衝撃温度差は、割れの発生頻度に大きく影響する。
特に溶接による入熱量が大きく、かつ成形用ロールへの
水による冷却を実施するスクイズロール用の材料の熱衝
撃温度差としては少なくとも200℃であることが必要で
あり、200℃未満の場合には、熱衝撃による割れの発生
が急増してしまう。
(実施例) 次に本発明に係る成形用ロールの一実施例について、
より具体的に説明する。
実施例1〜3として平均粒径0.3〜1.5μmのSi3N4、Z
rO2、Al2O3粉末をそれぞれ90〜95wt%ずつ秤量し、さら
に各粉末にそれぞれY2O3を5〜10wt%ずつ添加してボー
ルミルで均一に混合した。得られた各混合粉を型内に充
填し、室温下において700〜1500kg/cm2の圧力でプレス
成形してロール成形体を調製した。
このロール成形体の中心部に回転軸挿通用の透孔を穿
孔した後に、各ロール成形体を焼成炉に装入し、温度16
00〜1850℃で3〜5時間焼結した。そして冷却後の焼結
体に機械研削加工を施し、第1図に示す寸法を有する成
形用ロール12〜14を調製した。
そして得られた各成形用ロール12〜14の曲げ強度、熱
衝撃温度差、電気抵抗、比重および圧縮強度等の物性値
を測定して第1表に示す結果を得た。
また調製した各成形用ロール12〜14を、それぞれ第1
図に示すように高周波溶接管製造機のスクイズロールと
して装着した。各成形用ロールは回転軸8に装着され、
回転軸8は製造機のフレーム11に軸受7を介して回転自
在に保持される。
この状態で、厚さ2.3mm、幅107.0mmのSS41製帯鋼を原
材料として溶接管製造機に連続的に供給し、外径34.0mm
の電線管15を連続的に製造した。そして、単位時間当り
の溶接用電力の消費量を測定するとともに、スクイズロ
ールとしての各成形用ロールに割れ、変形または著しい
摩耗を生じて製品に不良品が発生するまでに連続的に使
用できる時間、すなわち延稼動時間を測定し、第1表の
右欄に示す結果を得た。
また比較例1として従来材であるWC−Ti−Co系超硬合
金、また比較例2としてWC−Co系超硬合金をそれぞれ使
用して実施例1〜3と同一形状寸法を有する成形用ロー
ルを調製し、実施例1〜3と同様にその物性値を測定す
るとともに、スクイズロールとして溶接管製造機に実装
して溶接用電力消費量および延稼動時間を測定した。
また比較例3として、実施例3で使用した混合粉を圧
力700〜1500kg/cm2でプレス成形し、さらに得られたロ
ール成形体を温度1600〜1850℃で3〜5時間焼結した後
に、機械研削加工を施し、実施例3と同一形状寸法の成
形用ロールを調製した。そして実施例3と同様に、運転
特性を測定し、第1表に示す結果を得た。
なお溶接用電力消費量は、超硬合金で形成した比較例
1の成形用ロールを使用した場合を基準にして相対値と
して求めた。
第1表に示す結果から明らかなように本発明に係る実
施例1〜3の成形用ロールによれば、絶縁性に優れたセ
ラミックス材で形成されているため、高周波溶接器から
の漏洩電流がほとんどなく、従来の超硬合金で形成した
比較例1の成形用ロールと比較して、溶接用電力消費量
が10%程度低減でき、大きな節電効果を発揮することが
わかる。
また漏洩電流の発生がほとんどないため、軸受が電食
によって損傷されることもなく、従来の超硬合金製の成
形用ロールと比較して、延稼動時間が3〜7倍程度に延
伸され、長期間に亘って安定した運転が可能となる。
さらに曲げ強度および耐熱衝撃性が優れているため、
成形用ロールの割れの発生が少なく耐久性が大幅に改善
され、ロール交換等の保守管理作業が大幅に簡素化され
た。
一方比較例3で示すように熱衝撃温度差または曲げ強
度が不足するものは、割れの摩耗の進行が著しく長期間
の使用には耐えないことが判明した。
また実施例1〜3の成形用ロールは、軽量で耐摩耗特
性に優れたセラミックスで形成しているため、搬送や取
扱い操作が容易であり、ロール自体に傷がつきにくく、
製品の表面性状も飛躍的に向上させることが可能であ
り、特に高い表面精度を要求される銅管類の成形用ロー
ルとして最適である。
〔発明の効果〕
以上説明の通り、本発明に係る成形用ロールによれ
ば、絶縁性および耐衝撃性に優れ、高い曲げ強度を有す
るセラミックス材で形成されているため、電気溶接器か
らの漏洩電流を低減することができ、大きな節電効果を
発揮する。
また漏洩電流による軸受の電食が発生するおそれがな
いため、成形用ロールおよび軸受の交換等の保守管理が
大幅に簡素化され、長期間に亘り連続的に溶接管を効率
的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る成形用ロールを組み込んだ電気溶
接管製造機の要部を示す断面図、第2図は従来の成形用
ロールを組み込んだ電気溶接管製造機の要部を示す側面
図、第3図は第2図におけるIII−III矢視断面図であ
る。 1…帯鋼、2…オープンパイプ、3a,3b…成形用ロー
ル、4…高周波溶接器、5…ワークコイル、6…電源、
7…軸受、8…回転軸、9a,9b…突き合せ部、10,10a…
溶接管、11…フレーム、12,13,14…成形用ロール、15…
電線管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 信行 神奈川県横浜市鶴見区末広町2―4 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 白石 正彦 神奈川県川崎市川崎区港町12―1 東芝鋼 管株式会社内 (72)発明者 中村 賢一 神奈川県川崎市川崎区港町12―1 東芝鋼 管株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−150484(JP,A) 実開 平2−114183(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷却水を散布して温度上昇を防止する成形
    用ロールを使用して鋼板を加圧して管状にするととも
    に、突き合せ部を電気溶接して溶接管を製造する電気溶
    接管製造機に装備される成形用ロールであり、曲げ強度
    が20kg/mm2以上、熱衝撃温度差が200℃以上のセラミッ
    クス材で形成したことを特徴とする成形用ロール。
  2. 【請求項2】セラミックス材は、窒化けい素、酸化アル
    ミニウムおよび酸化ジルコニウムのいずれかであること
    を特徴とする請求項1記載の成形用ロール。
JP2180470A 1990-07-10 1990-07-10 成形用ロール Expired - Lifetime JPH0815627B2 (ja)

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