JP5429700B2 - テンションレベラー - Google Patents

Description

本発明は金属材料の帯板の形状不良を矯正するテンションレベラーに関する。

従来用いられているテンションレベラーは、入側ブライドルロールと出側ブライドルロールによって帯板に張力をかけ、上記帯板を上記両ブライドルロール間にある上下２群に分けて千鳥型に配置された円筒型のロールを用いて、帯板に繰り返し曲げを加えて矯正を行う。（例えば、特許文献１並びに非特許文献１参照。）。
これらのテンションレベラーは、通常、伸長ロール部と形状修正ロール部があり、いずれもロールを使用して帯板を曲げかつ引張って矯正している。そのため矯正後の帯板は、残留応力の釣合いによって、外見上は平坦になっているが、帯板内部に大きな残留応力がある。（例えば、非特許文献２参照。）。
帯板を上記両ブライドルロール間で張力をかけ、繰り返し曲げを加えることなく矯正することも行われているが引張力が過大であり、かつ両ブライドルロールで滑りにより帯板表面に傷が付き易い。

特許第３４４００８３号公報 日本塑性加工学会編、矯正加工、コロナ社、１９９２年１月２０日発行、Ｐ．９０〜１２９ 日本鉄鋼協会発行講演論文集、材料とプロセス、２００３年３月１日発行、Ｖｏｌ．１６（２００３）Ｎｏ．２ Ｐ．３８４〜３８７

以上述べた従来のテンションレベラーで矯正した帯板は、内部に大きな残留応力があり、その後の加工、すなわち裁断、表面の溶解除去、熱処理等により残留応力が開放されるに従って再度変形し、例えば、帯板の表面に印刷等をするとき不都合を生じていた。

本発明は従来のテンションレベラーで矯正した帯板の残留応力の問題を解決しようとするものであり、帯板の平坦性の達成のみならず、残留応力が少なく、その後の加工において変形が少なく使用しやすい帯板に矯正できるテンションレベラーを得ることを目的とする。さらに矯正に必要な引張力をできる限り軽減できることが望まれる。

上記目的を達成するため本発明のテンションレベラーは、入側ブライドルロール、出側ブライドルロール並びに上記両ブライドル間に設置された加圧ユニットから成り立っている。加圧ユニットは帯板の表裏面の全幅に亘り短い区間、高圧力をかけ、帯板の長さ方向の抗張力を減らすことを目的とする装置である。出側ブライドルロールの周速は入側ブライドルロールの周速よりやや大きく両ブライドルロールには周速差がある。従って、上記入側出側両ブライドルロール間に巻き掛けた帯板は引っ張られ、加圧ユニットを通過するとき、上記両ブライドルロールの周速差により決まる一定の延伸率で塑性延伸されて矯正される。

本発明の加圧ユニットの目的は帯板を入側出側両ブライドルロールの間で曲げないで引張矯正を行うためである。加圧ユニットが設置されていなかったときは、帯板の延伸は入側ブライドルロールの出口から出側ブライドルロール入口までの帯板の強度のばらつきによる抗張力が最も少ないところで集中して起こり、帯板は全長に亘る一様な矯正はできない。加圧ユニットが設置されているときは、帯板が加圧ユニットの中心部に入ると直ちに塑性延伸し、その瞬間矯正され、帯板の進行に従ってその全長に亙りほぼ一様に矯正される。矯正過程に帯板に曲げが加えられることがなく、矯正後の帯板の残留応力は小さい。

加圧ユニットには上下２本の円筒形金属製の中空ロールが帯板を挟むように組込まれている。その中空ロールの互いの押圧によって中空ロールの軸心に直角な円形断面がやや扁平に変形し、さらに帯板との接触圧で中空ロール表面が変形して帯板となじみ面接触する。帯板は狭い長方形の接触面で中空ロールに加圧され、上記両ブライドルロールの張力と相俟って中空ロールの中心線位置で塑性延伸して、矯正目的が達成される。塑性延伸は帯 板の引張試験の歪み（横軸）ー応力（縦軸）曲線の勾配が小さくなって、なるべく零に近かずくまで延伸する。鋼では降伏点伸びがこの条件を満たしているので降伏点で延伸することが多い。加圧ユニットの帯板に接するロールに中空ロールを用いる理由は中空ロールの形状の柔軟性にある。中実ロールは剛性が高く変形し難いので、帯板とロール自身の極めて僅かの寸法誤差でも、帯板とロールの接触圧に大きな差を生ずるため、帯板に接するロールには使用できない。中空ロールの曲がりを抑制するため必要な場合は、バックアップロールを用いる。

