JPS5966909A - マンドレルミルにおける設定値制御法 - Google Patents

マンドレルミルにおける設定値制御法

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JPS5966909A
JPS5966909A JP57177587A JP17758782A JPS5966909A JP S5966909 A JPS5966909 A JP S5966909A JP 57177587 A JP57177587 A JP 57177587A JP 17758782 A JP17758782 A JP 17758782A JP S5966909 A JPS5966909 A JP S5966909A
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JP
Japan
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roll
rolling
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set value
value
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Pending
Application number
JP57177587A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Mizunuma
水沼 晋
Yuji Udagawa
雄司 宇田川
Takayoshi Morishige
森重 隆義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS5966909A publication Critical patent/JPS5966909A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/78Control of tube rolling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B17/00Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/02Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length
    • B21B17/04Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length in a continuous process

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

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】 本発明は圧延ロールとマンドレルとによる管の連続圧延
機であるマンドレルミル レルの速度を基本的には圧延の全期間を通じて一定に保
つセミフローティングマンドレルミルけるロール隙およ
びロール回転数の設定法に関するものである。
セミフローティングマンドレルミルは、従来のフルフロ
ーティングマンドレルミル の速度を一定にコントロールしない)にくらべると特に
寸法精度が良好であるという特徴を有している。これは
第1図(a)、(b)に示したように従来のフルフロー
ティングマンドレルミルにお℃1ては、各スタンドへの
かみ込み時および各スタンド力)らの灰抜は時にマンド
レルの速度が変化するので、圧延状態が刻々変化しスタ
ンド間で材料にか力・る応力が変動し、これが成品管の
長手方向の外径、管厚変動を引起こすのに対して、セミ
フローティングマンドレルミルに鉛いてはマンドレル速
度ヲ一定に保っているので、ロール隙およびロール回転
数の初期設定が適切であれば基本的にはスタンド間で月
利にかかる応力は発生ぜず、したがって外径、管厚の変
動は生じないからである。
シタ力ってセミフローティングマンドレルミルの長所を
100%発揮させるためには、スタンド間LIL、力を
常に0に保つことが重要であることがわかる。スタンド
間応力なOにすることはロール回転数を適切な値に設定
することにより達成される。
上記のようにスタンド間応力を常にOに設定できたとし
°Cもロール隙設定値が適切でlよいと、所定の成品管
厚が得られない。したがってロール隙とじ一ル回転数の
設定値は同時に定める必要がある。
以下スタンド間の月利にかがる応力を0にすることを前
