JP5635332B2 - リングローリングミル - Google Patents

Description

本発明は、小径厚肉のリング状のワークを大径薄肉に圧延加工するリングローリングミルに関する。

リングローリングミルは、一般に、回転駆動されるメインロールの径方向外側に、マンドレルのロール部材をメインロールの軸心と平行な軸心のまわりに回転可能に保持し、このロール部材を小径厚肉のリング状のワークに挿通して、メインロールとマンドレルとの間でワークを大径薄肉に圧延加工するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

そして、図４に示すように、リングローリングミルを用いた圧延工程Ｓ１で小径厚肉形状から大径薄肉形状に加工されたワークＷは、その圧延工程Ｓ１に続くプレス工程Ｓ２で軸方向両端面に所定の形状を付与された後、内周面や外周面の仕上げ工程に送られることがある。

ここで、上記プレス工程Ｓ２でワークＷに付与する軸方向端面形状が比較的単純な場合は、圧延工程Ｓ１で使用するリングローリングミルのマンドレルのロール部材の両端部にワークＷの圧延加工時の幅方向変形を規制する側面金型を取り付け、リングローリングミルで圧延と同時にワークＷに軸方向端面形状を付与する方法を採用することにより（工程Ｓ３）、プレス工程Ｓ２を省略することができる。

また、上記のようにマンドレルのロール部材両端部に側面金型を取り付ける場合には、一方の側面金型をロール部材に対して着脱自在とし、マンドレルにワークをセットする際に、一方の側面金型を分離した状態のロール部材をワークに挿通できるようにすることが考えられる。このようにすれば、圧延工程の前の穿孔工程でワークにあける孔は、側面金型の外径よりも大きくする必要がなくなり、従来と同じくロール部材の外径よりもわずかに大きくするだけでよくなるので、穿孔工程の作業負荷の増大を防止できる。

特開２０１０−６４１３４号公報

ところで、一般的なリングローリングミルでは、回転駆動されたメインロールをワークに押し付けることによりワークおよびマンドレルが従動回転するようになっているため、マンドレルはワークと静摩擦の状態から圧延を開始することになり、このときに大きく摩耗が進むと考えられる。

そして、前述のようにマンドレルのロール部材にワークの幅方向変形を規制する側面金型を取り付ける場合は、その側面金型をロール部材と同等の表面硬さを有する材料で形成しても、側面金型の方が圧延時の摩耗が大きく寿命が短いという問題がある。

そこで、本発明は、リングローリングミルのマンドレルのロール部材に取り付けられた側面金型の摩耗を低減することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、回転駆動されるメインロールの径方向外側にマンドレルを配し、このマンドレルは、前記メインロールの軸心と平行な軸心のまわりに回転可能に保持されるロール部材と、前記ロール部材の一端部に着脱自在に取り付けられる第１の側面金型と、前記ロール部材の他端部に固定される第２の側面金型とからなるものとし、前記マンドレルの第１の側面金型を分離した状態のロール部材をリング状のワークに挿通した後、前記第１の側面金型をロール部材に取り付けて、前記第１および第２の側面金型でワークの幅方向変形を規制しながら、前記メインロールとマンドレルとの間でワークを圧延加工するリングローリングミルにおいて、前記ワークの圧延加工時に予め前記マンドレルを圧延方向（圧延によりワークが送られる方向）に回転駆動するマンドレル駆動装置を設け、前記マンドレル駆動装置は、その駆動源となるモータの一方向の回転のみをマンドレルに伝達し、マンドレルの回転がモータの回転よりも速くなるとマンドレルを空転させる一方向クラッチを備えたものとした構成を採用した。

すなわち、ワークの圧延加工を行う際には、予めマンドレルを圧延方向に回転駆動させておくことにより、回転するメインロールをワークに押し付けて圧延を開始するときに、マンドレルを動摩擦状態でワークと接触させ、マンドレルに作用する摩擦力が従来の静摩擦状態での接触の場合よりも小さくなるようにしたうえ、メインロールの駆動力がマンドレル駆動装置のモータに伝達されることを防止してモータを保護できるようにしたのである。

前記マンドレル駆動装置は、ロール部材に第２の側面金型を固定したユニットのみ、あるいは第１の側面金型のみを回転させるものとすることもできるが、圧延時のワークのねじれ防止を考慮すれば、ロール部材および両側面金型をともに回転させるものとすることが望ましい。

また、前記マンドレル駆動装置は、その駆動源となる一つのモータと、前記マンドレルのロール部材と第１の側面金型の離合に追従し、前記モータの回転をマンドレルに伝達する回転伝達機構とを備えたものとすることができる。このようにすれば、ロール部材に第２の側面金型を固定したユニットと第１の側面金型とを別々のモータで駆動する場合に比べて、両者を容易に同期させることができ、ワークをねじれにくくできるとともに、製造コストの低減が図れる。

さらに、前記マンドレルの回転速度を計測する速度計測装置を設け、前記マンドレルの回転が前記マンドレル駆動装置の駆動源となるモータの回転よりも速い状態が所定時間継続したときに、前記マンドレル駆動装置のモータを停止させるようにすれば、このモータの運転時間を短縮してランニングコストの低減を図ることができる。

本発明のリングローリングミルは、上述したように、圧延開始前にマンドレルを回転駆動させ、圧延開始時にはマンドレルを動摩擦状態でワークと接触させるようにしたものであるから、マンドレルが静摩擦の状態から圧延を開始する従来のものに比べて、マンドレルのロール部材および両側面金型の摩耗を低減することができる。

第１実施形態のリングローリングミルの要部の横断面図 ａ〜ｃは図１のリングローリングミルにおける圧延手順の説明図 第２実施形態のリングローリングミルの要部の横断面図 一般的なリング状ワークの成形工程の説明図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このリングローリングミルは、図１に示す第１の実施形態のように、回転駆動されるメインロール１と、メインロール１の径方向外側に配されたマンドレル２と、マンドレル２に連結された左右のマンドレル軸３、３と、両マンドレル軸３、３を介してマンドレル２を圧延方向に回転駆動するマンドレル駆動装置４とを備え、メインロール１とマンドレル２との間でリング状のワークＷを圧延加工するものである。

前記マンドレル２は、メインロール１の軸心と平行な軸心のまわりに回転可能に保持されるロール部材５と、ロール部材５の一端部に着脱自在に取り付けられる第１の側面金型６と、ロール部材５の他端部に固定される第２の側面金型７とからなる。各側面金型６、７は、内側面（互いの対向面）および外側面（対向面と反対側の面）の中心部にそれぞれ凹部が設けられており、そのうちの第１の側面金型６の内側面の凹部にはロール部材５の一端部が軸方向移動可能に嵌め込まれ、第２の側面金型７の内側面の凹部にはロール部材５の他端部が嵌合固定されている。また、各側面金型６、７の外側面の凹部には、それぞれマンドレル軸３、３の端部が嵌合固定されている。

前記各マンドレル軸３は、それぞれ軸箱８内で軸方向の２箇所を回転自在に支持されており、マンドレル２と連結される側の端部を軸箱８から突出させている。そして、第１の側面金型６の側の軸箱８は固定基台９上に設置され、第２の側面金型７の側の軸箱８はマンドレル２の軸方向に移動可能な可動基台１０上に設置されている。これにより、後述するように、マンドレル２の第１の側面金型６がロール部材５に着脱されるようになっている。

前記マンドレル駆動装置４は、その駆動源となる一つの減速機付きモータ（マンドレル駆動モータ）１１と、このモータ１１の回転をマンドレル２に伝達する回転伝達機構１２とを備えている。その回転伝達機構１２は、モータ１１の両側に延びる出力軸１３、１４をそれぞれ一方向クラッチ１５を介して駆動軸１６に連結し、この駆動軸１６に取り付けたプーリ１７とマンドレル軸３の中央部に取り付けたプーリ１８との間にベルト１９を掛け回したものである。

前記マンドレル駆動モータ１１は固定基台９上に設置されている。そして、このモータ１１から可動基台１０の側へ延びる出力軸１４は、内軸１４ａと外軸１４ｂとをスプライン嵌合させて軸方向に伸縮可能とした伸縮伝動軸となっている。これにより、前記回転伝達機構１２は、マンドレル２の第１の側面金型６のロール部材５への着脱、すなわちロール部材５と第１の側面金型６の離合に追従可能となっている。

前記各一方向クラッチ１５は、出力軸１３、１４の一方向の回転のみを駆動軸１６に伝達し、駆動軸１６の回転が出力軸１３、１４よりも速くなると駆動軸１６を空転させるものである。すなわち、この一方向クラッチ１５の作用により、マンドレル駆動モータ１１の一方向の回転のみがマンドレル２に伝達され、マンドレル２の回転がマンドレル駆動モータ１１の回転よりも速くなるとマンドレル２が空転するようになっている。なお、この一方向クラッチとしては、駆動側と従動側の間に設けた複数のカムがロックすることにより回転を伝達し、そのロックが解除されたときに回転伝達が遮断される構造の公知のカムクラッチや、公知のラチェット等を用いることができる。

また、図示は省略するが、このリングローリングミルには、マンドレル２の回転速度を計測する速度計測装置が設けられている。そして、マンドレル２の回転がマンドレル駆動モータ１１の回転よりも速い状態が所定時間継続したときには、このモータ１１を停止させるようになっている。

次に、このリングローリングミルにおける圧延作業の手順について説明する。まず、圧延開始前に可動基台１０を固定基台９から離れる方向に移動させる。これにより、可動基台１０上の軸箱８、マンドレル軸３、第２の側面金型７およびロール部材５も固定基台９から離れていき、図２（ａ）に示すように、ロール部材５の一端部が第１の側面金型６の内側面の凹部から抜け出して、ロール部材５と第１の側面金型６とが分離する。そして、分離したロール部材５と第１の側面金型６の間に、ロール部材５の外径よりわずかに大きい内径の孔があけられた小径厚肉のワークＷをセットする。このとき、メインロール１はマンドレル２と径方向に離れた位置に待機させている。

上記のようにワークＷをセットした後、図２（ｂ）に示すように、可動基台１０を固定基台９に近づく方向に移動させることにより、ロール部材５をワークＷに挿通してその一端部を第１の側面金型６に嵌合させ、回転自在に支持されたサポートロール（図示省略）と回転駆動されたメインロール１を順にワークＷの外周面に押し付けて圧延を開始する。

そして、図２（ｂ）の状態からメインロール１をマンドレル２のロール部材５に近づけることにより、図２（ｃ）に示すように、第１および第２の側面金型６、７でワークＷの幅方向変形を規制して軸方向端面形状を形成しながら、メインロール１とマンドレル２とでワークＷを大径薄肉に圧延していく（図４の工程Ｓ３参照）。

圧延完了後は、メインロール１および前記サポートロールをワークＷ外周面から後退させるともに、可動基台１０を圧延開始前と同じ位置に移動させてマンドレル２のロール部材５と第１の側面金型６とを分離させ、圧延されたワークＷを取り出す。

上述した一連の圧延作業において、マンドレル駆動装置４の回転伝達機構１２は、図２には示していないが、可動基台１０の移動に伴って、マンドレル２のロール部材５と第１の側面金型６の離合に追従するように、伸縮伝動軸である出力軸１４が軸方向に伸縮している。

また、図２（ｂ）の状態で圧延を開始するときには、回転駆動されたメインロール１をワークＷに押し付ける前に、マンドレル駆動モータ１１を駆動し、回転伝達機構１２および各マンドレル軸３を介して、マンドレル２のロール部材５に第２の側面金型７を固定したユニットと第１の側面金型６とをともに圧延方向に回転させておく。これにより、マンドレル２は、圧延開始時には動摩擦状態でワークＷと接触することになる。このときのマンドレル駆動モータ１１の回転速度は、後述するマンドレル２の圧延開始後の従動回転速度よりも小さく設定しておく。

そして、圧延開始後にメインロール１からワークＷを介してマンドレル２に伝達される回転がマンドレル駆動モータ１１の回転よりも速くなり、マンドレル２がメインロール１の駆動力により従動回転するようになると、マンドレル駆動装置４に設けた一方向クラッチ１５の作用により、マンドレル駆動モータ１１とマンドレル２との間の回転伝達が遮断される。また、マンドレル駆動モータ１１は、マンドレル２の回転がこのモータ１１の回転よりも速い状態が所定時間継続すると停止する。

このリングローリングミルは、上述したように圧延開始前にマンドレル２を回転させておき、圧延開始時にはマンドレル２が動摩擦状態でワークＷと接触するようにしたので、マンドレルが静摩擦の状態から圧延を開始する従来のものに比べて、マンドレル２の摩耗を大幅に低減することができる。

また、マンドレル駆動装置４は、マンドレル２のロール部材５と第１の側面金型６の離合に追従する回転伝達機構１２により、１つのマンドレル駆動モータ１１の回転をロール部材５に第２の側面金型７を固定したユニットと第１の側面金型６のいずれにも伝達できるので、両者を容易に同期させることができ、ワークＷをねじれにくくできるし、モータ台数が１台ですむ分、製造コストも低く抑えられる。

さらに、マンドレル駆動モータ１１は、マンドレル２の回転がこのモータ１１の回転よりも速くなったときにマンドレル２との間の回転伝達が遮断されるので、メインロール１の駆動力による負荷がかからず、安全に使用できる。また、マンドレル２の回転がこのモータ１１の回転よりも速い状態が所定時間継続すると停止するようになっているので、運転時間をごく短くしてランニングコストの低減を図ることができる。

図３は第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１の実施形態とベースとし、マンドレル駆動装置２０の回転伝達機構２１に歯車方式を採用したものである。すなわち、この回転伝達機構２１は、各マンドレル軸３の中央部に従動歯車２２、２３を取り付け、これらの各歯車２２、２３にそれぞれ噛み合う２つの中間歯車２４と、各中間歯車２４に噛み合う駆動歯車２５が両端に取り付けられた歯車軸２６とを備えている。そして、マンドレル駆動モータ２７の出力軸２８を一方向クラッチ２９を介して駆動軸３０に連結し、この駆動軸３０に取り付けたプーリ３１と歯車軸２６に取り付けたプーリ３２との間にベルト３３を掛け回している。

ここで、可動基台１０側のマンドレル軸３の従動歯車２３は、可動基台１０の軸方向移動可能距離分だけ、固定基台９側のマンドレル軸３の従動歯車２２よりも長く、中間歯車２４と軸方向に相対滑り可能に噛み合っている。これにより、回転伝達機構２１がマンドレル２のロール部材５と第１の側面金型６の離合に追従可能となっている。

上述した各実施形態では、マンドレル全体を１つのモータで駆動しているが、マンドレルのロール部材に第２の側面金型を固定したユニットと第１の側面金型とを別々のモータで駆動するようにしてもよい。その場合には、ワークのねじれやコストの面では若干不利となるが、両モータを固定基台と可動基台に分けて設置することにより、回転伝達機構にロール部材と第１の側面金型の離合に追従する機能を付与する必要がなくなり、構造の単純化が図れる。また、駆動軸とマンドレル軸との連結は、各実施形態のようなベルトや歯車によるものに限らず、チェーン等によるものを用いることもできる。

一方、上述した各実施形態と同様にマンドレル駆動モータを一つとし、例えばマンドレルのロール部材と第１の側面金型とをキー結合させる等して、ロール部材に第２の側面金型を固定したユニットと第１の側面金型のいずれか一方を駆動し、他方を共回りさせる構成を採用することにより、回転伝達機構の簡素化を図ることもできる。

また、マンドレルの各側面金型は、上述した各実施形態のように内側面でワークの軸方向端面形状を形成するものに限らず、内側面のワークとの接触部が平坦でワークの幅寸法のみを規制するものとしてもよい。

１ メインロール
２ マンドレル
３ マンドレル軸
４、２０ マンドレル駆動装置
５ ロール部材
６ 第１の側面金型
７ 第２の側面金型
９ 固定基台
１０ 可動基台
１１、２７ マンドレル駆動モータ
１２、２１ 回転伝達機構
１５、２９ 一方向クラッチ
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 回転駆動されるメインロールの径方向外側にマンドレルを配し、このマンドレルは、前記メインロールの軸心と平行な軸心のまわりに回転可能に保持されるロール部材と、前記ロール部材の一端部に着脱自在に取り付けられる第１の側面金型と、前記ロール部材の他端部に固定される第２の側面金型とからなるものとし、前記マンドレルの第１の側面金型を分離した状態のロール部材をリング状のワークに挿通した後、前記第１の側面金型をロール部材に取り付けて、前記第１および第２の側面金型でワークの幅方向変形を規制しながら、前記メインロールとマンドレルとの間でワークを圧延加工するリングローリングミルにおいて、前記ワークの圧延加工時に予め前記マンドレルを圧延方向に回転駆動するマンドレル駆動装置を設け、前記マンドレル駆動装置は、その駆動源となるモータの一方向の回転のみをマンドレルに伝達し、マンドレルの回転がモータの回転よりも速くなるとマンドレルを空転させる一方向クラッチを備えたものとしたことを特徴とするリングローリングミル。
2. 前記マンドレル駆動装置は、前記マンドレルのロール部材と両側面金型をともに回転させるものであることを特徴とする請求項１に記載のリングローリングミル。
3. 前記マンドレル駆動装置は、その駆動源となる一つのモータと、前記マンドレルのロール部材と第１の側面金型の離合に追従し、前記モータの回転をマンドレルに伝達する回転伝達機構とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のリングローリングミル。
4. 前記マンドレルの回転速度を計測する速度計測装置を設け、前記マンドレルの回転が前記マンドレル駆動装置の駆動源となるモータの回転よりも速い状態が所定時間継続したときに、前記マンドレル駆動装置のモータを停止させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のリングローリングミル。

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