JP4446530B2

JP4446530B2 - Method for correcting average diameter of ring material having metal coating layer

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Publication number: JP4446530B2
Application number: JP34111899A
Authority: JP
Inventors: 康男渡辺; 義信曽地; 憲志矢田部; 忠伸宮川
Original assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Current assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001150027A

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 metal coating layer 3 for improving the physical properties of the base material is formed on the outer peripheral surface of the base material 2 having both a simple cylindrical shape on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, as shown in FIG. And the like, and the like can be mentioned. The ring material having this configuration has a thin metal coating layer on the outer peripheral surface or inner peripheral surface when the average diameter after the melting treatment of the metal coating layer deviates from the dimension required for the final product. The average diameter cannot be corrected by greatly grinding the surface of the metal coating layer. For this reason, it is effective to correct the average diameter to a predetermined dimension by the average diameter correcting method of the present invention.
[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 base material 2 or a flange or the like. Moreover, the formation position of the metal coating layer can be changed as appropriate. The base material constituting the ring material is arbitrary as long as it is a metal material. Specifically, carbon steel, low alloy steel, stainless steel, cast steel, cast iron, Ni base alloy, Cu base alloy, Al base alloy, etc. Can be mentioned. The metal coating layer may be any material as long as it can improve the physical properties of the surface as desired. For example, a Ni-based alloy, a Co-based alloy, or WC, Cr_Three C₂ TiB₂ The thing etc. which mix | blended hard material microparticles | fine-particles etc. can be mentioned. The dimensions of the ring material are not particularly limited, but those having a large diameter, for example, having a large diameter such as an outer diameter of 1 to 3 m, have a large deviation from the desired value when the average diameter changes, The merit of applying the present invention is great.
[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 ring material 1 and a heating device. ThisFlatThe uniform diameter correcting device includes a ring material support rotating device 8 that supports and rotates the ring material 1 to be processed in a form that does not hinder the expansion of the outer diameter of the ring material, and a small section in the circumferential direction of the ring material 1 Is provided with a heating device 10 for heating the.
[0013]
The ring material supporting and rotating device 8 can be configured arbitrarily so long as it can support and rotate the ring material 1 in a form that does not hinder the expansion of the outer diameter of the ring material. The three

support rollers

11A, 11B, and 11C are provided so that the axis is vertical and rotatable, and the receiving roller 12 is provided horizontally. Here, of the three

support rollers

11A, 11B, and 11C, the two

support rollers

11A and 11B are provided to rotate at a fixed position, but the remaining support rollers 11C are perpendicular to the axis thereof. And can be moved in the direction indicated by the arrow A. Further, a pressing means (not shown) such as an air cylinder is connected to the support roller 11C so as to press the support roller 11C against the inner surface of the ring material 1 with an appropriate pressure. Thus, the ring material 1 is disposed so as to surround the three

support rollers

11A, 11B, and 11C, and the support roller 11C is pressed in the direction of arrow A and pressed against the inner peripheral surface of the ring material 1, whereby the inner periphery of the ring material 1 is obtained. The surface can be pressed against the two

support rollers

11A and 11B arranged at fixed positions, and the ring material 1 can be positioned and supported at a predetermined position determined by the two

support rollers

11A and 11B.
[0014]
As described above, when the three support roller system including the movable support roller 11C is adopted, when the ring material 1 is set, the support roller 11C is retracted in the direction opposite to the arrow A, thereby the ring material. 1 can be set very easily, and the ring material 1 can be positioned and supported at a predetermined position determined by the two

support rollers

11A and 11B regardless of the inner diameter of the ring material 1. It is done. In addition, it is preferable that the arrangement interval of the

support rollers

11A and 11B can be easily changed. The number of supporting rollers used here is not limited to three as illustrated, but may be two or four or more. For example, in the case of using two, the ring material 2 is positioned so that the two support rollers are positioned on the diameter of the ring material 2 by providing one at a fixed position and allowing the other to move. be able to. In addition, when four pieces are used, two pieces are provided at fixed positions and the remaining two pieces are movable so that the ring material can be positioned at a position determined by the two fixed positions.
[0015]
A driving means (not shown) for rotationally driving the support roller is connected to the single support roller 11A, and the ring material 1 can be rotated by rotating the support roller 11A. . The pressing force that presses the support roller 11C against the inner peripheral surface of the ring material 1 restrains the ring material 1 so that it does not rattle in the radial direction, and allows the rotation of the support roller 11A to be transmitted to the ring material 1. However, it is set low so as not to deform the ring material 1. Note that the number of supporting rollers rotated by the driving means is not limited to one, but may be two or all. If the number of supporting rollers to be rotated is increased, the frictional force required to rotate the ring material 1 can be reduced, so that the pressing force of the supporting roller on the ring material 1 required to rotate the ring material 1 is reduced. It becomes possible.
[0016]
The receiving roller 12 that supports the ring material 1 is merely for receiving the weight of the ring material 1, and the receiving roller 12 is also rotatably provided so as not to hinder the rotation of the ring material 1. The means for rotatably supporting the ring material 1 is not limited to the receiving roller 12 and can be appropriately changed. Further, the ring material 1 may be rotated by driving the receiving roller 12, and the support rollers 11 A, 11 B, and 11 C may simply support the ring material 1 so as to be rotatable.
[0017]
As described above, this embodimentUsed forSince the ring material support rotation device 8 is configured to support and rotate the ring material 1 by the

