JP2002239606A - リングローリング圧延方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッジャーにより高さ方向の圧下が行われる
方式のリングローリング圧延装置において、リング状被
圧延材にへこみ等の形状不良が発生するのを低減させ得
るようにする。 【解決手段】 マンドレル３の被圧延材圧下部を挟む両
側部に、それぞれマンドレル３と回転が同期し、かつマ
ンドレル３に対して軸方向にスライド自在なリング状部
材６ａ，６ｂを配置して、マンドレル３による肉厚圧下
時に、エッジャー４，４による被圧延材１の上下面圧延
と連動させて各リング状部材６ａ，６ｂによる高さ圧下
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リング状被圧延材
を目標とする外径、内径、高さとなるようにリングロー
リング圧延を行う方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のリングローリング圧延装置
の一例（以下、第１従来例という）を概略的に示すもの
で、（ａ）はその一部断面表示を含む側面図、（ｂ）は
その平面図である。図４はこの第１従来例装置によりリ
ングローリング成形されたリング状被圧延材の変形形状
の説明図である。

【０００３】図５において、１はリング状被圧延材（以
下、単に被圧延材という）、２はメインロール、３はマ
ンドレル、４はエッジャーロール（以下、単にエッジャ
ーという）、５はトレーサである。

【０００４】リングローリング圧延においては、トレー
サ５により被圧延材１の径を検出しながら、被圧延材１
をメインロール２とマンドレル３により半径方向の肉厚
圧延を行い、上下の円錐形状エッジャー４，４により軸
方向の高さ圧延を行う。

【０００５】メインロール２は、固定されており、一定
速度で回転しながら被圧延材１を一定外周速度で回転さ
せる機能を有している。マンドレル３は、従動で、被圧
延材１の内径側に配置され、メインロール２と共に被圧
延材１を挟み付け、メインロール方向に移動して肉厚方
向の圧下を行うようになっている。

【０００６】エッジャー４，４は、一般にメインロール
２とは１８０度異なる位置において、円錐状のロールが
上下に配置されて片方または両方が駆動され、通常、上
ロールが下方に移動して被圧延材１に対し高さ方向の圧
下を行うようになっている。エッジャー４，４を円錐形
状としているのは、圧延対象である被圧延材１の周速
が、その内周側と外周側で異なり（内周側＜外周側）、
その周速差を吸収させる必要があるためである。従っ
て、エッジャー４，４は、円錐状ロールの先端が被圧延
材１の中心に一致するように配置され、被圧延材１の径
の成長とともにロール周面における被圧延材１に対する
圧下位置が水平方向（拡径側）に移動していくようにな
っている。

【０００７】また、従来のリングローリング圧延装置の
他の例として、例えば特開平７−２７５９９１号公報に
示されているラジアル回転リング成形機（以下、第２従
来例という）がある。この第２従来例の装置は、断面形
状に凹凸を有する被圧延材成形品を成形するにあたり、
つば部を有するカリバーメインロールや同じくつば部を
有するカリバーマンドレルを使用するものである。

【０００８】すなわち、前記第２従来例の装置は、エッ
ジャーを使用せずにつば部のみで欠肉を防止することを
目的とし、つば部をマンドレルの上面に一体に設けてい
る。そして、成形中、つば部は上下に移動せず、位置が
固定されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
第１及び第２従来例に記載されている手法では、いずれ
も被圧延材の最終形状に対する初期形状の設定の仕方や
初期形状から最終形状へどのような経路でどのような時
間で圧下するかの検証がされていない。

【００１０】本発明者の実験によれば、前述の第１従来
例の場合、エッジャー４，４の制御が正常であっても、
被圧延材１の最終形状に対する初期形状の設定の仕方や
初期形状から最終形状へどのような経路でどのような時
間で圧下するかにより、被圧延材１の成形状態には優劣
が生じ、ひどい場合には被圧延材１に図６に示すような
上下面へこみ（高さ方向へこみ）１ａ，１ｂや両側面へ
こみ（肉厚方向へこみ）１ｃ，１ｄが発生することが判
明している。

【００１１】すなわち、マンドレル３は、被圧延材１内
に挿し込まれてから圧延が開始される。そのため、被圧
延材１の初期形状（内径形状）が小さいときから圧延が
可能となるように、メインロール２に比しマンドレル３
の直径は小さく設定されている。このため、被圧延材１
との接触弧長がマンドレル３側で小さくなり、メインロ
ール２に対しマンドレル３側の食い込みが大きくなり、
被圧延材１に図６のようなマンドレル３側が大きく変形
する肉厚方向で非対称の高さ方向へこみ１ａ，１ｂが発
生する。

【００１２】また、前述の第２従来例の場合、エッジャ
ーを使用せず、マンドレルの上面に一体に設けたつば部
で、被圧延材の材料の一部が上下方向に逃げるのを防い
でおり、メインロールとマンドレルの肉厚圧延時につば
部に至るまで高さ方向へ材料が幅広がりした時に、初め
て材料がつば部に接触して高さが制限される。換言すれ
ば、この第２従来例では、被圧延材の高さがつば部に接
触する高さまで成長しない限り、高さの制限は行われな
い。このため、前述の第１従来例のようにエッジャーに
よって高さ方向の圧下が行われて、被圧延材の高さが連
続して圧縮されていく方式のリングローリング圧延装置
には適用できない。

【００１３】本発明の技術的課題は、エッジャーにより
高さ方向の圧下が行われる方式のリングローリング圧延
装置において、リング状被圧延材にへこみ等の形状不良
が発生するのを低減させ得るようにすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
リングローリング圧延方法は、リング状被圧延材の外径
寸法をトレーサにより検知しながら、被圧延材の半径方
向の肉厚圧下を行うメインロール及びマンドレルと、被
圧延材の軸方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャー
ロールとにより、被圧延材を目標とする外径、内径、高
さとなるようにリングローリング圧延を行う方法におい
て、マンドレルの被圧延材圧下部を挟む両側部に、それ
ぞれマンドレルと回転が同期し、かつマンドレルに対し
て軸方向にスライド自在なリング状部材を配置して、マ
ンドレルによる肉厚圧下時に、エッジャーによる被圧延
材の上下面圧延と連動させて各リング状部材による高さ
圧下を行うことを特徴としている。

【００１５】また、この方法に用いられる請求項２の装
置は、リング状被圧延材の外径寸法をトレーサにより検
知しながら、被圧延材の半径方向の肉厚圧下を行うメイ
ンロール及びマンドレルと、被圧延材の軸方向の高さ圧
下を行う上下一対のエッジャーロールとにより、被圧延
材を目標とする外径、内径、高さとなるようにリングロ
ーリング圧延を行う装置において、マンドレルの被圧延
材圧下部を挟む両側部に、それぞれマンドレルと回転が
同期し、かつマンドレルに対して軸方向にスライド自在
なリング状部材を配置するとともに、エッジャーによる
被圧延材の上下面圧延と連動させて各リング状部材間の
間隔を調整する間隔調整機構を設けたものである。

【００１６】また、この装置において、請求項３のよう
に間隔調整機構が、各リング状部材間の間隔を、マンド
レルによる肉厚圧下前の被圧延材の高さより０.１％ 以
下の範囲で大きくなるように制御するものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係るリ
ングローリング圧延方法およびこの方法に用いられる装
置を図１乃至図４に基づき説明する。図１は本実施形態
に係るリングローリング圧延装置を概略的に示すもの
で、（ａ）はその一部断面表示を含む側面図、（ｂ）は
その平面図である。図２は本実施形態の装置によりリン
グローリング成形されたリング状被圧延材の変形形状の
説明図、図３は本実施形態装置の要部の詳細を示すもの
で、（ａ）はその一部断面表示を含む拡大側面図、
（ｂ）はその（ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は本
発明のリング状部材の作用を従来方式との比較で示すも
ので、（ａ）は従来（第１従来例）方式による作用の説
明図、（ｂ）は本発明による作用の説明図である。な
お、各図中、前述の第１従来例のものと同一部分には同
一符号を付してある。

