JP4946124B2 - ギロチン式クロップシャー用交換上刃およびそれを用いた鋼材の剪断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ギロチン式クロップシャーの上刃に関し、特に既設のギロチン式クロップシャーの交換用上刃として用いて、切断能力を向上させるものに関する。

厚板工場では、鋼板の幅方向の両端部をサイドシャーで切断後、長手方向の両端部をギロチン式クロップシャーで切り落として矩形とする。

図６はギロチン式クロップシャーの構造を模式的に示し、門型ハウジング（図では省略）の内部で、上方に吊り上げた、レーキ角θを有する上刃１と下刃３の間に載置した鋼板２に、上刃１を落下（落下方向：矢印５）させて剪断する。鋼板用ギロチン式クロップシャーのレーキ角θは一般に０．５〜５°のものが使用されている。

ギロチン式クロップシャーでは、上方に吊り上げた上刃１と下刃３の間隔は、鋼板２の全厚ｔを剪断するのに十分なストローク４が得られるように設定される。

ギロチン式クロップシャーの切断力は、上刃１の被切断材への押し付け力と上刃１のレーキ角θに依存し、硬くて厚い等難切断材料を切断する場合は、押し付け力を増大させるか、レーキ角θを大きくする。

押し付け力の増大は上刃の駆動装置の増強や門型フレームの補強が必要で大掛かりな設備工事となるため容易に実施できない。

レーキ角を大きくする場合、１．上刃自体の大きさ（刃基での刃先高さ）は従来のままとし、レーキ角のみを大きくする、２．上刃もレーキ角も大きくすることによる。

しかし、既設の装置において、上刃の大きさを変えずにレーキ角のみを大きくする方法は、図７に示すように鋼板の板厚ｔによっては、刃先においてストローク４が不足して切り残し部２１が発生する。

また、上刃もレーキ角も大きくする方法は図８に示すように、鋼板２の板厚ｔによっては、上刃１を吊り上げた状態においても、刃元に接触する部分２２が発生し、切断のため、鋼板２を上刃の下に移動させることができない。

特許文献１は、レーキ角を大きくして、切断力を向上させた厚鋼板用剪断機に関し、ギロチン式クロップシャーにおいて上刃のレーキ角を、中央部は一定で、両端部にかけて大きくし刃先の幅方向の形状を略鍋底状とする、切断時の門型フレームへの負荷を減少させる厚鋼板用剪断機が記載されている。
実開平２−７９１１号公報

ところで、ギロチン式クロップシャーにおいて上刃は消耗品で、適宜新品と交換される。例えば、鉄鋼メーカーの厚鋼板製造分野では約４週間に1回の頻度で実施される。

一方、厚板需要分野では、ラインパイプ材でＡＰＩ規格Ｘ１２０鋼の商用試作生産も開始される等、鋼材の高強度化が進展し、剪断作業への負荷は増大する傾向で、剪断能力の向上が要望されている。

従って、既設のギロチン式クロップシャーの切断能力を向上させ、且つ製造が容易で安価に入手できる交換用上刃への要望は強いところ、特許文献１記載の厚鋼板用剪断機に用いられる上刃は形状が複雑で生産性に劣ること、及び複雑な形状のため、既存の設備で、切断できる鋼板寸法への影響が懸念される。

