JP4446530B2 - Method for correcting average diameter of ring material having metal coating layer - Google Patents
Method for correcting average diameter of ring material having metal coating layer Download PDFInfo
- Publication number
- JP4446530B2 JP4446530B2 JP34111899A JP34111899A JP4446530B2 JP 4446530 B2 JP4446530 B2 JP 4446530B2 JP 34111899 A JP34111899 A JP 34111899A JP 34111899 A JP34111899 A JP 34111899A JP 4446530 B2 JP4446530 B2 JP 4446530B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring material
- diameter
- temperature
- heating
- heating device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外周面、内周面又は端面に金属被覆層を有するリング材の平均直径を所望の径になるように微修正するリング材の平均直径修正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、直径が1〜3mに及ぶ大径のリング状母材の外周面、内周面又は端面に、耐摩耗性等の物性を向上させるために硬質の金属被覆層を形成した構成のリング材が要求されてきた。そこで、本発明者等は、この構成のリング材の製造方法として、まず、鋼等の母材で所定形状、寸法のリング材を製造し、次いでそのリング材の外周面、内周面又は端面に、自溶性合金等の金属被覆層を形成するための材料を溶射して溶射層を形成し、次いでその溶射層を加熱、溶融処理することで硬質の金属被覆層を形成する方法を開発した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この方法で製造したリング材は、金属被覆層を形成する前のリング材の平均直径(外径、内径等の全周平均値即ち周長÷π)を所望の値となるように機械加工しておいても、溶射層の溶融処理によって微少量ではあるが縮小するという現象があった。そこで、溶融処理時の平均直径の縮小量を見込んで、金属被覆層形成前のリング材の平均直径を大きく設定することが考えられるが、溶射層の溶融処理時に生じる平均直径の縮小量が、溶融処理条件、環境の温湿度等の影響を受けるためか、必ずしも一定でなく、このため、リング材を所望直径とすることができず、直径の0.02〜0.2%程度の狂いが生じることがあった。リング材が鋼等の母材のみで構成されている場合には、リング材を大きめに作っておいて、所望直径に修正するように研削等の機械加工を施せばよいが、金属被覆層を形成したリング材では、その金属被覆層が薄いため(通常、1〜5mm程度)、金属被覆層を機械加工によって所望の平均直径になるように修正することはできない。このため、金属被覆層を形成した後のリング材を、機械加工によることなく所望の平均直径となるように微修正する必要が生じた。
【0004】
本発明はかかる要望に基づいてなされたもので、金属被覆層を備えたリング材の平均直径を微修正することの可能な方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は金属被覆層を備えたリング材の平均直径を微修正する方法を鋭意検討の結果、このリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱し且つリング材を加熱装置に対して相対的に移動させてリング材を全周に亘って適当な温度に加熱し、その後冷却することで、リング材の平均直径が縮小すること、及びその操作の際にリング材に外方への適当な荷重を加えた状態としておくことで平均直径の縮小量を少なくでき、更には拡径させることも可能であることを見出し、本発明を完成した。
【0006】
すなわち、本願の第一の発明に係る平均直径修正方法は、金属被覆層を有するリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながら前記リング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却するという構成としたものある。リング材にこのような加熱・冷却操作を加えると、リング材の平均直径が縮小するという現象が生じ、その際の縮径率は、加熱温度、加熱装置による加熱幅、リング材の回転速度等によって定まるので、それらを適切に設定することでリング材の平均直径を所望の値に縮小させて修正することができる。
【0007】
本願の第二の発明に係る平均直径修正方法は、リング材の円周方向に離れた複数の荷重作用点に外方への荷重を加え、その状態で、前記荷重作用点から離れた領域にあるリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながら前記リング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させた後、冷却するという構成としたものある。前記したように、リング材に対して加熱・冷却操作を加えることでリング材に縮径が生じるが、その際、リング材に外方への荷重を加えた状態とすることで、リング材の加熱領域に拡径方向の塑性変形を生じさせて拡径することが可能となり、ついては、加熱・冷却操作の条件選定による縮径作用調整と相まって縮・拡径調整の自由度が増すところとなって、平均直径を所望の値に修正することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明で平均直径修正の対象とするリング材は、全体的に中空円筒状をなす母材の表面に金属被覆層を形成したものであれば任意であり、代表的なものとしては、図1に示すリング材1のように、内周面及び外周面を共に単純な円筒状とした母材2の外周面に母材の物性向上のための金属被覆層3を形成したもの、或いは母材2の内面に金属被覆層を形成したもの等を挙げることができる。この構成のリング材は、金属被覆層の溶融処理を行った後の平均直径が最終製品に要求される寸法からずれていた場合、外周面或いは内周面に薄い金属被覆層があるので、その金属被覆層の表面を大きく研削して平均直径を修正するということができず、このため、本発明の平均直径修正方法によって平均直径を所定寸法に修正することが有効である。
【0011】
なお、平均直径修正の対象のリング材はこの構造に限らず、母材2の外周面、内周面、端面等に溝や段差を設けるとか、フランジを形成する等の変更を施したものでもよいし、また、金属被覆層の形成位置も適宜変更可能である。リング材を構成する母材は、金属材料であれば任意であり、具体的には、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、鋳鋼、鋳鉄、Ni基合金、Cu基合金、Al基合金等を挙げることができる。また、金属被覆層も表面の物性を所望に応じて向上させ得る材料であれば任意であり、例えば、Ni基合金、Co基合金、或いはこれらにWC、Cr3 C2 、TiB2 等の硬質材微粒子を配合したもの等を挙げることができる。リング材の寸法も特に限定されるものではないが、径の大きいもの、例えば外径が1〜3mといった大径のものが、平均直径に変化を生じた場合の所望値からのずれが大きく、本発明適用のメリットが大きい。
