JP3585547B2

JP3585547B2 - 異形断面帯材の製造方法及び突条付きロール

Info

Publication number: JP3585547B2
Application number: JP33007394A
Authority: JP
Inventors: 健治原; 正仁榊; 一成中本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JPH08155576A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、形状精度に優れた異形断面帯材をロール成形によって連続的に製造する方法及び突条付きロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
幅方向に複数の厚肉部分が形成された異形断面帯材は、リードフレーム，ベアリングリテ−ナ等の素材として使用されている。この種の異形断面帯材は、切削法で従来から製造されている。
切削法では、金属帯を長手方向に通板させながら、バイト，フライス等で板幅方向の薄肉部分を連続的に切削し、厚肉部分の間を仕切る薄肉部分を形成している。しかし、資源の有効利用，良好な作業環境の維持に支障となる切削屑が発生し、作業効率も悪い。また、切削された端部にバリや反り等が発生し、製品品質を低下させる原因ともなる。
【０００３】
切削法に代わるものとして、特公昭５３−２７２３４号公報には、先端から順次幅が広がる突条部又は凹部が形成された金型を使用して、異形断面帯材を製造する方法が紹介されている。この方法では、往復動するフラットロールと金型との間に被圧延金属帯材を送り込んだ後、フラットロールを往復動させながら金属帯材を押圧し、金型の断面形状に倣った段差部を金属帯材につけている。この方法は、成形が断続的に行われるバッチ式であるため、生産性が悪い。また、種々の目標異形断面形状に応じた高価な金型を多数用意することは、製造コストを上昇させる原因となる。しかも、同一形状の異形断面帯材を複数同時に製造することは困難であり、量産システムにのせることが困難である。
このような欠点を解消するものとして、ロール成形によって異形断面帯材を製造する方法が特公平１−５９４０１号公報，特開平１−２９９７０１号公報等で紹介されている。
【０００４】
特公平１−５９４０１号公報では、図１に示す工程で異形断面帯材が製造される。先ず、長方形断面をもつ金属帯材Ｓを溝付きロール１ａとフラットロール１ｂとの間に送り込み、製品薄肉部となる部分Ｓ_１の金属帯材Ｓを圧延する（図１ａ）。このとき、製品厚肉部となる部分では、金属帯材Ｓが溝付きロール１ａの溝内に座屈変形し、湾曲部Ｓ_２が形成される。次いで、金属帯材Ｓを一対のフラットロール２ａ，２ｂの間に通し、湾曲部Ｓ_２の上下面が平行になるまで圧延し、厚肉部Ｓ_３を形成する（図１ｂ）。その後、仕上げ溝付きロール３ａ及びフラットロール３ｂを使用して、金属帯材Ｓを製品形状に圧延する（図１ｃ）。このとき、目標とする異形断面形状に対応する形状の溝が仕上げ溝付きロール３ａの円周方向に形成されているので、厚肉部Ｓ_３は、仕上げ溝付きロール３ａのロールプロフィールに沿って成形され、目標形状をもつ厚肉部Ｓ_４となる。
【０００５】
特開平１−２９９７０１号公報では、図２に示す工程で異形断面帯材が製造される。先ず、金属帯材Ｓを溝付きロール４ｂと突条付きロール４ａとの間に通板し圧延する（図２ａ）。溝付きロール４ｂは、所定の曲率で円周方向に延びる溝部が軸方向に関して複数個形成されている。突条付きロール４ａは、溝付きロール４ｂの溝部に対応する位置で、円周方向に延び所定の曲率を持つ突条部が複数個形成されている。溝付きロール４ｂと突条付きロール４ａとの間を通過した後では、所定の曲率をもつ湾曲部Ｓ₂が金属帯材Ｓに形成される。次いで、金属帯材Ｓを一対のフラットロール５ａ，５ｂの間に通し、湾曲部Ｓ₂の上下面が平行になるまで圧延し、厚肉部Ｓ₃を形成する（図２ｂ）。その後、仕上げ突条付きロール６ａ及びフラットロール６ｂを使用して、金属帯材Ｓを製品形状に圧延する（図２ｃ）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のロール成形法では、図１及び図２の何れの方式でも、（１）薄肉部分のみを圧延して厚肉部分を座屈変形させ、又は薄肉部分を湾曲圧延する工程，（２）座屈変形させた厚肉部分又は湾曲圧延した薄肉部分を上下面が平行になるまで圧延する工程、及び（３）製品形状に仕上げ圧延する工程の少なくとも３工程が必要とされる。工程数の多さは、それぞれの工程で使用する複数種のロールを多数用意しておくことを余儀なくし、生産性を向上させるときのネックとなる。
また、従来のロール成形法で異形断面帯材を製造するとき、厚肉部と薄肉部との間に、それぞれの傾斜角度が大きく異なる段差部が形成され易い。しかも、各厚肉部は、溝付きロールや突条付きロールの凹部深さに一致せず、それぞれに板厚が異なったものとなっていた。
