JPH0824923B2 - フランジを有する形材の圧延方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はフランジを有する、すなわちＨ形、溝形お
よびこれに類似の金属あるいは非金属製形材を圧延する
方法に関する。

（従来の技術） 現在製造されている形材はその種類、断面形状および
寸法が多岐にわたり、品種・サイズの数が非常に多い。
従来の圧延方法では、これら多品種・多サイズに対応す
るために圧延用ロールおよびこれに付属するガイドを多
種類準備しなければならなかった。したがって、大量の
ロール製作およびロールの頻繁な組替えのために製品コ
ストは高くなり、製品寸法の多様化、製造範囲の拡大な
どの需要家からのニーズに簡単に対応できないといった
問題があった。

そこで、この発明の出願人は、斜行ロールを用いて多
品種の形材を作り分けることができるフランジを有する
形材の圧延方法およびその装置を提案した（特願昭58−
77391および特願昭60−11099参照）。この圧延方法によ
れば、材料のフランジ内側に接し、かつロール軸心が圧
延方向と水平な直角方向に対して所定の角度で傾斜する
斜行ロールが、中間圧延工程と仕上げ圧延工程との間の
任意の工程に配置される。そして、この斜行ロールはフ
ランジとウエブに係合することによりウエブを幅方向に
拡げる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記圧延方法では上下対となった斜行ロール
対が左右に間隔をおいて配置しなければならない、すな
わち圧延機は４個の斜行ロールを必要とする。また、圧
延する形材の形状および寸法に応じて斜行ロールの傾斜
角、ウエブ圧下量、およびロール開度を調節せねばなら
ず、これらの調節機構を設けなければならない。したが
って、４個の斜行ロール、これの回転駆動装置および上
記調節機構を備えた圧延機は大型かつ複雑な構造にな
る。

そこで、この発明は従来の上記圧延方法を改良するも
ので、圧延機を簡単な構造とするとともに、小型化可能
な圧延方法を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明のフランジを有する形材の圧延方法は、ロー
ル軸心の水平面投影線が圧延方向に直角な面に対して所
定のロールクロス角で傾斜し、かつ上下に相対する斜行
ロール対を左右に所定のロール開度をおいて配置し、上
下の徐行ロール対で材料のウエブのフランジ寄りの部分
を挟圧するとともに、各斜行ロールの外側面で材料のフ
ランジ内側を外側に向って押圧してウエブを幅方向に拡
げるように圧延する。そして、前記上下の斜行ロール対
のうちの一方の斜行ロールを回転駆動し、他方の斜行ロ
ールを無駆動にして形材を圧延する。

この圧延に供される材料は、たとえば粗圧延工程およ
び中間圧延工程を経てウエブおよびフランジを有する形
状に予め圧延されている。圧延材の材質は、アルミニュ
ウム合金等の非鉄金属、鋼、あるいはプラスチックスな
どの非金属材料である。

ロールクロス角の調節は、たとえば斜行ロールを回転
自在に支持するハウジングを垂直軸周りにラック・ピニ
オン機構などを用いて回動して行ない、ロール開度の調
節は上記ハウジングをねじ機構などにより圧延パスライ
ンに向って出入して行なう。また、ウエブ圧下量の調節
は通常の圧下量調節と同様にねじ式あるいは油圧式の圧
下機構を用いて行なう。ロールクロス角、ロール開度、
ウエブ圧下量などは圧延中に連続的にもしくは断続的に
変化させてもよく、または一定の値に保持してもよい。

（作用） フランジに近いウエブ部分を斜行ロールの周面で圧下
することにより斜行力が発生してウエブは拡幅されると
ともに、フランジ内側面を斜行ロールの外側面で押し拡
げることによってもウエブは拡幅される。これら二つの
ウエブ拡幅機能が、それぞれ単独であるいは二つが共働
してウエブ幅を拡げる。ウエブ拡幅機能は斜行ロールの
ロールクロス角、ロール開度およびウエブ圧下量に従っ
て変化する。したがって、これらロールクロス角などの
調節量に応じた所要の形状、寸法の形材が得られる。上
下対となった斜行ロールのうちの一方のみが回転駆動さ
れるので、駆動される側の斜行ロールが圧延トルクの大
部分を負担し、上下斜行ロールのロール周速度は互いに
異なる。この結果、第８図の周知の圧延理論で説明され
るごとくロール面に作用する摩擦力の作用方向が上下ロ
ールで非対称となり、フリクションヒルが低くなる。す
なわち、ロール面に作用する圧力が低下し、圧延荷重が
減少する。したがって、圧延トルクも小さくてすむ。