support rollers

11A, 11B, 11C disposed inside the ring material 1 and the receiving roller 12 that supports the lower end of the ring material 1. The ring material 1 can be supported in a form that does not prevent the outer diameter of the ring material 1 from being enlarged. Therefore, even when the ring material 1 is heated by the heating device 10 to cause thermal expansion, the entire ring material is expanded. The diameter can be reduced and local abnormal deformation does not occur.
[0018]
The heating device 10 is optional as long as it can heat a small section in the circumferential direction of the ring material 1, but an inductor is disposed as the heating device 10, and high-frequency alternating current is applied to the inductor. The induction heating method is preferable because the input heat amount can be increased and the input heat amount can be easily controlled. For this reason, in this embodiment, the inductor is arranged. The heating width w (see FIG. 2) of the ring material in the circumferential direction by the heating device 10 varies depending on the amount by which the ring material 1 should be reduced in diameter, the heating temperature, the rotational speed of the ring material 1 and the like, but usually 20 to It is set to about 100 mm. If this dimension d is smaller than 20 mm, the heating area is too small, induction heating with large heat input becomes difficult, and the rotation speed of the ring material 1 has to be reduced, and therefore the processing speed becomes slow. On the other hand, if it is larger than 100 mm, the inductor and the power supply equipment are enlarged. Considering these, the above-described dimension range is preferable.
[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 ring material 1 to be processed is supported by the