【０００７】
低い形状精度は、得られた異形断面帯材を製品として使用するときに信頼性を低下させる原因となる。たとえば、異形断面帯材を製品幅にスリットして単一又は複数の異形断面条を切り出すとき、薄肉部の両側にある段差部の傾斜角度及び厚肉部の板厚が同じ状態にないことから、薄肉部及びその両側の段差部で区画されている溝部の寸法精度の低下がそのまま製品価値の低下につながる。具体的には、この異形断面条から作製されたベアリングリテ−ナでは、溝部の寸法精度が異なることからベアリングの円滑な転動が阻害され、ベアリング自体の性能を低下させる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、各厚肉部におけるメタルフローが均一化されるようにプロフィールを設計した突条付きロールを使用することにより、各厚肉部に肉不足を生じることなく、且つ段差部の傾斜角度が一定した形状精度の良好な異形断面板材を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の異形断面帯材の製造方法は、その目的を達成するため、ロール軸方向に複数の溝状部を介して複数の突条部が形成された突条付きロールとフラットロールによるロール成形で異形断面帯材を製造する際、製品厚肉部を形成する溝状部のロール軸方向外側に捨て溝用突条部が形成されるとともに、該捨て溝用突条部を含め、製品厚肉部を形成する溝状部の断面積と該溝状部の両側にある突条部それぞれの断面積の１／２の積算値との比が各製品厚肉部で一定になるように溝状部及び突条部が設けられた突条付きロールを使用し、両側にある前記捨て溝用突条部間の距離に少なくとも等しい金属帯材を突条付きロールとフラットロールとの間に通板させることを特徴とする。
この方法で使用する突条付きロールは、製品厚肉部を形成する溝状部のロール軸方向外側に捨て溝用突条部が形成されるとともに、該捨て溝用突条部を含め、製品厚肉部を形成する溝状部の断面積と該溝状部の両側にある突条部それぞれの断面積の１／２の積算値との比が各製品厚肉部で一定になるように、ロール軸方向に沿って複数の溝状部を介して複数の突条部が設けられている。
【０００９】
【作用】
本発明者等は、ロール成形によって異形断面帯材を製造するとき、ロールプロフィールが製品形状に与える影響を調査した。そして、板幅方向に複数の厚肉部をもつ異形断面帯材を一挙にロール成形するとき、形状精度が向上することを見い出した。たとえば、図３に示すように、目標薄肉部に対応する間隔で軸方向に関し複数の突条１１，１２，１３が設けられた突条付きロール１０をフラットロール２０に対向させる。ロール１０，２０の間を通過した金属帯材Ｓには、中央厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１２及び端部厚肉部Ｓ_２１，Ｓ_２２が形成され、各厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１２，Ｓ_２１，Ｓ_２２の間が薄肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３となる。
しかし、この方法で製造された異形断面帯材は、斜面の傾斜角度が各段差部ごとに異なっている。中央に位置する段差部では溝付きロール１０の傾斜角度θ_３，θ_４と同一の傾斜角度をもった段差部が金属帯材Ｓに形成されるが、両端に位置する段差部では、溝付きロール１０の傾斜角度θ_１，θ_２，θ_５，θ_６よりも大きな傾斜角度θ_１’，θ_２’，θ_５’，θ_６’になり易い。また、端部厚肉部Ｓ_２１，Ｓ_２２も、中央厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１２よりも薄肉化する。
【００１０】
傾斜角度の増加や端部厚肉部Ｓ_２１，Ｓ_２２の肉不足は、金属帯材Ｓの両端が開放された自由端となっているために生じる幅方向外向きのメタルフローに起因する。すなわち、突条１１と１２との間や１２と１３との間の溝部では、薄肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３からのメタルフローにより溝部空間が充填され、中央厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１２がロールプロフィールに沿って形成される。他方、板幅方向端部では、側面一方向に流れるメタルフローの影響が大きく、傾斜角度θ_１’，θ_６’の増加や端部厚肉部Ｓ_２１，Ｓ_２２の肉不足となって現れる。また、左右のメタルフローが異なる部分では、材料の充填が少ない方の段差部で傾斜角度θ_２’，θ_５’が大きくなる。したがって、板幅方向両端部に生じるメタルフローを規制できると、傾斜角度の増加や端部厚肉部Ｓ_２１，Ｓ_２２の肉不足が解消される。そこで、本発明者等は、製品である異形断面帯材の形状精度に及ぼすロールプロフィールの影響を更に調査・研究し、圧延の際に生じるメタルフローは、突条部のＰ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３と空隙部の断面積比によって異なることが見い出した。また、理論上でも、断面積比がメタルフローに与える影響は確認される。