【0012】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係るリング材の平均直径修正方法の実施に用いるリング材の平均直径修正装置及びそれを用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図、図2はリング材1を平面に展開し加熱装置との関係を示す概略側面図である。この平均直径修正装置は、処理すべきリング材1を、リング材の外径の拡大を妨げない形で支持し且つ回転させるリング材支持回転装置8と、そのリング材1の円周方向の小区間を加熱する加熱装置10を備えたものである。
【0013】
リング材支持回転装置8は、リング材1を、リング材の外径の拡大を妨げない形で支持し、回転させることができるものであれば、その構成は任意であるが、この実施形態では、軸線が垂直になるように且つ回転可能に設けられた3個の支持ローラ11A、11B、11Cと、水平に設けられた受けローラ12を備えている。ここで、3個の支持ローラ11A、11B、11Cのうち、2個の支持ローラ11A、11Bは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ11Cはその軸線に直角方向に且つ矢印Aで示す方向に移動可能に設けられている。更に、その支持ローラ11Cには、その支持ローラ11Cを適当な圧力でリング材1の内面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段(図示せず)が連結されている。かくして、3個の支持ローラ11A、11B、11Cを取り囲むようにリング材1を配置し、支持ローラ11Cを矢印A方向に押してリング材1の内周面に押し付けることにより、リング材1の内周面を定位置に配置された2個の支持ローラ11A、11Bに押し付け、リング材1をその2個の支持ローラ11A、11Bで定まる所定位置に位置決めして支持できる。
【0014】
このように、移動可能な支持ローラ11Cを含む3本の支持ローラ方式を採用すると、リング材1をセットする際に、支持ローラ11Cを矢印Aとは反対方向に引っ込めておくことにより、リング材1のセットをきわめて容易に行うことができ、またリング材1の内径の大小に関係なく、リング材1を2個の支持ローラ11A、11Bで定まる所定位置に位置決めして支持できるという効果が得られる。なお、支持ローラ11A、11Bの配置間隔は簡単に変更できるようにしておくことが好ましい。ここで使用する支持ローラの個数は、図示した3個に限らず、2個或いは4個以上とすることも可能である。例えば、2個使用する場合には、一方を定位置に設け、他方を移動可能とすることにより、リング材2をその2個の支持ローラがリング材2の直径上に位置するように位置決めすることができる。また、4個を使用する場合には2個を定位置に設け、残り2個を移動可能とすることで、リング材を定位置の2個で定まる位置に位置決めすることができる。
【0015】
1個の支持ローラ11Aには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段(図示せず)が連結されており、その支持ローラ11Aを回転させることで、リング材1を回転させることができる。前記した支持ローラ11Cをリング材1の内周面に押し付ける押圧力は、リング材1が半径方向にがたつかない程度に拘束すると共に支持ローラ11Aの回転をリング材1に伝達可能な摩擦力を確保しうるが、リング材1を変形させることがないように低く定めている。なお、駆動手段で回転させる支持ローラは、1個に限らず、2個或いは全部としてもよい。回転駆動する支持ローラの個数を多くすると、リング材1を回転させるのに必要な摩擦力が小さくて済むので、リング材1を回転させるために要する支持ローラのリング材1に対する押圧力を小さくすることが可能となる。
【0016】
リング材1を支持する受けローラ12は、単にリング材1の重量を受けるためのものであり、リング材1の回転に支障を生じないよう、受けローラ12も回転自在に設けられている。なお、リング材1を回転自在に支持する手段としては受けローラ12に限らず、適宜変更可能である。また、受けローラ12を回転駆動することでリング材1を回転させる構成とし、支持ローラ11A、11B、11Cは単にリング材1を回転自在に支持する構成としてもよい。
【0017】
以上のようにこの実施形態に用いるリング材支持回転装置8は、リング材1の内側に配置される支持ローラ11A、11B、11Cとリング材1の下端を支持する受けローラ12でリング材1を支持して回転させる構成であるので、リング材1をその外径の拡大を妨げない形で支持することができ、このため、リング材1が加熱装置10によって加熱されて熱膨張を生じようとした時にも、リング材全体が拡径することができ、局部的な異常変形を生じることがない。
【0018】
加熱装置10は、リング材1の円周方向の小区間を加熱することの可能なものであれば任意であるが、加熱装置10として誘導子を配し、これに高周波交流を通電して行う誘導加熱方式によるのが投入熱量を大きくでき且つ投入熱量を容易に制御できるので好ましい。このため、この実施形態では、誘導子を配している。加熱装置10によるリング材の円周方向の加熱幅w(図2参照)は、リング材1を縮径させるべき量、加熱温度、リング材1の回転速度等によっても異なるが、通常は20〜100mm程度に設定される。この寸法dが20mmよりも小さいと、加熱領域が小さすぎて、大入熱での誘導加熱が困難となってリング材1の回転速度を小さくせざるを得ず、このため処理速度が遅くなり、一方100mmよりも大きいと、誘導子や給電設備が大型化してしまう。これらを考慮すると前記した寸法範囲が好ましい。
【0019】
前記した構成の装置を用いたリング材の平均直径修正方法は次のように行われる。すなわち、処理すべきリング材1を図1に示すように支持ローラ11A、11B、11Cで定位置で回転するように支持し、そのリング材1の円周方向の小区間を加熱装置10で加熱しながら、リング材1を回転させ、リング材1を全周に亘って加熱する。そしてこの加熱及びリング材1の回転を継続することで、リング材1を、図4のグラフに特性曲線14で示すように、徐々に昇温させ(直線14a)、所定温度に達すると、その温度に所定時間保持し(直線14b)、その後、加熱及びリング材1の回転を停止し、冷却を行う(曲線14c)。なお、リング材1を回転させながら円周方向の小区間を加熱装置10で加熱した場合、リング材1には円周方向に、図3に曲線15で示すような温度分布が生じている。すなわち、加熱装置10で加熱される領域では曲線15aで示すように昇温し、その他の領域では曲線15bで示すように徐々に温度降下する。図4に示すグラフにおける温度は、リング材1の、加熱装置10を出た直後の領域の温度(図3における点16)を指標として示したものである。
【0020】