support rollers

11A, 11B, and 11C so as to rotate at a fixed position as shown in FIG. 1, and a small section in the circumferential direction of the ring material 1 is heated by the heating device 10. While the ring material 1 is rotated, the ring material 1 is heated over the entire circumference. Then, by continuing this heating and rotation of the ring material 1, the ring material 1 is gradually heated (straight line 14a) as shown by the characteristic curve 14 in the graph of FIG. The temperature is maintained for a predetermined time (straight line 14b), and then heating and rotation of the ring material 1 are stopped and cooling is performed (curve 14c). When the ring material 1 is rotated by the heating device 10 while rotating a small section in the circumferential direction, a temperature distribution as shown by a curve 15 in FIG. 3 is generated in the ring material 1 in the circumferential direction. That is, in the region heated by the heating device 10, the temperature rises as indicated by the curve 15a, and in other regions, the temperature gradually decreases as indicated by the curve 15b. The temperature in the graph shown in FIG. 4 shows the temperature (point 16 in FIG. 3) of the area | region immediately after leaving the heating apparatus 10 of the ring material 1 as a parameter | index.
[0020]
As described above, when the ring material 1 is heated, the ring material 1 is heated, held, and cooled as shown by the curve 14 in FIG. In the temperature raising step, the temperature raising rate is kept low so that film cracking does not occur in the ring material 1. That is, since the base material 2 constituting the ring material 1 and the metal coating layer 3 have slightly different coefficients of thermal expansion, film cracking occurs when the temperature rise rate of the ring material 1 is increased rapidly to cause thermal expansion. The heating rate is set to such an extent that film cracking does not occur. For example, when the base material 2 is S20C and the metal coating layer 3 is a Ni—Cr self-fluxing alloy, the rate of temperature increase is set to about 5 to 20 ° C./min. The rotation speed of the ring material 1 is better from the viewpoint of heating the entire circumference of the ring material 1 as uniformly as possible. However, if the speed is too fast, the power required for rotation increases and the amount of heat dissipation increases, resulting in a large energy loss. Therefore, the peripheral speed of the ring material is preferably about 10 to 50 mm / second.
[0021]
The heating temperature (holding temperature) of the ring material 1 is normally set to about 500 to 1000 ° C. As a result of confirmation by the inventors, it has been found that the holding temperature affects the diameter reduction ratio of the ring material. Accordingly, the holding temperature is set according to the desired diameter reduction rate. If the holding time is short, the effect of the diameter reduction is low and the diameter reduction rate tends to be unstable, so it is usually set to 1 to 2 hours.
[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 ring material 1 is heated, held, and cooled as described above, the ring material 1 is reduced in diameter and the average diameter is reduced. The reason for this diameter reduction cannot be determined, but is thought to be due to the difference in cooling behavior between the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side of the ring material in the cooling process after heating and temperature holding. In other words, the temperature on the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side change substantially in the heating and temperature holding process, but in the cooling process, both the radiative cooling and the convection cooling act strongly on the outer peripheral surface side, and on the outer peripheral surface side. The temperature changes in a form lower than the inner peripheral surface side. For this reason, the heat shrinkage on the outer peripheral surface side proceeds ahead of the inner peripheral surface side, the outer peripheral surface side exerts a compressive force on the inner peripheral surface side, and the force relationship in which the inner peripheral surface side exerts a tensile force on the outer peripheral surface side. And cooling progresses in a state where the deformation resistance on the outer peripheral surface side is higher than that on the inner peripheral surface side. As a result, in the cooling process, the inner peripheral surface side when the inner peripheral surface side with low deformation resistance is compressed and yielded by the compressive force exerted from the outer peripheral surface side and undergoes shrinkage plastic deformation and is thermally contracted to room temperature. (For example, the inner diameter dimension) is smaller than the original diameter. At this time, the outer peripheral surface side follows the inner peripheral surface side diameter in such a manner that a slight elastic deformation force is exerted on the inner peripheral surface side to perform dimension matching. That is, the reduced diameter plastic deformation on the inner peripheral surface side governs the cooled diameter of the entire ring material.
[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
Base material 2; S20C
Metal coating layer 3; Ni—Cr self-fluxing alloy
(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
Base material 2; S20C
Metal coating layer 3; Ni—Cr self-fluxing alloy
(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
Base material 2; S20C
Metal coating layer 3; Ni—Cr self-fluxing alloy
(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 ring material 1 varies depending on the holding temperature, the heating width by the inductor, and the rotation speed of the ring material. The ring material 1 can be corrected to a desired diameter by obtaining a condition for a desired diameter reduction ratio from the above and performing a diameter reduction operation under that condition.
[0031]
In the above-described embodiment, the pressing force of the support roller 11C arranged so as to contact the inner peripheral surface of the ring material 1 against the ring material 1 is restrained to the extent that the ring material 1 does not rattle in the radial direction, and the support roller. A frictional force capable of transmitting the rotation of 11A to the ring material 1 can be secured, but is set low so as not to deform the ring material 1. Therefore, the heating operation is performed with no substantial load applied to the ring material 1. However, the present invention is not limited to this case, and the heating operation is performed in a state where a load is applied to the ring material 1 outward in the diametrical direction, thereby reducing the amount of diameter reduction or further expanding the diameter. It is also possible. Hereinafter, an embodiment in this case will be described.
[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 rotating device 18 that supports and rotates the ring material 1 to be processed, and a heating device 10 that heats a circumferential section of the ring material 1. ing. The ring material support rotating device 18 includes a support roller 21A disposed at a fixed position and a support roller 21B pressed by a pressing means (not shown) such as an air cylinder in a direction away from the support roller 21A. The ring material 1 is set so as to surround the two

support rollers

21A and 21B, and the support roller 21B is pushed by the pressing means in the direction indicated by the arrow A, so that the ring material 1 is formed by the two

support rollers

21A and 21B. A diametrically outward load can be applied to two load application points C on the diameter of the inner surface. One support roller 21A is connected to a rotation mechanism, and the ring material 1 can be rotated by rotating the support roller 21A. The heating device 10 heats a small section in the circumferential direction of the ring material 1, and the same heating device as that of the embodiment shown in FIG. 1 is used. The heating device 10 is disposed so as to heat the ring material 1 at an intermediate position between the

support rollers

21A and 21B.
[0033]
In this embodiment, the ring material 1 is rotated and heated in a state where a load is applied to the ring material 1 in the diametrically outward direction by the

support rollers

21A and 21B. The rotation and heating of the ring material 1 are illustrated in FIG. ~ Performed in the same manner as the embodiment described in FIG. As a result, the ring material 1 tends to have a reduced diameter as described in the above embodiment.
[0034]
On the other hand, the ring material 1 is subjected to a diametrically outward load at the two load application points C across the center, and this causes the ring material 1 to be plastically deformed, but expands the diameter of the ring material. Acts as follows. Hereinafter, this point will be described.
[0035]
As shown in FIG. 6, the radius of the ring material 1 is R, the heating point of the ring material 1 is B, the point at which a load acts on the ring material 1 is C, C, and the load is F. Due to this load F, the ring material 1 is deformed into an ellipse as shown in an exaggerated manner, and at the load application point C, a bending moment Mc acts in the direction of decreasing the radius of curvature of the ring material 1, and the operation points C, C A bending moment Mb acts in the direction of increasing the radius of curvature of the ring material 1 at the heating point B at the intermediate point. These bending moments Mb and Mc are expressed by Equation 1 and Equation 2, respectively.
[0036]
[Expression 1]