（実施例） 以下に、この発明の一実施例を第１図および第２図を
参照しながら説明する。第１図は斜行ロールによりウエ
ブ幅が連続して変化するＨ形鋼を圧延している状態を示
す平面図であり、第２図は第１図の正面図である。

これら図面に示すように、上下に対となった斜行ロー
ル11,12の対が左右に間隔をおいて配置されている。

各斜行ロール11,12は第１図に示すようにロール軸心
Ｓの水平面投影線が材料１の進行方向に直角な面に対し
てロールクロス角αで、圧延パスの上流側に向って傾斜
しており、ロールクロス角αは任意に変えることができ
る。また、第２図の正面図で示すようロール軸心Ｓの垂
直面投影線は水平面に対してロール傾斜角βで、圧延パ
スに対し反対側に向って傾斜しており、ロール傾斜角β
は任意に変えることができる。

上記のように、斜行ロール11,12のロール軸心方向は
三次元的に自由に変化できる構造となっている。そのた
めに、たとえば斜行ロールチョックを内蔵するハウジン
グ全体が支持台上で垂直軸周りに回動可能であり、所要
のテーパを持ったコッターがハウジングとリョックとの
間に挿入されている。また、これらの斜行ロールは伸縮
自在なテレスコピックスピンドル、減速機などを介して
電動機により回転される。

つぎに、上記斜行ロール11,12による圧延について第
１図の平面図を用いて説明する。

Ｈ形の入口材料１の進行方向の中心線をｘ軸、これに
直角な方向をｙ軸とする。斜行ロール11,12の周面13
が、Ｈ形断面をもつ入側圧延材料１のウエブ４を上下か
ら圧下すると、ｘ軸に対して角度αをなす方向の推進力
F_Rがウエブ４に加わる。この結果、推進力F_Rの分力F_Lが
圧延材料１を進行方向に引き込み、推進力F_Rの分力F_Cが
ウエブ４を幅方向に引き延ばす。また、斜行ロール11,1
2の外側面15は入側圧延材料１のフランジ５内側面に接
触して、フランジ内側面をウエブ幅方向に押し拡げる力
として作用する。これら二つのウエブ拡幅作用の相乗効
果により、ウエブ４は容易にかつ効率良く幅ｙ方向に引
き延ばされる。

上記ウエブ拡幅量は、斜行ロール11,12のロールクロ
ス角α、左右斜行ロール対の間隔Ｌ（第１図で示す斜行
ロール軸心Ｓの交点Ｚから斜行ロール外側面の点Ｏまで
の距離）、およびウエブ圧下量Δｈの三つの要素によっ
て調整することができる（特願昭58−77391参照）。

なお、第２図の正面図に示したように、斜行ロール軸
心Ｓは、水平面に対して平行にもできる他、任意のロー
ル傾斜角βにも変化させることができる。ロールクロス
角αとロール傾斜角βとを適宜組み合せることによって
斜行ロール11,12の外側面15と被圧延材１のフランジ内
側面の接触面のパターンを制御することができる。たと
えば、フランジ幅の広いＨ形鋼の場合、ロールクロス角
αの拡幅作用のみではフランジ幅方向の変位量の差、す
なわちウエブ４に近い部分とフランジ５の最先端の変位
量の差が大きくなり、被圧延材１の形状がくずれ易い場
合にはロール傾斜角βを設定することによって適正な形
状を得ることができるものである。