前記したように、リング材1の加熱操作に当たっては、図4に曲線14で示すように、リング材1を昇温、保持、冷却する。昇温工程においては、リング材1に皮膜割れが生じないように昇温速度を低く抑えておく。すなわち、リング材1を構成する母材2と金属被覆層3とは熱膨張係数が若干異なるため、リング材1の昇温速度を大きくして急激に熱膨張させると皮膜割れが生じるので、この皮膜割れが生じない程度に昇温速度を設定する。例えば、母材2がS20C、金属被覆層3がNi−Cr系自溶合金の場合には、昇温速度を5〜20°C/分程度に設定する。リング材1の回転速度は、リング材1の全周をなるべく均等に加熱する上からは早い方がよいが、あまり早くすると回転に要する動力が大きくなると共に放熱量も大きくなってエネルギーロスが大きくなる欠点が生じるので、リング材周速にして10〜50mm/秒程度とすることが好ましい。
【0021】
リング材1の加熱温度(保持温度)は、通常500〜1000°C程度に設定する。本発明者等が確認した結果、保持温度がリング材の縮径率に影響することが判明した。従って、保持温度は所望の縮径率に応じて設定する。保持時間は、短いと縮径の効果が低く且つ縮径率不安定になる傾向があるので、通常、1〜2時間に設定する。
【0022】
冷却時においても、温度下降速度が大きいと皮膜割れが生じるので、ゆっくりと冷却することが望ましく、放冷若しくは断熱材で包んで放冷する徐冷を行うことが好ましい。
【0023】
以上のようにしてリング材1の加熱、保持、及び冷却を行うと、リング材1には縮径が生じ、平均直径が縮小する。この縮径の理由は、断定はできないが、加熱・温度保持後の冷却過程におけるリング材の外周面側と内周面側との冷却挙動の差異によるものと思われる。すなわち、外周面側と内周面側の温度は加熱・温度保持過程では概ね同等に推移するが、冷却過程では、放射冷却、対流冷却共々外周面側の方に強く作用して外周面側の温度が内周面側よりも低い形で推移する。ついては、外周面側の熱収縮が内周面側よりも先行して進んで、外周面側が内周面側に圧縮力を及ぼし、内周面側が外周面側にたが張り力を及ぼす力関係で、且つ、外周面側の変形抵抗が内周面側より高い状態で冷却が進む。この結果、冷却過程では、変形抵抗の低い(軟らかい)内周面側が外周面側から及ぼされる圧縮力により圧縮降伏して縮径塑性変形し、常温まで熱収縮したときの内周面側の直径(たとえば内径寸法)は、元の直径より小さくなる。外周面側については、この時点で、内周面側との間で相互に微少な弾性変形力を及ぼし合って寸法整合する形で内周面側の直径に倣う。即ち、上記内周面側の縮径塑性変形がリング材全体の冷却後の直径を支配することになるというものである。
【0024】
前記した方法で縮径を行った際の縮径率に影響を及ぼす因子を検討した結果、保持温度のみならず、誘導子による加熱幅、リング材の回転速度があることが判明した。例えば、表1は、下記条件にて加熱保持温度と縮径率の関係を測定して得た結果である。
(1)試供リング材材質
母材2;S20C
金属被覆層3;Ni−Cr系自溶合金
(2)試供リング材サイズ
外径;1845mm
内径;1840mm
幅 ;80mm
金属被覆層厚み;2.5mm
(3)加熱・回転条件
リング材周速;15mm/秒
誘導子加熱幅w;40mm
昇温速度;5〜7°C/分
保持時間;2時間
冷却方法;断熱材で覆って放冷(徐冷)
【0025】
【表1】
【0026】
表2は、下記条件にて誘導子の加熱幅と縮径率の関係を測定して得た結果である。
(1)試供リング材材質
母材2;S20C
金属被覆層3;Ni−Cr系自溶合金
(2)試供リング材サイズ
外径;1845mm
内径;1840mm
幅 ;80mm
金属被覆層厚み;2.5mm
(3)加熱・回転条件
リング材周速;15mm/秒
昇温速度;6°C/分
保持温度;800°C
保持時間;2時間
冷却方法;断熱材で覆って放冷(徐冷)
【0027】
【表2】
【0028】
表3は、下記条件にてリング材の回転速度と縮径率の関係を測定して得た結果である。
(1)試供リング材材質
母材2;S20C
金属被覆層3;Ni−Cr系自溶合金
(2)試供リング材サイズ
外径;1845mm
内径;1840mm
幅 ;80mm
金属被覆層厚み;2.5mm
(3)加熱条件
誘導子加熱幅w;30mm
昇温速度;6°C/分
保持温度;800°C
保持時間;2時間
冷却方法;断熱材で覆って放冷(徐冷)
【0029】
【表3】
【0030】
以上に説明したように、リング材1の縮径率は、保持温度、誘導子による加熱幅、リング材の回転速度によって異なるので、あらかじめリング材に対するこれらの特性を実験で求めておき、その特性から所望の縮径率に対する条件を求め、その条件で縮径操作を行うことで、リング材1を所望の直径に修正することができる。
【0031】
前記した実施形態では、リング材1の内周面に接するように配置された支持ローラ11Cのリング材1に対する押圧力を、リング材1が半径方向にがたつかない程度に拘束すると共に支持ローラ11Aの回転をリング材1に伝達可能な摩擦力を確保しうるが、リング材1を変形させることがないように低く定めている。従って、リング材1には実質的な荷重を加えていない状態で加熱操作を行っている。しかしながら、本発明はこの場合に限らず、リング材1に直径方向外方への荷重を加えた状態で加熱操作を行い、これによって、縮径量を減少させるとか、更には拡径を行わせることも可能である。以下、この場合の実施形態を説明する。
【0032】
図5は、この場合の実施形態を示す概略平面図である。この実施形態で用いる平均直径修正装置も、処理すべきリング材1を支持して回転させるリング材支持回転装置18と、そのリング材1の円周方向の小区間を加熱する加熱装置10を備えている。リング材支持回転装置18は、定位置に配置された支持ローラ21Aとその支持ローラ21Aに対して離れる方向にエアシリンダ等の押圧手段(図示せず)で押された支持ローラ21Bを備えており、二つの支持ローラ21A、21Bを包囲するようにリング材1をセットし、支持ローラ21Bを矢印Aで示す方向に押圧手段で押すことにより、2本の支持ローラ21A、21Bでリング材1の内面の直径上の2箇所の荷重作用点Cに直径方向外方への荷重を加えることができる。一方の支持ローラ21Aには回転機構が連結されており、その支持ローラ21Aを回転させることで、リング材1を回転させることができる。加熱装置10は、リング材1の円周方向の小区間を加熱するものであり、図1に示す実施形態の加熱装置と同様なものが使用される。この加熱装置10は、支持ローラ21A、21Bの中間位置でリング材1を加熱するように配置されている。
【0033】
この実施形態は、支持ローラ21A、21Bによってリング材1に直径方向外方への荷重を加えた状態でリング材1の回転及び加熱を行うものであり、リング材1の回転及び加熱は図1〜図4で説明した実施形態と同様に行われる。これにより、リング材1には、前記実施形態で説明したように、縮径が生じようとする。
【0034】
一方、リング材1には中心をはさんだ二つの荷重作用点Cに直径方向外方への荷重が加わっているため、これがリング材1を微少ではあるが塑性変形させ、リング材を拡径させるように作用する。以下、この点を説明する。
【0035】
図6に示すように、リング材1の半径をR、リング材1の加熱点をB、リング材1に荷重が作用する点をC、C、その荷重をFとする。この荷重Fにより、リング材1は誇張して示すように、楕円状に変形し、荷重作用点Cではリング材1の曲率半径を小さくする方向に曲げモーメントMcが作用し、作用点C、Cの中間点にある加熱点Bにはリング材1の曲率半径を大きくする方向に曲げモーメントMbが作用する。これらの曲げモーメントMb、Mcはそれぞれ、数1、数2で表される。