[0037]
[Expression 2]

[0038]
Here, k is a section modulus of the curved beam, and when the radial thickness of the ring material 1 is small with respect to the radius R, it is considerably smaller than 1 and can be omitted. Therefore, when k is omitted and the magnitude of the bending moment is calculated,
Mb = 0.182FR
Mc = 0.318FR
It becomes. The stress generated in the ring material 1 by this bending moment is defined as follows:
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 ring material 1 by the bending moment Mb acting on the heating point B exceeds the plastic deformation stress σf of the ring material 1 at the heating point B, the ring material 1 The ring material 1 tends to expand in diameter by plastic deformation in the direction in which the radius of curvature increases. On the other hand, when the stress σ (point C) generated in the ring material 1 by the bending moment Mc acting on the load application point C exceeds the plastic deformation stress σf of the ring material 1 at the load application point C, the ring material 1 is At the load application point C, plastic deformation occurs in a direction in which the radius of curvature decreases, and the ring material 1 attempts to reduce the diameter. Therefore, by increasing the plastic deformation at the heating point B and suppressing or eliminating the plastic deformation at the load application point C, it is possible to give the ring material 1 a diameter expanding action. As described above, the stresses generated at the heating point B and the load application point C are not the same, and the stress at the load application point C is 1.75 times larger than the stress at the heating point B. For this reason, if the plastic deformation stress σf at the heating point B and the load application point C is the same, the plastic deformation at the load application point C occurs 1.75 times as much as the plastic deformation at the heating point B, and the diameter expansion occurs. Absent. Therefore, in order to make the plastic deformation at the heating point B larger than the plastic deformation at the load application point C, the ratio of the plastic deformation stress at the heating point B and the load application point C may be set as follows.
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 ring material 1. This temperature distribution can be changed by changing the rotational speed of the ring material 1 or by blowing air on the ring material 1 in the region exiting the heating device 10 to cool it. Therefore, by appropriately setting the temperature distribution in the ring material 1, the plastic deformation resistance σf (point B) at the heating point B and the plastic deformation resistance σf (point C) at the load application point C satisfy the formula (1). The ring member 1 can be caused to have a diameter expanding action. More specifically, when the heating point B is 850 ° C., the plastic deformation resistance σf (point B) is 522 kg / cm from FIG.² Therefore, the plastic deformation stress σf (point C) at the load application point C is obtained from the above equation (1).
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 ring material 1 is rotated while being heated by the heating device 10, the load F is applied to the ring material 1 outward in the diameter direction, and the heating point B and the temperature appropriate for the load application point are applied. By providing the difference, it is possible to give the ring material 1 an effect of expanding the diameter. The amount of diameter expansion caused by this diameter expansion action increases as the load F increases and the temperature difference increases. On the other hand, as described above, when the ring material 1 is rotated while being heated and then cooled, the ring material 1 is reduced in diameter. Therefore, the average diameter can be corrected to a desired value by expanding or reducing the diameter of the ring material by appropriately adjusting the diameter expanding action by the load and the diameter reducing action by the heating / cooling operation.
[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 ring material 1, the heating device 10 for the ring material 1 is effective. It is preferable to apply a large bending moment in the direction in which the radius of curvature expands to the region heated and heated at. Therefore, it is preferable to arrange the heating device 10 in a region where the maximum bending moment in the direction in which the radius of curvature is applied to the ring material due to the load applied to the ring material 1. In the embodiment of FIG. 5, the region where the maximum bending moment acts is an intermediate point between the two support rollers 21 A and 21 B, and the heating device 10 is disposed here. In order to effectively give a diameter expansion action, it is also effective to lower the temperature of the load application point C so that plastic deformation does not occur. For this reason, a temperature pattern generated in the ring material 1 is heated. In the region where the apparatus 10 is disposed, the temperature is raised to a temperature at which plastic deformation is caused by a bending moment acting on the region, and at the point of application of the load, the temperature is lowered to a temperature at which plastic deformation hardly occurs at the bending moment acting on the point of action. It is preferable to set so as to.
[0043]
In the embodiment of FIG. 5, the ring material 1 is configured to be supported by the two support rollers 21 A and 21 B. However, the number of support rollers used can be increased as appropriate, for example, three as shown in FIG. 1. It is good. In other words, the apparatus shown in FIG. 1 can also apply a radially outward load to the ring material 1 by increasing the pressing force applied to the support roller 11C, as in the embodiment of FIG. In addition, it can be used to implement a method of correcting the average diameter of the ring material to a desired value by causing a diameter expanding action by a load and a diameter reducing action by a heating / cooling operation.
[0044]
FIG. 7 shows an embodiment in which the number of support rollers is further increased. That is, in this embodiment, the three