ウエブ拡幅量はフランジに近い、ロールで圧下された
ウエブ部の材料と、ウエブ全体が幅ｙ方向に引きのばさ
れた材料によって確保される。

このうち、前者のロールで圧下される部分の材料（以
下余肉と称する）は前記本圧延装置の前工程において予
め形成されて本圧延装置に供給される。その余肉の形状
の代表的例を第３図に示す。

圧延材料1Aはウエブ４のフランジ５寄りの部分にテー
パＴがつけられており、これが余肉の大半を占める。そ
してフランジ５との境界は基本的にロールと必要最小限
の接触しかないという前提で決められたアールｒで構成
される。

圧延材料1Bは、余肉部がウエブ４とフランジ５の境界
のアールＲ部によって構成される場合であり、また、圧
延材料1Cは余肉部がウエブ４のフランジ５寄りにつけた
テーパＴとアールＲの両方によって構成されるようにし
た場合である。

これら３種の余肉形状のいずれかを用いてもウエブ拡
幅は可能であるが、拡幅後の製品断面の長手方向でのウ
エブ４とフランジ５の境界部の形状が拡幅量によって厳
密には異なるので、構造物に使用する場合の要求品質に
よって使いわけ、所望のＨ形鋼を製造しようとするもの
である。

第４図はこの発明の方法が実施される圧延設備列の一
例を示している。

圧延設備列は図面に示すようにブレイクダウン６、中
間ユニバーサル圧延機７、エッジャ８、斜行ロール圧延
機９、およびユニバーサル仕上圧延機10が順次配列さ
れ、構成されている。被圧延材はブレイクダウン６、中
間ユニバーサル圧延機７およびエッジャ８により、ウエ
ブおよびフランジを有する形状に予め圧延される。そし
て、被圧延材は上流側のエッジャ８から送り出されたと
きに与えられた慣性エネルギにより、斜行ロール圧延機
９にかみ込まれる。ユニバーサル仕上圧延機10は斜行ロ
ール圧延機９により前述のように圧延された材料を、所
要の寸法および形状に仕上げる。

ここで、第５図〜第７図に示す圧延機において、斜行
ロールの回転駆動、およびロールクロス角α、ウエブ圧
下量等の調整について詳細に説明する。

斜行ロールの回転駆動 この実施例では、第５図に示すように下側の斜行ロー
ル12のみが回転駆動され、上側の斜行ロール11は無駆動
である。

第６図に示すように、メインモータ60から減速機61を
介して、圧延動力は動力伝達軸63へ伝えられ、この軸か
らピニオン（図示されていない）、歯車64へそして歯車
64からユニバーサルスピンドル65、ロール軸27、斜行ロ
ール12へと伝達される。この装置において、動力伝達軸
63とピニオンは、ロール軸方向に摺動可能なような構造
になっている。このような構造は通常使用されているも
のであるから特に図示していない。なお、動力伝達軸63
は、地上あるいはソールプレート55上に設置されてお
り、固定なものである。そして、ピニオン，歯車64を内
蔵した分配歯車装置はシフトフレーム40に取付けられて
おり、斜行ロール幅に応じて、スタンド19と共にソール
プレート55上をロール軸方向に移動するものである。

シフトフレーム40に積載されたスタンド19の分配歯車
装置に対する位置関係は、斜行ロールのロールクロス角
αおよびロール傾斜角βにより変る。これによる偏心お
よび偏角はユニバーサルジョイント65でもって吸収さ
れ、動力は円滑に伝達される。なお、角度αおよびβの
大きさによってはユニバーサルジョイント65の代りに等
速ボールジョイントを使用する。

ロールクロス角αの調整 斜行ロール11,12を支持したスタンド19はシフトフレ
ーム40に乗載されている。シフトフレーム40に取付けた
ロールクロス角設定モータ43（第６図参照）でもってウ
ォーム42（第７図参照）を介し、スタンド19に取付けた
ウォームホイール41を回転してロールクロス角αを調整
する。この時、スタンド19とシフトフレーム40間は回転
させるために楔形クランプ装置53を緩めておく。この楔
形クランプ装置53は、ロールクロス角αを調整しないと
きにスタンド19とシフトフレーム40間を強固に締結させ
ておくためのものである。