【００１１】
すなわち、断面積比が異なると、メタルフローの多い部分は、メタルフローの少ない部分よりも先に空隙部に充満するため、選択的に孔型ロールの空隙部において圧延が行われる。他方、メタルフローの少ない部分は、充満しない状態で圧延方向に伸ばされるため、更に充満しない傾向が助長される。その結果、充満していない部分の板厚は、孔型ロールの溝部とは一致しなくなる。このような現象から、製品の板幅方向に関する各厚肉部での板厚及び傾斜角度が不揃いになり、所定の製品形状が得られなくなる。
具体的には、図４に示すプロフィールをもつ突条付きロール３０が形状精度の向上に有効であることを見い出した。
突条付きロール３０は、薄肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３を形成する突条部Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３の凸部断面積と、突条部Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３と連続して隣り合い、厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１２，Ｓ_１３，Ｓ_１４を形成する溝状部Ｇ_１〜Ｇ_４それぞれの凹部断面積の１／２を積算した値との比率が何れの突条部Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３及び溝状部Ｇ_１〜Ｇ_４においても一定になるように、突条部Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３及び溝状部Ｇ_１〜Ｇ_４が設計されている。左右の厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１４の外側には、捨て溝用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２で薄肉部Ｓ_４１，Ｓ_４２が形成された切捨て部Ｓ_５１，Ｓ_５２が設けられる。
【００１２】
左側の厚肉部Ｓ_１１が形成される過程を考察すると、当該部分に当たる金属帯材Ｓが当初にもっていた肉に、左右の薄肉部Ｓ_３１及びＳ_４１からのメタルフローが加わる。また、中央にある厚肉部Ｓ_１２は、左右の薄肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２からのメタルフローによって増肉する。そこで、図４（ｂ）に示すように、突条部Ｐ_４１の断面積の半分をＡ，溝状部Ｇ_１の断面積の半分をＢ及びＣ，突条部Ｐ_３１の断面積の半分をＤ及びＥ，溝状部Ｇ_２の断面積の半分をＦ及びＧ，突条部Ｐ_３２の断面積の半分をＨ及びＩ，溝状部Ｇ_３の断面積の半分をＪ及びＫ，突条部Ｐ_３３の断面積の半分をＬ及びＭ，溝状部Ｇ_４の断面積の半分をＮ及びＯ，突条部Ｐ_４２の断面積の半分をＰとするとき、厚肉部Ｓ_１１の形成に影響する領域▲１▼での断面積比（Ａ＋Ｄ）／（Ｂ＋Ｃ），厚肉部Ｓ_１２の形成に影響する領域▲２▼での断面積比（Ｅ＋Ｈ）／（Ｆ＋Ｇ），厚肉部Ｓ_１３の形成に影響する領域▲３▼での断面積比（Ｉ＋Ｌ）／（Ｊ＋Ｋ），厚肉部Ｓ_１４の形成に影響する領域▲４▼での断面積比（Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋Ｏ）を何れも同じ値に設定する。
このように突条部及び溝状部が設計された突条付きロール３０をフラットロール４０を対向させ、金属帯材Ｓを成形するとき、成形された異形断面帯材における厚肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３の板厚は、フラットロール４０の周面から各溝状部Ｇ_１〜Ｇ_４までの高さＨ_１〜Ｈ_４に対応し、同じ肉厚となる。また、段差部の傾斜角度θ_１〜θ_６は、突条部Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３の側面Ｆ_３１，Ｆ_３２，Ｆ_３３の傾斜角度θ_１〜θ_６に一致する。その結果、寸法精度が高い断面形状を持つ異形断面帯材が製造される。
【００１３】