帯板を矯正する時に必要な加圧ユニットの特性は塑性理論を用いて計算し推定できる。すなわち、中空ロール胴と帯板の弾性係数、中空ロールの直径と圧下力の大きさからヘルツ接触理論を用いて接触応力を計算できる。中空ロールは円形断面がやや扁平に変形すると共に、ヘルツ応力による局部変形よって接触による接触弦幅と変形弧高さが計算できる。中空ロールの圧下力の強さと、中空ロールと帯板間の摩擦係数から引張摩擦抵抗が計算できる。ここに引張摩擦抵抗とは帯板が上記両ブライドルロール間で引張られ、中空ロールの中心線位置で塑性延伸するとき、中空ロールの入側、出側と帯板の摩擦によって帯板の延伸に抵抗する力である。この価が少ないほど帯板が塑性延伸しやすいので、引張摩擦抵抗を減らすため中空ロール表面は強制潤滑する。また、帯板の延伸と中空ロールとの接触圧力による帯板幅の変化は拘束され、帯板内に幅拘束力が誘起する。上記両ブライドルロールの間の矯正に必要な帯板にかかる張力は帯板の塑性せん断応力、帯板の矯正位置の３主軸応力からミゼスの降伏条件を用いて計算し推定できる。同時にこの張力は帯板の厚さと幅、中空ロールと帯板の弾性係数、帯板の降伏点と加工硬化度、中空ロール圧下力とその直径及び中空ロールと帯板間の摩擦係数の関数であり、加圧ユニットの仕様と帯板の特性からその値を理論的に計算して推定できる。

矯正する帯板の耐力が抗張力に比して著しく低い場合には、入側ブライドルロール内で帯板の伸長が始まり帯板がブライドルロール表面を滑って傷が付く場合がある。この場合、入側ブライドルロールと加圧ユニット一対を追加し、ブライドルロール、加圧ユニット、ブライドルロール、加圧ユニット及びブライドルロールを連設し、２番目ブライドルロールを入側出側共用のブライドルロールとすれば、２台の加圧ユニットを通過する帯板の張力に差をつけて階段的に強くすることができるのでこの問題が解決することができる。

本発明のテンションテベラーで矯正した帯板の残留応力は、残留応力が各種矯正機の中で最も少ないと評価されているストレッチャーレベラーで矯正した帯板の残留応力に準ずる価であり、従来のテンションレベラーと比較して、残留応力が極めて少ないことが期待できる。すなわち矯正点で帯板は曲応力がなく、加圧ユニットの加圧の強さはスキンパスミル等に比較して少なく、帯板の矯正工程で比較的摩擦の介在も少ないからである。本発明のテンションレベラーで矯正した帯板の残留応力は帯板の材料の特性、テンションレベラーの仕様並びに運転方法により大きく変動するけれども、帯板表面で１５〜４０ＭＰａの圧縮応力、帯板の中心で１０〜２０ＭＰａの引張応力程度と計算される。本発明の矯正工程は連続で帯板が長尺のまま行うので高能率である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図５に示す。
図１は本発明のテンションレベラーであって、入側ブライドルロール５と出側ブライドルロール６の間に加圧ユニット１を置いて帯板Ｓの表裏を圧縮し、帯板Ｓを上記入側出側両ブライドルロール５，６間で引張って矯正を行う。矢印は帯板Ｓの進行方向を示す。上記両ブライドルロール５，６は帯板Ｓに強い引張力をあたえるため大小複数の大径ブライドルロール５２、小径ブライドルロール５３からなり、加圧ユニット１の前後は引張力が強いので帯板の曲げによる降伏をさけるため大きい直径にする。押さえロール５１は帯板Ｓに入側ブライドルロール５と出側ブライドルロール６において初張力を与えるため設置される。帯板Ｓが加圧ユニット１を通過するとき、帯板Ｓを曲げることなく、入側出側両ブラドルロール５と６の周速差により決まる一定の延伸率で塑性延伸されて矯正が行われる。

入側出側両ブラドルロール５，６の駆動系は（図面に表示されていないけれども）機械的又は電気的に結ばれていて上記両ブラドルロール５，６の間で帯板Ｓの張力を介して動力の循環が行われる。入側ブライドルロール５は帯板Ｓの進行を制動するので動力が上記駆動系に返還される。出側ブライドルロール６は帯板Ｓを牽引するので動力を消費し、その消費の大部分を入側ブライドルロール５から返還された動力によりまかなうため、上記駆動系は少ない動力を外部から供給することで運転できる。

図２、図３は加圧ユニット１を示す。加圧ユニット１には２本の円筒形の中空ロール３が組込まれ、さらに中空ロール３はバックアップロール４で支持されている。バックアップロール４の上バックアップロールチョック１２は圧下装置２１で押されている。図４は中空ロール３を示し、その中空ロール胴３１は変形しやすいよう中空ロールハブ３２で支 持されている。加圧ユニットの稼動時には、中空ロール胴３１は中空であるため、やや扁平に変形して帯板Ｓと面接触する。帯板Ｓは加圧されて長さ方向の抗張力が減りより少ない延伸力で加圧ユニット１の中心位置で入出側両ブライドルロールの周速差により一定の伸び率で延伸され矯正目的が達成される。図５はバックアップロール４を示し、ロール４ １は中実であり、全体として剛性が高く中空ロール３をバアックアップして曲がりを防ぐ。中空ロール３とバックアップロール４は、それぞれ中空ロール軸受３３とバックアップ ロール軸受４２が組込まれていて回転自在である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば入側出側両ブライドルロールをピンチロール等他の牽引装置に交替することや、中空ロール胴と中空ロール軸の間に中空ロールハブに代わってプラスチックスを充填する等、種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自明であろう。

テレビションのシャドウマスクや印刷する食物缶の薄板等で残留応力による形状不良が問題となっている。本発明のテンションレベラーにより処理された帯板は、残留応力が少なく、かつ帯板の平坦度が良いので、これらの製品の製造工程を改善し、歩留まり向上に役立つことが期待される。

加圧ユニットを用いたテンションレベラーの立面図 加圧ユニットの立面図 図２のＡ−Ａ矢視断面図 中空ロールの断面図 バックアップロールの立面図

１、加圧ユニット
３、中空ロール
４、バックアップロール
５、入側ブライドルロール
６、出側ブライドルロール
１１、スタンド
１２、上バックアップロールチョック
１３、下バックアップロールチョック
１４、中空ロールチョック
１６、バックアップロールチョック保持板
１７、中空ロールチョック保持板
１８、バックアップロールバランスシリンダー
１９、中空ロールバランスシリンダー
２０、上連結はり
２１、ロール圧下装置
２２、下連結はり
３１、中空ロール胴
３２、中空ロールハブ
３３、中空ロール軸受
３４、中空ロール軸
４１、ロール
４２、バックアップロール軸受
５１、押さえロール
５２、大径ブライドルロール
５３、小径ブライドルロール
Ｓ、帯板

Claims (1)

1. 入側ブライドルロールと、入側ブライドルロールの周速よりやや大きい周速の出側ブライドルロールがあって、帯板を上記両ブライドルロールに巻き掛けて、上記両ブライドルロール間で帯板を曲げないで、帯板の表裏面を、ロール胴が変形しやすいように内壁から中心軸に向かって延びた部分を備える中空ロールハブによって保持した一対の中空ロールにより加圧し、両ブライドルロールの周速差により帯板を塑性延伸して矯正することを特徴とするテンションレベラー。
   

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