ロール傾斜角βの調整 クラッチ26を切り離した状態で、圧下モータ21を駆動
する。これにより、斜行ロール11,12より離れた側のウ
ォーム22、ウォームホイール23、圧下スクリュ24、ナッ
ト25を介して、斜行ロール11,12より離れた側のチョッ
ク29が上下移動し、ロール傾斜角βだけ傾斜する。この
時、チョック28、29は球面座を介して圧下スクリュ24に
対し円滑に摺動し傾斜する。なお、斜行ロール11,12に
かかる幅方向の力はチョック29を介してスタンド19で支
持されている。

ロール開度の調整 前記シフトフレーム40が地上に設置されたソールプレ
ート55に斜行ロール軸方向に移動可能で、そして上下，
左右に固定保持された状態で積載されている。また、シ
フトフレーム40に取付けた油圧シリンダ方式のクランプ
装置53は、シフトフレーム40をソールプレート55へ固定
している。

ロール開度を調整する時には、このクランプ装置53を
解除して、第６図に示す幅設定用モータおよび減速機52
でもってスクリュ軸50を回転させる。このスクリュ軸50
に第７図に示す角形状のナット51が取付けてあり、この
ナット51は回転しないようにスタンドフレーム40に装着
されている。したがって、スクリュ軸50を回転させるこ
とにより、スタンドフレーム40はソールプレート55上を
ロール軸方向に移動する。

ウエブ圧下量の調整 ウエブ圧下量（斜行ロール11,12のロールギャップ）
を調整するには、クラッチ26は連結状態にしておき、成
品の厚みに応じて圧下モータ21を駆動する。この駆動力
をウォームホイール23、圧下スクリュ24、ナット25、チ
ョック28,29,を介してロール軸27へ伝え、ロール軸27を
平行のまま上下させる。

以上、Ｈ形鋼について説明したが、この発明はフラン
ジを有する他の形状の形材すなわち溝形鋼、Ｉ形鋼や鋼
矢板などのウエブ内幅拡げ圧延についても同様に適用で
きるものである。勿論、熱間鋼材以外のアルミニウム、
あるいはプラスチックなどにおいても本発明は利用可能
である。

（発明の効果） この発明によれば、上下の斜行ロール対のうちの一方
の斜行ロールを回転駆動し、他方の斜行ロールを無駆動
にして形材を圧延するので、カムワルツが不要となる。
また、異速圧延によりロール駆動力は小さくてすむ。こ
れらのことより、駆動系、したがって圧延機全体は構造
が簡単かつ小型となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は斜行ロールによりウエブ幅が連続して変化する
Ｈ形鋼を圧延している状態を示す平面図、第２図は第１
図の正面図、第３図は上記圧延に供される材料の例を示
す断面図、第４図はこの発明の方法が実施される圧延設
備列の一例を示す概略図、第５図は上記Ｈ形鋼を圧延す
る圧延機の一部断面正面図、第６図は第５図に示す圧延
機の全体平面図、および第７図は第５図に示す圧延機基
部の一部断面側面図および第８図はこの発明における圧
延トルクの低下を説明する図面である。 １…圧延材料、２…形材、４…ウエブ、５…フランジ、
11,12…斜行ロール、13…斜行ロール周面、15…斜行ロ
ール外側面、α…ロールクロス角、β…ロール傾斜角、
Ｌ…ロール間隔、Ｓ…ロール軸心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロール軸心の水平面投影線が圧延方向に直
   角な面に対して所定のロールクロス角で傾斜し、かつ上
   下に相対する斜行ロール対を左右に所定のロール開度を
   おいて配置し、上下の斜行ロール対で材料のウエブの少
   なくともフランジ寄りの部分を挟圧するとともに、各斜
   行ロールの外側面で材料のフランジ内側を外側に向って
   押圧してウエブを幅方向に広げるようにして圧延するに
   方法おいて、前記上下の斜行ロール対のうちの一方の斜
   行ロールを回転駆動し、他方の斜行ロールを無駆動にし
   て形材を圧延することを特徴とするフランジを有する形
   材の圧延方法。