【0036】
【数1】
【0037】
【数2】
【0038】
ここで、kは曲がり梁の断面係数であり、半径Rに対してリング材1の半径方向の厚みが小さい場合には、1よりかなり小さく、従って省略しうる。従って、kを省略して前記の曲げモーメントの大きさを計算すると、
Mb=0.182FR
Mc=0.318FR
となる。この曲げモーメントによってリング材1に生じる応力は、リング材1の断面係数をZとすると、それぞれ、
σ(B点)=Mb/Z=0.182FR/Z
σ(C点)=Mc/Z=0.318FR/Z
となる。従って、両者の比は
σ(C点)/σ(B点)=1.75
となり、荷重作用点の方に大きい応力が生じている。
【0039】
加熱点Bに作用する曲げモーメントMbによってリング材1に生じる応力σ(B点)が、加熱点Bにおけるリング材1の塑性変形応力σfを超えた場合には 、リング材1は加熱点Bにおいて曲率半径が増大する方向に塑性変形し、これによってリング材1は拡径しようとする。一方、荷重作用点Cに作用する曲げモーメントMcによってリング材1に生じる応力σ(C点)が、荷重作用点Cにおけるリング材1の塑性変形応力σfを超えた場合には、リング材1は荷重作用点Cにおいて曲率半径が縮小する方向に塑性変形し、これによってリング材1は縮径しようとする。従って、加熱点Bにおける塑性変形を多くし、荷重作用点Cにおける塑性変形を抑制若しくは無くすことで、リング材1に拡径作用を与えることができる。ところで、前記したように加熱点Bと荷重作用点Cに生じる応力は同一ではなく、荷重作用点Cにおける応力の方が加熱点Bの応力より1.75倍大きくなっている。このため加熱点Bと荷重作用点Cの塑性変形応力σfが同一であれば、荷重作用点Cにおける塑性変形の方が加熱点Bにおける塑性変形の1.75倍生じることとなり、拡径は生じない。従って、加熱点Bにおける塑性変形を荷重作用点Cにおける塑性変形よりも大きくするには、加熱点B及び荷重作用点Cにおける塑性変形応力の比を次式のように設定すればよい。
σf(C点)/σf(B点)>σ(C点)/σ(B点)=1.75・・・(1)
【0040】
リング材の塑性変形応力σfは温度に依存して変化し、例えば、S20C(焼ならし炭素鋼)の塑性変形応力の温度特性は図8に示すグラフのようになっており、温度が上昇するにつれて低下する。また、図3で示したように、リング材1内には円周方向に温度分布が生じている。この温度分布はリング材1の回転速度を変えるとか、加熱装置10を出た領域のリング材1に空気を吹き付けて冷却すること等によって変更可能である。そこで、リング材1における温度分布を適切に設定することで、加熱点Bにおける塑性変形抵抗σf(B点)と荷重作用点Cにおける塑性変形抵抗σf(C点)を前記(1)式を満たす値とすることができ、これによりリング材1に拡径作用を生じさせることができる。具体的な数値で説明すると、加熱点Bを850°Cとすると、塑性変形抵抗σf(B点)は図8から、522kg/cm2 となるので、荷重作用点Cにおける塑性変形応力σf(C点)は、前記(1)式から
σf(C点)>522×1.75=914kg/cm2
となる。この数値の塑性変形抵抗に対応する温度は図8から660°Cであるので、荷重作用点Cにおける温度を660°C以下とすることで拡径作用を生じさせることができ、その温度を低くする程、拡径量は大きくなる。
【0041】
以上のように、リング材1を加熱装置10で加熱しながら回転させる操作を行う際に、リング材1に直径方向外方への荷重Fを加え且つ加熱点Bと荷重作用点に適切な温度差を設けることにより、リング材1に拡径作用を与えることができる。この拡径作用によって生じる拡径量は、荷重Fを大きくするほど、また、温度差を大きくするほど大きくなる。一方、前記したようにリング材1に、リング材1を加熱しながら回転させ次いで冷却するという操作を加えることによってリング材1には縮径が生じる。従って、荷重よる拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを適切に調整することで、リング材を拡径或いは縮径させて平均直径を所望の値に修正することができる。
【0042】
図5に示す実施形態のように、リング材1に直径方向外方への荷重を加えて拡径作用を与える場合において、効果的に拡径作用を与えるには、リング材1の加熱装置10で加熱、昇温した領域に曲率半径が拡大する方向の大きい曲げモーメントを作用させることが好ましい。従って、加熱装置10を、リング材1に加えた荷重によって該リング材に曲率半径が拡大する方向の最大曲げモーメントが作用する領域に配置することが好ましい。この最大曲げモーメントが作用する領域は、図5の実施形態では、二つの支持ローラ21A、21Bの中間点であり、ここに加熱装置10を配置している。また、効果的に拡径作用を与えるには、荷重作用点Cの温度を下げて塑性変形が生じないようにすることも有効であり、このため、リング材1に生じさせる温度パターンを、加熱装置10を配置した領域では、その領域に作用する曲げモーメントで塑性変形を生じる温度に昇温させ、荷重の作用点では、その作用点に作用する曲げモーメントでは塑性変形がほとんど生じない温度に低下するように設定することが好ましい。
【0043】
図5の実施形態は、リング材1を2本の支持ローラ21A、21Bで支持する構成としているが、支持ローラの使用本数も適宜増加させることができ、例えば、図1に示すように3本としてもよい。換言すれば、図1に示す装置も、支持ローラ11Cに加える押圧力を大きくすることで、リング材1に対して直径方向外方への荷重を加えることができ、図5の実施形態と同様に、荷重による拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを生じさせてリング材の平均直径を所望の値に修正する方法の実施に使用できる。
【0044】
また、図7は支持ローラを更に多くした実施形態を示すものである。すなわち、この実施形態では、リング材1を回転するように支持するリング材支持回転装置28が、リング材1の中心の片側に定位置に固定して設けられた3本の支持ローラ31A、31B、31Cと、中心をはさんで反対側に直径方向に移動可能に設けられた3本の支持ローラ31D、31E、31Fを備えており、この支持ローラ31D、31E、31Fにはエアシリンダ等の押圧手段(図示せず)が連結されている。この実施形態でも、3本の支持ローラ31D、31E、31Fを押圧手段でリング材1の直径方向外方へ押すことで、この支持ローラ31D、31E、31F及び反対側の支持ローラ31A、31B、31Cによってリング材1に外方への荷重を加えることができ、この状態でリング材1を回転させ且つ加熱装置10で加熱することで、図5の実施形態と同様に、荷重による拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを生じさせてリング材の平均直径を所望の値に修正することができる。図7の実施形態のように、リング材1に対する荷重作用点を多くすると、リング材1に加える力を分散させることができ、このため、各作用点に生じる曲率半径を縮小させる方向の曲げモーメントを小さくでき、拡径の効果を上げることができる。
【0045】
なお、以上に説明した実施形態ではいずれも、リング材1を加熱するための加熱装置10を1個設けているが、この加熱装置10は1個に限らず、複数個設けて、リング材1を円周上の複数箇所で加熱する構成としてもよい。