図４（ａ）では、中央部に薄肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３をもつ異形断面帯材を３条製造する場合を示しており、ロール成形後の金属帯材は、それぞれの条材ごとにスリットされる。しかし、本発明はこれに拘束されるものではなく、複数の条材を同時に成形する方法や、図５（ａ）に示すように二つの薄肉部をもつ異形断面条材を複数同時に製造する場合にも適用される。この場合、製品となる各異形断面条材の間に切捨て部Ｓ_５３を設け、メタルフローを規制する薄肉部Ｓ_４３を切捨て部Ｓ_５３に形成する。これに対応し、突条付きロール４０には、図５（ｂ）に示すように中央部に捨て溝用突条部Ｐ_４３を形成する。
異形断面帯材の素材としては、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ａｌ，Ａｌ合金，鋼，Ｆｅ合金等からなる単体材料や、これらを組み合わせた複合材料を使用できる。切捨て部Ｓ_５１，Ｓ_５２を含めた異形金属帯材の幅、或いはそれ以上の幅をもつ帯材を突条付きロール３０とフラットロール４０との間に通板し、図４，図５等に示した異形断面に成形する。そして、切捨て部Ｓ_５１，Ｓ_５２，Ｓ_５３を切り離し、製品帯材を得る。
【００１４】
【実施例】
本実施例では、図４（ｃ）に示すように、３個の薄肉部形成用突条部Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３及び２個の捨て溝形成用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２を直径４００ｍｍの胴部に形成した突条付きロール３０を使用した。突条部Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３は、高さ１．７５ｍｍ，頂面のロール軸方向長さ１１．５ｍｍ，斜面Ｆ_３１，Ｆ_３２，Ｆ_３３の傾斜角度θ_１〜θ_６が３０度の左右対称な台形断面とした。溝状部Ｇ_１〜Ｇ_４は、何れもロール軸方向の長さを１３．８８ｍｍに設定した。捨て溝形成用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２は、頂面のロール軸方向長さが６ｍｍに設定した。このとき、領域▲１▼の断面積比（Ａ＋Ｄ）／（Ｂ＋Ｃ），領域▲２▼の断面積比（Ｅ＋Ｈ）／（Ｆ＋Ｇ），領域▲３▼の断面積比（Ｉ＋Ｌ）／（Ｊ＋Ｋ），領域▲４▼の断面積比（Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋Ｏ）は、何れも同じ値０．８３となる。
比較のため、領域▲１▼及び▲４▼の断面積比（Ａ＋Ｄ）／（Ｂ＋Ｃ）及び（Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋Ｏ）が０．６５となる位置に、頂面のロール軸方向長さが６ｍｍの捨て溝形成用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２を形成した突条付きロール（比較例１）、領域▲１▼及び▲４▼の断面積比（Ａ＋Ｄ）／（Ｂ＋Ｃ）及び（Ｍ＋Ｐ）／（Ｎ＋Ｏ）が１．２となる位置に、頂面のロール軸方向長さが６ｍｍの捨て溝形成用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２を形成した突条付きロール（比較例２）を使用した。
【００１５】
各突条付きロールをフラットロールに対向させ、板厚２．３ｍｍ及び板幅１１０ｍｍの普通鋼帯材を被圧延用帯材として通板し、異形断面帯材を製造した。
得られた異形断面帯材の各部形状を測定した結果を図６に示す。
本発明に従った突条付きロールを使用して製造した異形断面帯材は、図６（ａ）に示すように段差部斜面Ｆ_３１，Ｆ_３２，Ｆ_３３の傾斜角度に対応し、何れの傾斜角度もほぼ一定値３５度であった。
これに対し、捨て溝用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２をロール中央部に寄せた比較例１では、中央段差部の傾斜角度が大きくなり、傾斜面Ｆ_３２の角度θ_３，θ_４よりも大きくなった。他方、捨て溝用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２をロール中央部から両サイドに広げた比較例２では、両側段差部の傾斜角度が大きくなり、傾斜面Ｆ_３１，Ｆ_３３の角度θ_１，θ_６よりも大きくなった。このことから、捨て溝用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２が適正位置にないとき、左右方向に流れるメタルフローの影響が大きく現れていることが判る。
【００１６】
適正位置に捨て溝用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２を形成することは、厚肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３を、図６（ｂ）に示すように均一な肉厚にする上でも有効である。