support rollers

31A and 31B provided with the ring material support rotation device 28 that supports the ring material 1 so as to rotate are fixed at a fixed position on one side of the center of the ring material 1. , 31C, and three

support rollers

31D, 31E, 31F provided on the opposite side across the center so as to be movable in the diametrical direction. The

support rollers

31D, 31E, 31F include an air cylinder or the like. A pressing means (not shown) is connected. Also in this embodiment, by pressing the three

support rollers

31D, 31E, and 31F outward in the diameter direction of the ring material 1 by pressing means, the

support rollers

31D, 31E, and 31F and the

opposite support rollers

31A, 31B, An outward load can be applied to the ring material 1 by 31C, and in this state, the ring material 1 is rotated and heated by the heating device 10 to increase the diameter of the ring material 1 as in the embodiment of FIG. Thus, the average diameter of the ring material can be corrected to a desired value by causing the diameter reducing action by the heating / cooling operation. As in the embodiment of FIG. 7, if the load acting points on the ring material 1 are increased, the force applied to the ring material 1 can be dispersed. Therefore, the bending moment in the direction of reducing the radius of curvature generated at each acting point. Can be reduced, and the effect of expanding the diameter can be increased.
[0045]
In each of the embodiments described above, one heating device 10 for heating the ring material 1 is provided. However, the number of the heating devices 10 is not limited to one, and a plurality of the heating devices 10 are provided. It is good also as a structure which heats by several places on a circumference.
[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 ring material 1 in a plane, and shows the relationship with a heating apparatus
FIG. 3 is a graph showing a temperature distribution generated in the rotating ring material 1
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

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前記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ことを特徴とする、金属被覆層を有するリング材の平均直径修正方法。 While the outer circumferential surface, inner circumferential surface or end surface of the ring material having a metal coating layer is heated with a heating device in a circumferential section, the ring material is moved relative to the heating device in the circumferential direction. A method for correcting an average diameter of a ring material having a metal coating layer, wherein the ring material is heated over the entire circumference, heated to a predetermined temperature, and then cooled.

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前記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ことを特徴とする金属被覆層を有する、リング材の平均直径修正方法。 An outward load is applied to a plurality of load application points separated in the circumferential direction of the ring material having a metal coating layer on the outer peripheral surface, inner peripheral surface or end face, and in that state, in a region away from the load application point. While heating a small section in the circumferential direction of a 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. A method for correcting an average diameter of a ring material having a metal coating layer, wherein the metal coating layer is cooled after being heated to a temperature.

前記リング材に加えた荷重によって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前記加熱装置を配置し、更に、前記リング材に生じる円周方向の温度分布を、前記加熱装置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、前記荷重作用点では、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したことを特徴とする請求項２記載の、リング材の平均直径修正方法。 The heating device is arranged in a region where the maximum bending moment in the direction in which the radius of curvature increases due to the load applied to the ring material, and the heating device is arranged for the circumferential temperature distribution generated in the ring material. In such a region, the temperature is raised to a temperature at which plastic deformation is caused by the bending moment acting on the region, and at the load acting point, the temperature is set to a temperature at which plastic deformation hardly occurs at the bending moment acting on the acting point. 3. The method for correcting an average diameter of a ring material according to claim 2, wherein the average diameter is corrected.

前記加熱装置によるリング材の円周方向の加熱幅を調整することで、リング材の直径修正量を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の、リング材の平均直径修正方法。 4. The ring material average according to claim 1, wherein a diameter correction amount of the ring material is adjusted by adjusting a circumferential heating width of the ring material by the heating device. 5. Diameter correction method.

前記加熱装置に対するリング材の移動速度を調整することで、リング材の直径修正量を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の、リング材の平均直径修正方法。 The method for correcting an average diameter of a ring material according to any one of claims 1 to 3, wherein a diameter correction amount of the ring material is adjusted by adjusting a moving speed of the ring material with respect to the heating device.