提として所定の成品管寸法を得るためのロール隙および
ロール回転数の設定法について詳細に説明する。
ロール隙および回転数の設定値を決めるためには、与え
られたロール孔型、マンドレル径、素材寸法、成品寸法
あるいは圧延温度等の圧延条件に対応したロール荷重お
よび先進を求めることのできる計算モデルが必要である
。この計算モデルは理論にもとすくものであっても実験
にもとすくものであってもよいが、ここでは理論モデル
を用いることにする。この理論について以下に簡単に説
明する。
まず以下のように現象を単純化する。
(1)圧延領域を、円周方向につきに示す3つの領域に
分割して考える。
(I)フランジ領域・・・月利がロール、マンドレルい
ず」尤にも接触していない領域。
(損中間領域・・・材料がロールには接触しているが、
マンドレルにば接触し ていない領域。
(冊溝底領域・・・溝底において、拐料がロールおよび
マンドレル両者に接触 している領域。この領域は必 要に応じて11等分する。
・これらの領域は、第2図に示したように、入口(ll
tlではB1、B2、出口側ではFl、F2で分けられ
る。
(2)上記3領域それぞれの円周方向伸びひずみは、圧
延方向に一様に変化すると仮定する。
(3)U−ル側の接触弧長は、円周方向平均値を採用す
る。
(4)3領域間は伸びのつりあい、円周方向の力のつり
あいおよび前、後方張力の式で関連づけられる。
つぎメ、上記3頭域各々について圧延方向、円周方向お
よび半径方向のつりあい式を導(。さらに、各領域内に
おいて周知の応力−ひすみ関係式、降伏条件式等が成り
立つ。これらの式を応力およびひずみに関して渭くこと
により、圧延荷重、7先進、変形等の圧延諸特性値が求
まる。これら特性値は実測データとよく一致することが
確められている。
以下」二記理論モデルにもとすいて設定計算をおこなう
が、設定値としてのロール隙のかわりにロール荷重を用
い、ロール荷重とロール回転数の組合せを設定値として
扱うことにする。
これば、ロール隙SRとロール荷重Pの間には(1)式 %式%(1) ここで、RS:実現されるロール隙 ■(:  ミル剛性係数 の関係があり、いずれを設定値として扱っても本質的に
は同じであることと、ロール隙は孔型が同じでも異った
値をとり得るためロール荷重の方が設定値としては一般
性があるためである。
まず最初に圧延条件に外乱あるいは変動がない場合のロ
ール荷重および回転数の設定値(これを基準設定値と呼
ぶ)の決定法について述べる。
通當、マンドレルミルにおいては素管の夕韮径は何種類
があり、それぞれの外径について多数の管厚がある。以
下特定の外径シリーズに限定して説明を進める。第3図
は、素管外径2387→成品外径205φを7スタンド
で圧延する場合の各管厚に対するロール荷重とロール回
転数のil算結果を、横軸に1・−クル延伸をとって図
示したものである。
これらは比較的ゆるやかな曲線であるので任意の管厚の
Uツトにおけるロール荷重および回転数の基準設定値(
1)。オ6よびn。)は5〜10種の管厚に対する1j
−ル荷重および回転数の基準設定値(P。
およびN。)から補間法等の手段で精度よく求まく)こ
とがわかる。したがっ′て実際圧延で必要とされるロツ
1−すべてについて設定値をもっておかなくても、上記
例の管厚範囲では数種の管Hについて基if、I・設定
値をデープルとしてもっておけば十分であることがわか
る。
以上説明した方法でロット毎の基準設定値が定まるが、
実際圧延においてはピース毎に圧延条件の変動ずなjっ
ち外乱があるのでこれを考慮したピース4ひの設定値の
決定法を定めておかねばならない。なぜ/、I−らば外
乱があると基準設定値のま2までは材料のスピードバラ
ンスがくずれ、スタンド間ヂンションやコンブレッショ
ンカ生シ、寸法変動が生じるからである。圧延荷重p=
(p□ p2. 川p7)と回転数口=(nl、n2.
・・・n7)を外乱となり得る圧延変数 To:  累月温度 to:〃  管厚 DM=  マンドレルバ−径 ■M:  マンドレルバ−2速度 の函数として以下のように表現する。
(2)式をテーラ−展開し、外乱が微小であるとして1
次の項のみを残すと次式が得られる。
簡略化すると次式となる。
ここでp、I+は外乱ΔDolΔ1o、・・・ があっ
た場合のピース毎のロール荷重、ロール回転数の設定値
であり、pO,n(1は外乱がない場合ずなわちロット
の基準設定値である。偏微分係数は影響係数と呼ばれ、
夕l乱の設定値におよばず影響の程度をあられしている
つぎに、このような影響係数法がマンドレルミル圧延に
適用可能かどうかについて理論モデルにもとすいて検削
する。以下各種外乱の影響を下言己基本条件のもとで検
討した結果について述べる。
〈基本条件〉 素管→成品管 :238φ×18 →205φ×512
38φ×23  →205φX101238φ×43 
 →205φ×301入側温度   :  1100℃ 各種外乱(変動因子)の影響係数を表1に示した。
以下この結果について説明する。
(1)入fllll 温度変動(ΔTo)の影響入側温
度が、”)0 ”に変動すると、成品管厚不変おヨヒス
タンド間LiSカニ〇とするためにはロール荷重変化率
が】0%になるので、これに対応した分だげU−ル隙を
変更しなげればならない。この場合ロール回転数は変化
さぜる必要ぼない。
変化とはゾ同じになるので、影響係数法にょらず変形抵
抗式により荷重変化をもとめてもよい。
(2)素材管厚変動(Δ1o )の影響Δ1o/1o−
5−Xのとき扁1、&2スタンドのナシ・。ロール回転
数はA lスタンドは不変で、他スタンドは2.0%程
度変化する。これはAσlスクント゛をピボットスタン
ドにしているからである。
(3)マンドレルバ−径変動(ΔDM)の影響ΔDM=
 1.0  のとき(4![)> 、は各スタンドとも
約3%変化するが、ロール回転数はほとんど変化しない
(4)マンドレルバ−速度変相(Δ■、4)の影響第4
図は■8の1)およびnに対する影響を図示したもので
ある。ロール荷重変動率(卸)2、ロール回転数変動率
(迎)4のいずれもV二か月!1 料のAσ1スタンド入口における速度(■o)に等しい
ときpおよび11を基準にしている。■ヮの泪算範囲は
最大でJfi 2スタンド出口材料速度までとしている
が、これは通常のセミフローティングマンドレルミルで
は■ヮをこれ以上太き(セットすることは少いからであ
る。第4図のpおよび11の変化挙動はつきのように解
沢される。
マンドレル速K VMが■。以下の場合ば、第5図のc
ase 1 に相当し、■やか、仏1スタンドにおける
材料出側速度■IK等しくなったときがcase 5に
相当する。pがピークに達する点は第5図のcase 
3に相当し、ここで(コ、ロール(Illとマンドレル
側の中立点がほぼ一致する点である。vMがV□より太
き(なると石2スタンドで同様の現象が生じる。回転数
の変化挙動についても第5図から説明できろ。すなわち
case 1からC;1sc5に移るにつれロール側中
立点が入Ll側にづ」し、このために先進が大きくなり
、■。
を一定にしておくためには回転数が下らなければならな
いからである。以上のよう/、c挙動を示3−のでV訂
の1)、+1に対する影響係数は■。、■1、■2の1
M1i数としてIiえる必要がある。この1ヲ1数11
、?欠テ(てJjえるのがよい。
Δ11 ()z = ”2 (”M  ’t )   (■1≦
v、<v2)I ここ7a1〜a6、b1〜1〕2は定数である。
(5)口−νし径変化(ΔD□、)の影響ロール組替が
圧延直前におこなわれた場合に対処するためには、ロー
ル径変化(ΔDr)の影響係数も必要である。ΔD、、
 = 100−に対して変槃29%である。ただし、こ
の影響につ(・てQ」、口   ゛−ル荷重、ロール回
転数とU−/し径との間の関係を考察することにより表
中に示した数式表示を用いる、ことでも対処できる。
マンドレルバと圧延材内面の間の摩擦係数の変動(Δμ
、4)やロールと圧延利外面の間の摩擦係数の係数法で
χ;J処可能である。
以上説明した外乱(あるいは圧延条件の変動)の影響係
数の挙動は実1倹的にも確められており普遍1生のある
ものであるが、従来はこのような小史は知られていなか
った。すなわち数式(3)で示された影響係数の手法そ
のものは板圧延等で知られているものであるが、パイプ
の連続圧延のように圧延月の中にマンドレルがあり、し
かも圧延材そのものが複雑、な3次元変形をす−るもの
に対しても適用できるものであるがどうかについては従
来はまったく知られ′Cいなかったものである。なお、
これらの影響係数値は実除圧延時のデータにより学習J
−ることによりより正確な値となる。
また、実際圧延時にはダイナミックなフリーテンション
制御を01:用することにより、さらにiff度の高い
圧延ができる。このフリーテンション制御法については
すでに特許出願済みである(特願昭56−183641
  )。
最後に上記手法を用いた圧延設定値制御の1実施形態に
ついて第6図にもとづいて説明する。
ゝ( まず理論モデルあるいは実測データをもとにして作業標
準テーブルに基準設定値P。、Noおよびσpo  d
n。
値pOF ”6 e    H□を作業標準テーブルが
δX    ax ら補間法等により求める。
ロット情報としては、素材については り。=外径 ↑0 、管厚 To:温度 μMO”  マンドレル側j?擦係数 lt□、。 : ロール[11!+摩擦係数等がある。
成品についても同一様であるがザフィックスOを除いた
記号で表示す7.)。またロール径はり、。で表示する
。圧延直前にピース毎入側情報が得られる。これらをD
O’% ”O’% DI’O’1.To′、ltMo、
稲。lで表示する。この場合外乱が圧延条件の変動は次
式で表わされる。
ΔD=Do’−D。
Δ1=to′−1゜ ΔD=D’−D r      1’0     1°Oこれら変動量の
設定値におよばず影響量を影響係数値から求め基準設定
値に加えると実際圧延時の設定値1)、IIが求まる。
これは(4)式で示された式による割算の具体例である
このようにして得られた設定値にもとすき圧延をおこな
う。圧延に除してはフリーテンションコントロールをお
こなえばより完全となる。
以上の圧延の結果を解析することにより、実際圧延0)
 D’ 、 1.’ 、 D’ 、・・・・が得られる
。これが! 予定値De’el〕 、・・・ と異なく)ときは次列
に■ ついては設定値を亥える必要がある。この変更最を1)
7、jl”で表示J−ると、次材の設定値はp +1)
”、II +++  となイ)。しかしながらこのよう
な学習制御は1本づ\おこなうべきでなく、何本かの平
均値によりおこなう方が精度が高い。
以、]二が設定値制御法の概略である。なお、設定・ 
値を決めるための計算モデルが簡単な式で表され、割算
時間の短いものであればピース毎設定値が直接言1算で
きるのは当然である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はフルフローティングマンドレル圧延のと
きのマンドレル速度の変化を示す図、第1図(1〕)は
セミフローティングマンドレル圧延のときのマンドレル
速度の変化を示す図、。61’G 2図は圧延領域の分
割の仕方を示す図で(alは入口側、(b)は出口側を
示す。第3図はロール荷重およびロール回転数と総延伸
(A)の関係を示す図1、第4図はロール荷重およびロ
ール回転数とマンドレル速度の関係を示す図、第5図は
ロール面圧とマンドレル速度の関係を示す図、第6図は
この発明になるマンドレルミルにおける設定値制御方法
の一実施例な示すブロックダイアグラムである。 特許出願人 代理人 弁理士矢葺知之 (ほか1名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  マンドレルミルにおいて、フリーテンション
    (スタンド間の圧延材にかかる圧延方向の力がほぼOに
    なっている状態)を達成することを前提として素管外径
    シリーズ毎に代表管厚サイズを定め、これらに対してロ
    ール隙およびロール回転数の基準設定値と、ロール隙お
    よびロール回転数の基準設定値に対する各種変動要因の
    影響係数値をテーブルとして記憶しておき、実際圧延時
    にはこれらを用いて補間法等により任意ロット(任意管
    厚サイズ〕における基準設定値と影響係数値を求め、さ
    らに圧延直前にはピース毎の圧延条件変動の基準設定値
    におよぼす影響をこのロットにおける影響係数値を用い
    て計算し、この値をこのロットにおける基準設定値に加
    えて、設定値を決定することを特徴とするマンドレルミ
    ルにおける設定値制御法。
JP57177587A 1982-10-12 1982-10-12 マンドレルミルにおける設定値制御法 Pending JPS5966909A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6114010A (ja) * 1984-06-29 1986-01-22 Nippon Kokan Kk <Nkk> マンドレルミルの圧延制御方法
WO1992010316A1 (de) * 1990-12-12 1992-06-25 Mannesmann Ag Verfahren zur steuerung von rohrkontiwalzwerken

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5722809A (en) * 1980-07-11 1982-02-05 Sumitomo Metal Ind Ltd Method for controlling rolling of pipe

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