すなわち、本発明に従った突条付きロールを使用した場合、各厚肉部Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３は、フラットロール４０から突条付きロール３０の溝状部Ｇ_１〜Ｇ_４までの高さＨ_１〜Ｈ_４にほぼ等しい２．５ｍｍとなっていた。なお、切捨て用薄肉部Ｓ_４１，Ｓ_４２より外側では、側方へのメタルフローの影響を受け、厚みｔ_１，ｔ_２が２．４ｍｍに低下していた。しかし、切捨て部Ｓ_５１，Ｓ_５２を除去して異形断面帯材が得られるので、厚みｔ_１，ｔ_２の不足は製品品質に何ら影響を与えない。
これに対し、捨て溝用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２をロール中央部に寄せた比較例１では、板幅方向外向きに流れるメタルフローの影響が完全には除去されておらず、両側の厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１４に肉不足が発生した。他方、捨て溝用突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２をロール中央部から両サイドに広げた比較例２では、逆に中央の厚肉部Ｓ_１２，Ｓ_１３に肉不足が発生していた。この肉不足は、薄肉部Ｓ_３１，Ｓ_３３から厚肉部Ｓ_１１，Ｓ_１４に向かって多量のメタルフローが生じ、その分だけ薄肉部Ｓ_３１，Ｓ_３３から厚肉部Ｓ_１２，Ｓ_１３に向かうメタルフローが少なくなったものと考えられる。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、薄肉部形成用突条部の両側の適正位置に捨て溝用突条部が形成された突条付きロールをフラットロールと対向させ、被圧延帯材を通板させることによって、板幅方向外向きのメタルフローによる影響を無くし、各薄肉部から厚肉部に向かうメタルフローを調整している。これにより、突条付きロールの溝状空間部に十分な量の肉が供給され、突条付きロールのプロフィールが正確に転写され、形状精度の良好な異形断面帯材が製造される。この方法では、１種類の異形断面帯材を製造するために種々のロールを用意する必要がなく、リードフレーム，ベアリングリテ−ナ等として好適な異形断面帯材が高生産性で得られる。また、突条付きロールを交換するだけで形状の異なる異形断面帯材が製造されるため、多様なニーズに応じた生産も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来法に従って異形断面帯材を製造する工程
【図２】他の従来法に従って異形断面帯材を製造する工程
【図３】突条付きロールを使用して異形断面帯材を製造している状態
【図４】本発明に従った突条付きロールをフラットロールと対向させて異形断面帯材を製造している状態（ａ），各部の断面積比（ｂ）及び突条付きロールの外観（ｃ）
【図５】２つの薄肉部をもつ異形断面帯材を２本同時に成形している状態（ａ）及び使用する突条付きロールの外観（ｂ）
【図６】本発明実施例で製造された異形断面帯材の段差部傾斜角度（ａ）及び厚肉部の板厚（ｂ）を比較例と対比したグラフ
【符号の説明】
Ｓ：金属帯材Ｓ_１１〜Ｓ_１４：製品厚肉部Ｓ_３１〜Ｓ_３３：薄肉部Ｓ_４１，Ｓ_４２：切捨て用薄肉部Ｓ_５１，Ｓ_５２：切捨て部ｔ_１，ｔ_２：切捨て部の板厚３０：本発明に従った突条付きロールＰ_３１〜Ｐ_３３：突条部Ｐ_４１，Ｐ_４２：捨て溝用突条部Ｇ_１〜Ｇ_４：溝状部Ｆ_３１〜Ｆ_３３，Ｆ_４１，Ｆ_４２：段差部の斜面 θ_１〜θ_６：斜面の傾斜角度Ｈ_１〜Ｈ_４：フラットロールから溝状部までの高さ（≒製品厚肉部の板厚）
４０：フラットロール

Claims

ロール軸方向に複数の溝状部を介して複数の突条部が形成された突条付きロールとフラットロールによるロール成形で異形断面帯材を製造する際、製品厚肉部を形成する溝状部のロール軸方向外側に捨て溝用突条部が形成されるとともに、該捨て溝用突条部を含め、製品厚肉部を形成する溝状部の断面積と該溝状部の両側にある突条部それぞれの断面積の１／２の積算値との比が各製品厚肉部で一定になるように溝状部及び突条部が設けられた突条付きロールを使用し、両側にある前記捨て溝用突条部間の距離に少なくとも等しい金属帯材を突条付きロールとフラットロールとの間に通板させることを特徴とする異形断面帯材の製造方法。
フラットロールに対向配置され、複数の厚肉部をもつ異形断面帯材を成形するロールであって、製品厚肉部を形成する溝状部のロール軸方向外側に捨て溝用突条部が形成されるとともに、該捨て溝用突条部を含め、製品厚肉部を形成する溝状部の断面積と該溝状部の両側にある突条部それぞれの断面積の１／２の積算値との比が各製品厚肉部で一定になるように、ロール軸方向に沿って複数の溝状部を介して複数の突条部が設けられた突条付きロール。