【0046】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、金属被覆層を有するリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながらそのリング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却するという操作を行うことで、リング材の直径を微少量、縮径させることができ、その際の縮径量は、加熱温度、加熱装置による加熱幅、リング材の回転速度等によって定まるので、それらを適切に設定することでリング材の平均直径を所望の値に修正することができる。このため、外周面或いは内周面に、薄い(従って削り代のきわめて小さい)金属被覆層を形成したリング材の平均直径が最終製品に要求される平均直径よりも大きかった時に、このリング材の平均直径を所望の値に修正でき、その後、そのリング材に対して仕上げ加工を施すことで、所望サイズの、金属被覆層を有するリング材を製造できるという効果が得られる。
【0047】
また、リング材の円周方向に離れた複数の荷重作用点に外方への荷重を加え、その状態で、前記荷重作用点から離れた領域にあるリング材の円周方向の小区間を加熱装置で加熱しながらそのリング材を加熱装置に対して円周方向に相対的に移動させて前記リング材を全周に亘って加熱し、所定温度に昇温させたのち冷却するという操作を行うことで、リング材に対して荷重による拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを与えることができ、この荷重よる拡径作用と加熱・冷却操作による縮径作用とを適切に調整することで、リング材を所望径に縮径させたり、逆に拡径させることができ、平均直径を所望の値に修正することができる。このため、外周面或いは内周面に、薄い金属被覆層を形成したリング材の平均直径が最終製品に要求される平均直径からずれていた時に、このリング材の平均直径を所望の値に修正でき、その後、そのリング材に対して仕上げ加工を施すことで、所望サイズの、金属被覆層を有するリング材を製造できるという効果が得られる。
【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材の平均直径修正方法の実施に用いる平均直径修正装置及びそれを用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図
【図2】 図1に示す実施形態におけるリング材1を平面に展開し加熱装置との関係を示す概略側面図
【図3】 回転中のリング材1に生じる温度分布を示すグラフ
【図4】 図1に示す実施形態において、リング材の加熱装置出側における温度の経時変化を示すグラフ
【図5】 本発明の他の実施形態に用いる平均直径修正装置及びそれを用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図
【図6】 図5に示す実施形態において、リング材に作用する荷重及び曲げモーメントを示す模式図
【図7】 本発明の更に他の実施形態に係る平均直径修正装置を用いてリング材の平均直径修正を行う状態を示す概略斜視図
【図8】 焼きならし炭素鋼の塑性変形応力と温度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
1 リング材
2 母材
3 金属被覆層
8、18、28 リング材支持回転装置
10 加熱装置
11A、11B、11C 支持ローラ
21A、21B 支持ローラ
31A、31B、31C、31D、31E、31F 支持ローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for correcting an average diameter of a ring material that finely corrects the average diameter of a ring material having a metal coating layer on an outer peripheral surface, an inner peripheral surface or an end surface so as to become a desired diameter.To the lawRelated.
[0002]
[Prior art]
Recently, a ring material having a hard metal coating layer formed on the outer peripheral surface, inner peripheral surface or end surface of a large ring base material having a diameter of 1 to 3 m in order to improve physical properties such as wear resistance. Has been required. Accordingly, the inventors of the present invention, as a method of manufacturing the ring material having this configuration, first manufacture a ring material having a predetermined shape and size using a base material such as steel, and then the outer peripheral surface, inner peripheral surface or end surface of the ring material. In addition, a method for forming a hard metal coating layer by spraying a material for forming a metal coating layer such as a self-fluxing alloy to form a thermal spray layer and then heating and melting the thermal spray layer was developed. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the ring material manufactured by this method is such that the average diameter of the ring material before forming the metal coating layer (the overall average value of the outer diameter, inner diameter, etc., that is, the circumferential length ÷ π) is a desired value. Even after processing, there was a phenomenon that the coating layer was reduced in a small amount by the melting treatment of the sprayed layer. Therefore, in anticipation of the reduction amount of the average diameter at the time of the melting treatment, it is conceivable to set the average diameter of the ring material before the metal coating layer is formed large, but the reduction amount of the average diameter generated at the time of the melting treatment of the sprayed layer is The ring material is not necessarily constant because it is affected by the melt processing conditions, the temperature and humidity of the environment, etc. Therefore, the ring material cannot have a desired diameter, and a deviation of about 0.02 to 0.2% of the diameter may occur. It sometimes occurred. If the ring material is composed only of a base material such as steel, the ring material should be made larger and then machined such as grinding to correct it to the desired diameter. In the formed ring material, since the metal coating layer is thin (usually about 1 to 5 mm), the metal coating layer cannot be modified to a desired average diameter by machining. For this reason, the ring material after forming the metal coating layer needs to be finely corrected so as to have a desired average diameter without machining.
[0004]
The present invention has been made based on such a demand, and is capable of finely modifying the average diameter of a ring material having a metal coating layer.The lawThe purpose is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on a method for finely correcting the average diameter of the ring material provided with the metal coating layer, the present inventors heated a small section in the circumferential direction of the ring material with a heating device and used the ring material as a heating device. The ring material is moved relatively to the entire circumference, heated to an appropriate temperature over the entire circumference, and then cooled, so that the average diameter of the ring material is reduced, and the ring material is moved outward during the operation. It has been found that the amount of reduction in the average diameter can be reduced by further applying an appropriate load to the tube, and further, the diameter can be increased, and the present invention has been completed.
[0006]
That is, in the average diameter correcting method according to the first invention of the present application, the ring material is circumferentially arranged with respect to the heating device while heating the circumferential small section of the ring material having the metal coating layer with the heating device. There is a configuration in which the ring material is relatively moved to be heated over the entire circumference, the temperature is raised to a predetermined temperature, and then cooled. When such a heating / cooling operation is applied to the ring material, a phenomenon occurs in which the average diameter of the ring material is reduced. In this case, the diameter reduction ratio is determined by the heating temperature, the heating width by the heating device, the rotation speed of the ring material, Therefore, by appropriately setting them, the average diameter of the ring material can be reduced to a desired value and corrected.