そこで、本発明は、製造が容易で切断力に優れる上刃およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、直線状の刃（以下、直刃）を有する上刃を用いるギロチン式クロップシャーの切断では切断荷重のピークが、切断初期に発生し、その後低下することに着目し、上刃のうち、切断初期を受け持つ領域の刃先のレーキ角を大きくする着想を得た。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．２段刃を有する、レーキ角θの直刃を有する既存刃の交換用上刃であって、刃幅方向に屈折点を挟んで、刃元側の直刃のレーキ角θ１が刃先側の直刃のレーキ角θ２より大きい連続する二つの直刃からなる２段刃を、前記レーキ角θの直刃の内側となる位置に有することを特徴とするギロチン式クロップシャー用交換上刃。
２．以下の手順で求めた屈折点を備える１記載のギロチン式クロップシャー用交換上刃。
但し、屈折点から、刃元側の直刃はレーキ角θ１、刃先側の直刃はレーキ角θ２とする
手順１：既存設備に用いられるレーキ角θの直刃からなる上刃で、上刃の食い込み量と切断荷重の関係を求め、尖頭荷重経過後、該尖頭荷重の８０〜４５％となる切断荷重が得られる上刃の食い込み量ｄを求める。
手順２：ＸＹ座標上に、レーキ角θ２の直刃からなる上刃の形状を、刃元側端部をY軸、その先端部を原点としてプロットし、前記レーキ角θ２の直刃の刃上でｄ／ｔａｎθ２がＸ座標となる点を仮屈折点とする。
手順３：Ｘ座標値を、仮屈折点のＸ座標値とし、Ｙ座標値を、仮屈折点のＹ座標値に、鋼材寸法および食い込み量と切断荷重の関係を利用して求まる特定値ｘを加えて、屈折点のＸＹ座標値とする。
ここで、特定値ｘは、本発明に係る刃元側の直刃による尖頭荷重Ｆｍａｘ´＝Ｆｍａｘ×ｄ／（ｄ＋ｘ）と、本発明に係る刃先側の直刃による定常最大荷重Ｆ´＝Ｆ×（Ｄ−ｄ）／（Ｄ−ｄ−ｘ）とがＦｍａｘ´＝Ｆ´の関係にあることから成立する、ｘを未知数とする方程式Ｆｍａｘ×ｄ／（ｄ＋ｘ）＝Ｆ×（Ｄ−ｄ）／（Ｄ−ｄ−ｘ）を解くことにより求めることができる。なお、Ｆｍａｘは既存の直刃からなる上刃による尖頭荷重、Ｆは既存の直刃からなる上刃による定常最大荷重、Ｄは鋼材の板厚である。
手順４：刃元先端部と屈折点を結ぶ線上に刃元側の直刃を、屈折点から刃先先端部を結ぶ線上に刃先側の直刃を設ける。
３．交換用上刃として１または２に記載のギロチン式クロップシャー用上刃を用いることを特徴とする鋼材の剪断方法。

本発明によれば，以下の効果が得られ産業上極めて有用である。
１．既存設備の切断において、切断時の尖頭荷重が小さくなるので、切断時にフレームと刃先に作用する反力が低下し、設備寿命と上刃寿命が延長する。
２．切断時の尖頭荷重が小さくなるので、既存設備で、より高強度の鋼材の切断が可能で、更に、刃先が２段に屈折した形状のため、切断可能寸法を変更する必要がない。
３．既存設備より小型で、既存設備と同じ切断能力を備えた設備が可能である。

図３は、ギロチン式クロップシャーの切断における、鋼材への食い込み量と切断荷重の関係を模式的に示す図で、ギロチン式クロップシャーの切断荷重は、切断の初期において、最初のピーク値（以下、尖頭荷重）に達した後、次第に安定して定常最大荷重となる。図５は尖頭荷重／定常最大荷重比と切断荷重の関係を示す図で、図より、定常最大荷重は、尖頭荷重の約８０〜４５％である。

図４は尖頭荷重が発生する際の食い込み量と材料板厚の関係を示す図で、食い込み量が板厚の約３０〜８０％となると尖頭荷重が発生する。

本発明では、尖頭荷重を低減するように、切断初期に、材料に食い込む刃のレーキ角を、尖頭荷重が生じた後に材料に新たに食い込みはじめる刃のレーキ角より大きくすることを特徴とする。

図１は、本発明に係る上刃の形状を模式的に説明する上面図で、図において１は上刃、１１、１２は直刃、１３は背、１４は刃元、１５は刃先、ｈ_１は刃元における刃面高さ、ｈ_２は刃先における刃面高さ、ｈ_３は屈折点における刃面高さを示す。