【００１８】本実施形態のリングローリング圧延装置
は、マンドレル３の被圧延材圧下部を挟む両側部に、そ
れぞれマンドレル３と回転が同期し、かつマンドレル３
に対して軸方向にスライド自在なリング状部材６ａ，６
ｂを配置するとともに、エッジャー４，４による被圧延
材１の上下面圧延と連動させて各リング状部材６ａ，６
ｂ間の間隔を調整する間隔調整機構１０，１０を設けた
ものである。

【００１９】これを更に詳述するが、上下のリング状部
材６ａ，６ｂと上下の間隔調整機構１０，１０は、それ
ぞれ同一構成を有しているため、ここでは図３に上側の
リング状部材６ａと上側の間隔調整機構１０についての
み図示し説明する。本実施形態のマンドレル３には、そ
の被圧延材圧下部を挟む両側部に、それぞれスプライン
溝３ａが形成され、スプライン溝３ａに、リング状部材
６ａの反被圧延材側の端部内周面に形成した軸方向のス
ライダ部６ｃが係合し、リング状部材６ａがマンドレル
３と一体回動するようになっている。

【００２０】間隔調整機構１０は、リング状部材６ａに
外嵌し、リング状部材６ａの反被圧延材側の端部外周面
に形成した外向きフランジ６ｄと第１のスラストベアリ
ング１１を介して相対回動自在に係合する断面Ｌ形の第
１のリング体１２と、第１のリング体１２の反被圧延材
側の端部が嵌合する段部１４ａを有し、この段部１４ａ
に第１のリング体１２を止着するとともに、内端面が第
２のスラストベアリング１３を介してリング状部材６ａ
の反被圧延材側端面と相対回動自在に当接する第２のリ
ング体１４と、エッジャー４，４による被圧延材１の上
下面圧延と連動させて第２のリング体１４に油圧力を付
与することで、各リング体１２，１４と一体化されたリ
ング状部材６ａを矢印方向（軸方向）に進退させ、各リ
ング状部材６ａ，６ｂ間の間隔を調整する図示しない油
圧ユニットとから構成され、各リング状部材６ａ，６ｂ
がエッジャー４，４と連動して制御されるようになって
いる。それ以外の構成および作用は前述の第１従来例の
装置と基本的に同一である。

【００２１】本実施形態のリングローリング圧延装置に
おいては、トレーサ５により被圧延材１の径を検出しな
がら、被圧延材１をメインロール２とマンドレル３によ
り半径方向の肉厚圧延を行い、上下の円錐形状エッジャ
ー４，４により軸方向の高さ圧延を行い、マンドレル３
による肉厚圧下時に、エッジャー４，４による被圧延材
１の上下面圧延と連動させて各リング状部材６ａ，６ｂ
により高さ圧下を行う。

【００２２】このように、マンドレル３の被圧延材圧下
部を挟む両側部に、それぞれマンドレル３とスプライン
係合するリング状部材６ａ，６ｂを配置して、マンドレ
ル３による肉厚圧下時に、エッジャー４，４による被圧
延材１の上下面圧延と連動させて各リング状部材６ａ，
６ｂにより高さ圧下を行うことにより、図４（ａ）のよ
うに従来発生していたマンドレル３側が大きく変形する
肉厚方向で非対称の高さ方向へこみ１ａ，１ｂを、図４
（ｂ）のように軽減することができる。

【００２３】本発明のリングローリング圧延方法による
成形の結果を、リング状部材による圧下のない従来方式
による成形の結果と比較して下表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１において、使用した鋼種はＳ４５Ｃ
で、リングローリング前の素材形状は外径６００mm、内
径３００mm、高さ１３０mm、最終製品形状は、外径１４
００mm、内径１２５０mm、高さ８８.３mm である。外径
が６００mmから１３８０mmまでは外径成長速度が６mm/s
ecになるように制御し、外径が１３８０mmから１４００
mmまでは外径成長速度が２mm/secになるように制御し、
かつリング状圧延材の高さを外径に対する位置制御し
た。外径５６０mm時の初期高さ１３０mmから外径１４０
０mm時の高さ８８.３mm まで直線的に高さを外径に対し
て制御した。

【００２６】また、エッジャー側から被圧延材の高さデ
ータを得て、各リング状部材６ａ，６ｂの間隔を、マン
ドレルによる肉厚圧下前の被圧延材の高さより０.０５
％ 大きくなるように自動制御した。

【００２７】表１から明らかなように、マンドレルによ
る肉厚圧下時に、エッジャーによる被圧延材の上下面圧
延と連動させて各リング状部材により高さ圧下を行うこ
とにより、従来に比し、成形品のへこみ量が低減され、
かつ寸法精度が向上した。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１の
リングローリング圧延方法およびこの方法に用いられる
請求項２の装置によれば、リングローリング成形品表面
のへこみを少なくすることができ、かつ寸法精度を向上
させることができた。このため、成形品の仕上げ工程を
省略でき、また製品の歩留り、生産性が向上した。

【００２９】請求項２の装置において、請求項３のよう
に間隔調整機構により、各リング状部材間の間隔を、マ
ンドレルによる肉厚圧下前の被圧延材の高さより０.１
％ 以下の範囲で大きくなるように制御することで、従
来発生していたマンドレル側が大きく変形する肉厚方向
で非対称の高さ方向へこみを容易に許容範囲内に抑える
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るリングローリング圧
延装置を概略的に示す側面図、および平面図である。

【図２】本実施形態の装置によりリングローリング成形
されたリング状被圧延材の変形形状の説明図である。

【図３】本実施形態装置の要部の詳細を示す一部断面表
示を含む拡大側面図である。

【図４】本実施形態装置の作用を従来方式との比較で示
す説明図である。

【図５】第１従来例のリングローリング圧延装置を概略
的に示す側面図、および平面図である。

【図６】第１従来例の装置によりリングローリング成形
されたリング状被圧延材の変形形状の説明図である。

【符号の説明】

１ リング状被圧延材 １ａ，１ｂ 高さ方向へこみ １ｃ，１ｄ 肉厚方向へこみ ２ メインロール ３ マンドレル ４ エッジャーロール ５ トレーサ ６ａ，６ｂ リング状部材 １０ 間隔調整機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 升田 貞和 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 山田 猛志 神奈川県川崎市川崎区小島町４番６号 エ ヌケー金属加工株式会社内 (72)発明者 安藤 正一 神奈川県川崎市川崎区小島町４番６号 エ ヌケー金属加工株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状被圧延材の外径寸法をトレーサ
   により検知しながら、該被圧延材の半径方向の肉厚圧下
   を行うメインロール及びマンドレルと、該被圧延材の軸
   方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールとに
   より、該被圧延材を目標とする外径、内径、高さとなる
   ようにリングローリング圧延を行う方法において、 前記マンドレルの被圧延材圧下部を挟む両側部に、それ
   ぞれマンドレルと回転が同期し、かつマンドレルに対し
   て軸方向にスライド自在なリング状部材を配置して、前
   記マンドレルによる肉厚圧下時に、前記エッジャーによ
   る前記被圧延材の上下面圧延と連動させて前記各リング
   状部材による高さ圧下を行うことを特徴とするリングロ
   ーリング圧延方法。
2. 【請求項２】 リング状被圧延材の外径寸法をトレーサ
   により検知しながら、該被圧延材の半径方向の肉厚圧下
   を行うメインロール及びマンドレルと、該被圧延材の軸
   方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールとに
   より、該被圧延材を目標とする外径、内径、高さとなる
   ようにリングローリング圧延を行う装置において、 前記マンドレルの被圧延材圧下部を挟む両側部に、それ
   ぞれマンドレルと回転が同期し、かつマンドレルに対し
   て軸方向にスライド自在なリング状部材を配置するとと
   もに、 前記エッジャーによる前記被圧延材の上下面圧延と連動
   させて前記各リング状部材間の間隔を調整する間隔調整
   機構を設けたことを特徴とするリングローリング圧延装
   置。
3. 【請求項３】 間隔調整機構は、各リング状部材間の間
   隔を、マンドレルによる肉厚圧下前の被圧延材の高さよ
   り０.１％ 以下の範囲で大きくなるように制御すること
   を特徴とする請求項２記載のリングローリング圧延装
   置。