[0007]
In the average diameter correcting method according to the second invention of the present application, an outward load is applied to a plurality of load acting points separated in the circumferential direction of the ring material, and in that state, in a region away from the load acting point. While heating a small section in the circumferential direction of a certain ring material with a heating device, the ring material is moved relative to the heating device in the circumferential direction to heat the ring material over the entire circumference, and a predetermined temperature. After the temperature is raised to a temperature, the cooling is performed. As described above, the ring material is reduced in diameter by applying a heating / cooling operation to the ring material. At that time, by applying an outward load to the ring material, It is possible to expand the diameter by causing plastic deformation in the diameter expansion direction in the heating region, and this is where the degree of freedom in adjusting the diameter reduction and expansion is increased in conjunction with the diameter reduction adjustment by selecting the heating and cooling operation conditions. Thus, the average diameter can be corrected to a desired value.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ring material for which the average diameter is to be corrected in the present invention is arbitrary as long as the metal coating layer is formed on the surface of the base material having a hollow cylindrical shape as a whole. Or a base material in which a
[0011]
The ring material whose average diameter is to be corrected is not limited to this structure, but may be a groove or a step formed on the outer peripheral surface, inner peripheral surface, end surface, etc. of the
[0012]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows an average diameter correction of a ring material according to an embodiment of the present invention.Device for correcting the average diameter of ring material used for carrying out the method andFIG. 2 is a schematic side view showing a state in which the average diameter of the ring material is corrected using FIG. 2, and FIG. 2 is a schematic side view showing the relationship between the
[0013]
The ring material supporting and rotating
[0014]
As described above, when the three support roller system including the
[0015]
A driving means (not shown) for rotationally driving the support roller is connected to the
[0016]
The receiving
[0017]
As described above, this embodimentUsed forSince the ring material
[0018]
The
[0019]
The method for correcting the average diameter of the ring material using the apparatus having the above-described configuration is performed as follows. That is, the
[0020]
As described above, when the
[0021]
The heating temperature (holding temperature) of the
[0022]
Even during cooling, if the rate of temperature decrease is large, film cracking occurs, so it is desirable to cool slowly, and it is preferable to cool slowly or wrap in a heat insulating material and cool slowly.
[0023]
When the
[0024]
As a result of investigating factors affecting the diameter reduction ratio when the diameter is reduced by the above-described method, it has been found that there is not only the holding temperature but also the heating width by the inductor and the rotation speed of the ring material. For example, Table 1 shows the results obtained by measuring the relationship between the heating holding temperature and the diameter reduction rate under the following conditions.
(1) Sample ring material
(2) Sample ring material size
Outer diameter: 1845mm
Inner diameter: 1840mm
Width: 80mm
Metal coating layer thickness: 2.5mm
(3) Heating / rotating conditions
Ring material peripheral speed: 15mm / sec
Inductor heating width w; 40 mm
Temperature increase rate: 5-7 ° C / min
Holding time: 2 hours
Cooling method: Cover with a heat insulating material and allow to cool (slow cooling)
[0025]
[Table 1]
[0026]
Table 2 shows the results obtained by measuring the relationship between the heating width of the inductor and the reduction ratio under the following conditions.
(1) Sample ring material
(2) Sample ring material size
Outer diameter: 1845mm
Inner diameter: 1840mm
Width: 80mm
Metal coating layer thickness: 2.5mm
(3) Heating / rotating conditions
Ring material peripheral speed: 15mm / sec
Temperature increase rate: 6 ° C / min
Holding temperature: 800 ° C
Holding time: 2 hours
Cooling method: Cover with a heat insulating material and allow to cool (slow cooling)
[0027]
[Table 2]
[0028]
Table 3 shows the results obtained by measuring the relationship between the rotation speed of the ring material and the diameter reduction rate under the following conditions.
(1) Sample ring material
(2) Sample ring material size
Outer diameter: 1845mm
Inner diameter: 1840mm
Width: 80mm
Metal coating layer thickness: 2.5mm
(3) Heating conditions
Inductor heating width w: 30 mm
Temperature increase rate: 6 ° C / min
Holding temperature: 800 ° C
Holding time: 2 hours
Cooling method: Cover with a heat insulating material and allow to cool (slow cooling)
[0029]
[Table 3]
[0030]
As described above, the diameter reduction ratio of the
[0031]
In the above-described embodiment, the pressing force of the
[0032]
FIG. 5 is a schematic plan view showing the embodiment in this case. The average diameter correcting device used in this embodiment also includes a ring material supporting and
[0033]
In this embodiment, the
[0034]
On the other hand, the
[0035]
As shown in FIG. 6, the radius of the
[0036]
[Expression 1]
[0037]
[Expression 2]
[0038]
Here, k is a section modulus of the curved beam, and when the radial thickness of the
Mb = 0.182FR
Mc = 0.318FR
It becomes. The stress generated in the
σ (point B) = Mb / Z = 0.182FR / Z
σ (C point) = Mc / Z = 0.318FR / Z
It becomes. Therefore, the ratio of the two is
σ (point C) / σ (point B) = 1.75
Thus, a large stress is generated at the load application point.
[0039]
When the stress σ (point B) generated in the
σf (point C) / σf (point B)> σ (point C) / σ (point B) = 1.75 (1)
[0040]
The plastic deformation stress σf of the ring material changes depending on the temperature. For example, the temperature characteristic of the plastic deformation stress of S20C (normalized carbon steel) is as shown in the graph of FIG. 8, and the temperature rises. Decreases as Further, as shown in FIG. 3, a temperature distribution is generated in the circumferential direction in the
σf (C point)> 522 × 1.75 = 914 kg / cm2
It becomes. Since the temperature corresponding to the plastic deformation resistance of this numerical value is 660 ° C. from FIG. 8, the diameter expansion effect can be caused by setting the temperature at the load application point C to 660 ° C. or less. The larger the diameter, the larger the diameter expansion.