上刃１は刃幅Ｗの方向に屈折点ｃを挟んで、連続する二つの直刃１１、１２を有し、刃元側の直刃１１のレーキ角θ_１が刃先側の直刃１２のレーキ角θ_２より大きい。

切断初期は、刃元側の直刃１１が受けもつので、刃先側の直刃１２と同じレーキ角θ_２の直刃からなる上刃で切断する場合と比較して、尖頭荷重が減少する。

既存のギロチン式クロップシャーの切断能力を向上させるため、本発明に係る上刃を、を適用する場合について説明する。

ギロチン式シャーでの上刃の昇降ストローク量は、最大通板板厚、上刃幅方向の刃面高さの落差量および余裕しろを合計して求められるので、既存設備のように昇降ストローク量、最大通板板厚、余裕しろが一定の場合において、切断能力を向上させる場合でも、上刃幅方向の刃面高さの落差量は一定にしなければならない。

図２は、本発明に係る上刃の形状を特定するため、既存設備で用いる直刃からなる上刃の平面図に上述したレーキ角と食い込み量ｄとの関係を満たす新たな刃先形状を記載した図で、以下の説明を容易とするため、ＸＹ座標のＹ軸を刃元とし、原点を上刃１の刃元先端部ａとする。

図において、直線ａｂが既存設備の直刃からなる上刃１の刃、θが既存設備の上刃１のレーキ角、ｃは屈折点、ｃ´は仮屈折点、ｄは尖頭荷重後、最初に該尖頭荷重の８０〜４５％となる切断荷重が得られる時の上刃の食い込み量、直線ａｃは本発明に係る上刃でレーキ角θ_１の直刃、直線ｂｃは本発明に係る上刃でレーキ角θ_２の直刃を示し、θ_１＞θ_２とする。

図２より、屈折点ｃのｘｙ座標値を、仮屈折点ｃ´のｘｙ座標値を求めた後、特定値ｘを、仮屈折点ｃ´のｙ座標値に加算して求め、直線ａｃを直刃１１、直線ｂｃを直刃１２とする。

仮屈折点ｃ´は、ｘ座標値：ｌ＝ｄ／ｔａｎθ、ｙ座標値：ｄで、特定値ｘは幅Ｗ，板厚Ｄの鋼材を本発明に係る上刃と既存設備の直刃からなる上刃で切断する場合の切断荷重の関係を用いて求める。

まず、幅Ｗ，板厚Ｄの鋼材を本発明に係る上刃で切断する場合、レーキ角θ_１の直刃１１で、食い込み量ｄまで切断するので、ｔａｎθ_１＝（ｄ＋ｘ）／ｌが成立し、残りの板厚分であるＤ−ｄ−ｘの切断では、レーキ角θ_２の直刃１２を用いることより、ｔａｎθ_２＝（Ｄ−ｄ−ｘ）／（Ｗ−ｌ）が成立する。

一方、既存の直刃からなる上刃による尖頭荷重Ｆｍａｘ（測定値）、本発明に係る直刃１１による尖頭荷重Ｆｍａｘ´と、これらのレーキ角との間には、切断荷重はｔａｎθに反比例する関係より、Ｆｍａｘ´＝Ｆｍａｘ×ｔａｎθ／ｔａｎθ_１＝Ｆｍａｘ×（ｄ／ｌ）／（ｄ＋ｘ）／ｌ＝Ｆｍａｘ×ｄ／（ｄ＋ｘ）が成立する。

同様に、既存の直刃からなる上刃による定常最大荷重Ｆ（測定値）、本発明に係る直刃１２による定常最大荷重Ｆ´と、これらのレーキ角との間にも、切断荷重はｔａｎθに反比例する関係より、Ｆ´＝Ｆ×ｔａｎθ／ｔａｎθ_２＝Ｆ×（（Ｄ−ｄ）／（Ｗ−ｌ））／（（Ｄ−ｄ−ｘ）／（Ｗ−ｌ））＝Ｆ×（Ｄ−ｄ）／（Ｄ−ｄ−ｘ）が成立する。

本発明では、尖頭荷重を定常最大荷重と等しくするので、Ｆｍａｘ´＝Ｆ´とすることにより、特定値ｘが定まり、屈折点ｃをｘｙ座標上で定めることが可能となる。既存の上刃による尖頭荷重Ｆｍａｘ、定常最大荷重Ｆ、および鋼材寸法（幅Ｗ，板厚Ｄ）は測定値で、ｘが未知数である。鋼材寸法（幅Ｗ，板厚Ｄ）は、既存設備での最大寸法とする。

上刃の幅が切断する鋼材の幅Ｗより広い場合は、鋼材の幅Ｗの部分について刃先形状を求めた後、幅方向にレーキ角に沿って延長する。

以上の説明では、屈折点が一つの場合について述べたが、更に刃元側の直刃に屈折点を設け、刃元側から刃先側にかけて逐次レーキ角が小さくなるようにすると、切断初期における切断荷重の上昇がなだらかとなり、表面性状に優れる切断面が得られ好ましい。

本発明例。 本発明に係る上刃の形状寸法を説明する図。 切断荷重と食い込み量の関係を示す図。 食い込み量と切断材の板厚の関係を示す図。 切断荷重における尖頭荷重と定常最大荷重の関係を示す図。 従来例。 従来例。 従来例。

符号の説明

１ 上刃１
１１、１２ 直刃
１３ 背
１４ 刃元
１５ 刃先
２ 非切断材（鋼材）
２１ 未切断部
２２ 接触部
３ 下刃
４ ストローク
５ 圧下方向
ｈ_１ 刃元高さ
ｈ_２ 刃先高さ
ｈ_３ 屈折点における刃の高さ
θ、θ_１、θ_２ レーキ角

Claims (3)

1. ２段刃を有する、レーキ角θの直刃を有する既存刃の交換用上刃であって、刃幅方向に屈折点を挟んで、刃元側の直刃のレーキ角θ１が刃先側の直刃のレーキ角θ２より大きい連続する二つの直刃からなる２段刃を、前記レーキ角θの直刃の内側となる位置に有することを特徴とするギロチン式クロップシャー用交換上刃。
2. 以下の手順で求めた屈折点を備える請求項１記載のギロチン式クロップシャー用交換上刃。
   但し、屈折点から、刃元側の直刃はレーキ角θ_１、刃先側の直刃はレーキ角θ_２とする
   手順１：既存設備に用いられるレーキ角θの直刃からなる上刃で、上刃の食い込み量と切断荷重の関係を求め、尖頭荷重経過後、該尖頭荷重の８０〜４５％となる切断荷重が得られる上刃の食い込み量ｄを求める。
   手順２：ＸＹ座標上に、レーキ角θ_２の直刃からなる上刃の形状を、刃元側端部をY軸、その先端部を原点としてプロットし、前記レーキ角θ_２の直刃の刃上でｄ／ｔａｎθ_２がＸ座標となる点を仮屈折点とする。
   手順３：Ｘ座標値を、仮屈折点のＸ座標値とし、Ｙ座標値を、仮屈折点のＹ座標値に、鋼材寸法および食い込み量と切断荷重の関係を利用して求まる特定値ｘを加えて、屈折点のＸＹ座標値とする。
   ここで、特定値ｘは、本発明に係る刃元側の直刃による尖頭荷重Ｆｍａｘ´＝Ｆｍａｘ×ｄ／（ｄ＋ｘ）と、本発明に係る刃先側の直刃による定常最大荷重Ｆ´＝Ｆ×（Ｄ−ｄ）／（Ｄ−ｄ−ｘ）とがＦｍａｘ´＝Ｆ´の関係にあることから成立する、ｘを未知数とする方程式Ｆｍａｘ×ｄ／（ｄ＋ｘ）＝Ｆ×（Ｄ−ｄ）／（Ｄ−ｄ−ｘ）を解くことにより求めることができる。なお、Ｆｍａｘは既存の直刃からなる上刃による尖頭荷重、Ｆは既存の直刃からなる上刃による定常最大荷重、Ｄは鋼材の板厚である。
   手順４：刃元先端部と屈折点を結ぶ線上に刃元側の直刃を、屈折点から刃先先端部を結ぶ線上に刃先側の直刃を設ける。
3. 交換用上刃として請求項１または２に記載のギロチン式クロップシャー用上刃を用いることを特徴とする鋼材の剪断方法。

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