[0041]
As described above, when the
[0042]
As in the embodiment shown in FIG. 5, in order to effectively give a diameter expanding action when a radially outward load is applied to the
[0043]
In the embodiment of FIG. 5, the
[0044]
FIG. 7 shows an embodiment in which the number of support rollers is further increased. That is, in this embodiment, the three
[0045]
In each of the embodiments described above, one
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ring material having the metal coating layer is heated in the circumferential direction with the heating device while the ring material is relatively relative to the heating device in the circumferential direction. By moving the ring material over the entire circumference, raising the temperature to a predetermined temperature and then cooling it, the ring material can be reduced in diameter by a small amount. Since the amount of diameter reduction is determined by the heating temperature, the heating width by the heating device, the rotation speed of the ring material, etc., the average diameter of the ring material can be corrected to a desired value by appropriately setting them. For this reason, when the average diameter of the ring material having a thin metal coating layer formed on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface (and hence the machining allowance is extremely small) is larger than the average diameter required for the final product, The average diameter can be corrected to a desired value, and then the ring material is finished to obtain an effect that a ring material having a metal coating layer having a desired size can be manufactured.
[0047]
Further, an outward load is applied to a plurality of load acting points separated in the circumferential direction of the ring material, and in this state, a small section in the circumferential direction of the ring material in a region away from the load acting point is heated. The ring material is moved relative to the heating device in the circumferential direction while being heated by the device, the ring material is heated over the entire circumference, and the temperature is raised to a predetermined temperature and then cooled. Therefore, it is possible to give the ring material a diameter expansion effect by a load and a diameter reduction effect by a heating / cooling operation, and appropriately adjust the diameter expansion effect by the load and the diameter reduction effect by a heating / cooling operation. Thus, the ring material can be reduced in diameter to a desired diameter, or conversely, the diameter can be increased, and the average diameter can be corrected to a desired value. For this reason, when the average diameter of a ring material with a thin metal coating layer formed on the outer peripheral surface or inner peripheral surface deviates from the average diameter required for the final product, the average diameter of the ring material is corrected to a desired value. After that, the ring material having a metal coating layer having a desired size can be manufactured by finishing the ring material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an average diameter correction of a ring material according to an embodiment of the present invention.Mean diameter correction device used for carrying out the method and the sameSchematic perspective view showing a state in which the average diameter of the ring material is corrected
FIG. 2 shows the implementation shown in FIG.FormThe schematic side view which expand | deploys the
FIG. 3 is a graph showing a temperature distribution generated in the
4 is a graph showing the change over time of the temperature of the ring material on the outlet side of the heating device in the embodiment shown in FIG.
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.Used forAverage diameter correctorAnd itSchematic perspective view showing a state in which the average diameter of the ring material is corrected
6 is a schematic diagram showing a load and a bending moment acting on a ring material in the embodiment shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a state in which an average diameter of a ring material is corrected using an average diameter correcting device according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between plastic deformation stress and temperature of normalized carbon steel.
[Explanation of symbols]
1 Ring material
2 Base material
3 Metal coating layer
8, 18, 28 Ring material support rotation device
10 Heating device
11A, 11B, 11C Support roller
21A, 21B Support roller
31A, 31B, 31C, 31D, 31E, 31F Support roller
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34111899A JP4446530B2 (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Method for correcting average diameter of ring material having metal coating layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34111899A JP4446530B2 (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Method for correcting average diameter of ring material having metal coating layer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001150027A JP2001150027A (en) | 2001-06-05 |
JP4446530B2 true JP4446530B2 (en) | 2010-04-07 |
Family
ID=18343433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34111899A Expired - Fee Related JP4446530B2 (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Method for correcting average diameter of ring material having metal coating layer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4446530B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6701675B2 (en) * | 2015-11-10 | 2020-05-27 | 日本精工株式会社 | Ring-shaped member roundness correction method, ring-shaped member manufacturing method, and mechanical device manufacturing method |
-
1999
- 1999-11-30 JP JP34111899A patent/JP4446530B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001150027A (en) | 2001-06-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4360721B2 (en) | Ring material straightening method | |
EP3385006B1 (en) | Method for manufacturing ring-rolled product | |
WO2018186258A1 (en) | Method for cooling ring rolling main roll and method for manufacturing ring rolled body | |
JP4446530B2 (en) | Method for correcting average diameter of ring material having metal coating layer | |
EP0822874B1 (en) | Homogeneous quench substrate | |
JP3233854U (en) | Pretreatment equipment and pretreatment method for structural steel | |
KR101543867B1 (en) | Method for manufacturing martensitic stainless steel sheet using twin roll casting roll | |
JP3233423U (en) | Transmission device for mold steel processing equipment | |
JP3090188B2 (en) | Cooling drum for thin cast slab casting | |
JP2001353779A (en) | Press roll and method for producing embossed film | |
JP3729657B2 (en) | Method and apparatus for remelting treatment of primary coating layer | |
US20110100080A1 (en) | Method for Cooling a Hot Strip Wound to a Hot Strip Bundle, a Device for Cooling a Hot Strip, a Control and/or a Regulation Device and Metal Strip | |
JP3929205B2 (en) | Method for melting the primary coating layer | |
JP2021016900A (en) | Forged roll-based heat pipe roll and method for manufacturing the same | |
US5611143A (en) | Process for making chilled iron rolls | |
JPH02104421A (en) | Warm spinning methods for metastable austenitic stainless steel | |
RU2271261C1 (en) | Process for forming rings of fine-grain structure blanks | |
KR102560881B1 (en) | Local heat treatment method of work roll | |
JPH05329569A (en) | Method for molding metallic ring body and its production | |
RU2301718C2 (en) | Method for producing ring blanks of high-alloy refractory alloys | |
JP2017144483A (en) | Cold Rolling Method | |
RU2659501C1 (en) | Method of producing the rolled rings with regular microstructure | |
JPH04361843A (en) | Method and device for manufacturing modified cross sectional ring | |
JP2001105009A (en) | Cold-rolling method excellent in dimensional accuracy | |
CN118080771A (en) | Uniform stress forging method for IN718 ring |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060523 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071018 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091027 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100119 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100119 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130129 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130129 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160129 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |