JP6945740B2 - ロールスタンド - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念によるロールスタンドに関し、ならびに既存の圧延装置を改善する方法に関する。

独国特許出願公開第１２８７５４１号明細書には、多重式コールドピルガー圧延機のためのロールスタンドが記載されている。ロールスタンドは、組み付けられたスペーサボルトによって互いに接続されている２つのロール架台またはスタンド側面から構成されている。このようなコールドピルガー圧延機では、ロールスタンドは不動に配置されているのではなく、駆動装置によって交互に動かされる。

本発明の課題は、所与の圧延力のもとで、重量の小さいロールスタンドを提供することである。

この課題は、冒頭で述べた形式のロールスタンドにおいて、本発明によれば請求項１に記載の特徴によって解決される。付加製造によってロールスタンドを製作することにより、形状設計において特に大きな自由度が得られるので、ロールスタンドに必要な材料量を減らすことができる。

付加製造とは、この場合、「３Ｄプリント」の原理により、データセットとして与えられたフォルムまたは形状定義を、最小限の材料量を相次いで付加することによって構築するものと理解される。

ロールとは、本発明の意味では特に、ロールスタンドに回転可能に保持される、圧延工程を実施するための工具面を有するユニットを意味する。好適な構成形式では、このようなロールは、ロール軸と、このロール軸上に取り付けられた工具としてのロール本体とから形成することができる。ロール本体は好適には、交換可能な構成部分として形成することができる。ロール軸との接続は、特に好適には、ロール軸上へのロール本体の被せ嵌めにより行うことができる。

本発明の第１の実施形態では、付加製造は、間接的に行われ、この場合、ロールスタンドは少なくとも部分的に、好適には完全に、鋳造部品として形成されており、ロールスタンドの金型が直接的に付加製造によって製作される。このような方式により、高い材料強度を得るために良好に制御可能な従来の鋳造法を、形状設計の拡張された柔軟性と組み合わせることができる。好適な鋳造材料は、鋼または鋳鉄である。特に好適には、この場合鋳鉄が使用される。

本発明の別の実施形態では、ロールスタンドは少なくとも部分的に、好適には完全に、直接的に付加製造によって形成される。これにより、形状設計の最大限の柔軟性が得られ、この場合、使用される材料に関しては、付加製造法との相応の適合性が必要である。

特に、上述した方法、すなわち直接的付加製造と間接的付加製造とを同じロールスタンドにおいて組み合わせることができる。

必要に応じて、強度および／または重量に関して比較的臨界的ではないロールスタンドの部分を、従来の構成部分、特に、例えば板材のような標準的な半製品から形成することができる。

一般的に、本発明は、総重量が０．５トン超の鉄ベースの材料からなるロールスタンドに関して好適である。

一般的に好適には、ロールスタンドは、一連の圧延工程において駆動可能な可動ユニットとして形成されている。特に好適には、ロールスタンドは、コールドピルガーロールスタンドであってよい。

このような可動のロールスタンドでは、圧延工程の達成可能な速度は、主に、ロールスタンドの質量と強度に依存するので、本発明により最適化されたロールスタンドは、生産量の向上を可能とする。特に、本発明によるコールドピルガーロールスタンドの最適化により、コールドピルガー圧延における行程数は、１０％以上、特に１５％以上向上することが可能であり、この場合、所与の圧延力のもとでロールスタンドの質量は、従来のロールスタンドに対して１０％以上減らされている。

好適な別の構成では、ロールスタンドには、ロールスタンドを動かすための少なくとも１つのクランクピンが保持されており、このクランクピンは特に好適には、付加製造によって形成されていない。これにより、クランクピンの特に耐荷重性のある設計または交換可能な摩耗部品としての設計も可能である。しかしながら選択的な構成では、クランクピンも付加製造によって形成することができる。

一般的に好適な構成では、ロールスタンドは２つのスタンド側面を有しており、ロールは、スタンド側面の間に延在しており、スタンド側面で支持されている。特に好適には、スタンド側面は横ステーによって統一された材料で一体に互いに接続されており、横ステーはスタンド側面と共に付加製造によって製作されている。これにより、僅かな重量でロールスタンドの特に高い強度が得られる。

一般的に好適には、ロールスタンドの形状は、コンピュータによる最適化により有限要素法を使用して、質量および／または強度に関して最適化されている。これにより、付加製造の利点との理想的な組み合わせが得られる。

本発明の課題はさらに、既存の圧延装置を改善する方法であって、以下のステップ、すなわち、
ａ．既存のロールスタンドの基礎パラメータを記録するステップと、
ｂ．ステップａで記録された基礎パラメータを維持しながら、少なくとも１つの特性、好適には質量および／または強度に関して最適化されたロールスタンドを設計するステップと、
ｃ．新規のロールスタンドを、好適には請求項１から９までのいずれか１項記載のロールスタンドを、付加製造によって製作するステップと、
ｄ．既存のロールスタンドを、新規のロールスタンドと交換するステップと、
を含む方法によって解決される。

このようにして、既存のコールドピルガー圧延機の機能を向上させることができる。新規のロールスタンドは、相応の最適化により、既存のロールスタンドよりも軽量にかつ／または強固にすることができるので、ロールスタンド交換後には、例えばより高い行程数を走行することができる。これにより、比較的僅かなコストで既存の装置の生産性を改善することができる。

以下に、本発明の好適な実施例を記載し、添付の図面に基づき詳しく説明する。

従来技術による組み込まれたロールを有するコールドピルガーロールスタンドの立体的な図である。 図１のロールスタンドと交換することができる本発明によるコールドピルガーロールスタンドの立体的な図である。 図２のロールスタンドの別の立体的な図である。 図２のロールスタンドを側方から見た図である。 図２のロールスタンドの別の立体的な図である。

図１に示した公知のコールドピルガー圧延装置のロールスタンドは、２つのスタンド側面１’，２’を含み、これらのスタンド側面は、複数の別個の接続ボルト３によって組み付けられて１つのスタンドを成している。このロールスタンドは、全体として可動であるように駆動可能であって、下方領域に、定置のレールシステム（図示せず）に沿って可動に支持するための保持部材が設けられている。ロールスタンドの駆動のために、駆動ユニット（図示せず）のコンロッドが軸受５に作用する。軸受５は、スタンド側面１’，２’に設けられた保持部６ａに固定されているクランクピン６に受容されている。コンロッドによって、ロールスタンドは、所定の行程数で交互に並進運動する。

スタンド側面１’，２’には、少なくとも２つのロール７，８が収容または支持されている。両ロール７，８の回転は、歯車９および定置のラック（図示せず）を介して、ロールスタンドの並進運動に連結されている。

管状の工作物（図示せず）が、ロール７，８の間でマンドレル（図示せず）の上で転動する。工作物の相応のガイドを伴うロールスタンドの交互の運動により、公知の形式で、コールドピルガー圧延法による変形が行われる。この場合、ロール７，８間に生じる圧延力は、ロールスタンド１’，２’，３によって支持される。

この例では、公知のロールスタンド１’，２’，３は、（ロールおよびその他の組込み部材なしで）約８９０ｋｇの質量を有している。交互の運動は、毎分２００行程の最大行程数で行われる。

図２〜図５には、本発明による鋳鉄製のロールスタンド１０が示されている。このロールスタンド１０の形状は、所定の強度のもとでスタンドの質量を最小化するように、コンピュータで有限要素法によって最適化された。

最適化のための出発点は、公知のロールスタンド１’，２’，３の寸法および最低限の強度に関する公知の基礎データであった。そして、有限要素法によって、スタンドの形状が最適化された。最適化の基準の１つは、スタンドが原則的に鋳造可能であるのが望ましく、金型の製造においては、アンダーカット等に関してほぼ完全に設計の自由があるということであった。

基準値としては、達成可能な行程数は、毎分２５０行程に高められた。このためには、特にクランクピン６周囲の領域において、補強された構造が必要とされた。

次に、図２〜図５に示した計算されたスタンドの製作は、間接的付加製造を介して行われる。この場合、金型が、３Ｄプリントのための装置によって付加製造により製作される。この付加製造された金型により、次いでロールスタンド１０が鋳造される。この場合、鋳造材料として鋳鉄が使用される。

このように製作されたロールスタンド１０は、毎分２５０行程以上に高められた行程数にも関わらず、質量は約８００ｋｇであり、高い強度を有している。

既存の圧延装置を改善するための本発明による方法によれば、稼働されている既存の圧延装置の図１に示した既存のスタンド１’，２’，３が、新規のスタンド１０に置き換えられる。これにより、駆動装置に比較的大きな変更を行う必要なく、スタンド質量が減らされていることにより、通常、圧延装置の行程数を高めることができる。

クランクピン６は、付加製造されたロールスタンド１０においても、別個の構成部分として設けられていて、保持部６ａに位置固定されている。クランクピンとその保持部６ａとは、ロールスタンドの機械的に最も高い負荷を受ける個所である。有限要素法により算出された形状設計の結果、丸み付けされた多数の領域を含むロールスタンド１０の生体工学的な形状設計が得られる。特に、クランクピン６の保持部６ａ周りの領域のような臨界的な個所は、この場合、相対的に補強されている。比較的臨界的ではない領域では、スタンド材料は相対的に薄くして、節約することができた。

従来のロールスタンド１’，２’，３の場合とは異なり、本発明によるロールスタンド１０のスタンド側面１，２は、統一された材料で一体に形成された横ステー１１によって結合されている。横ステー１１は、スタンド側面１，２と共に（間接的）付加製造によって、または鋳造工程によって製作される。

ロール７，８は、この場合、ロールスタンド１０において回転可能に保持されたユニットとして理解され、ロール軸と、このロール軸上に取り付けられたロール本体（図示せず）とから形成されている。圧延工程を実施するための工具面は、工具としてのロール本体によって形成されている。ロール本体は交換可能な構成部分として形成されている。ロール軸との接続は、この場合、ロール軸上へのロール本体の被せ嵌めにより行われる。ロール本体をロール軸から取り外す場合には、ロール軸をロールスタンド１０から側方へと取り外すことができる。したがって、スタンド側面１，２の分離は不要である。

勿論、上述したロールスタンドは直接的付加製造によっても製作することができる。形状設計を計算する場合、付加的に一緒に接続するスタンド材料の特性を相応に考慮することができる。

１’ 従来技術の第１のスタンド側面
１ 本発明による第１のスタンド側面
２’ 従来技術の第２のスタンド側面
２ 本発明による第２のスタンド側面
３ 接続ボルト
４ 保持部材
５ 駆動ユニットのための軸受
６ クランクピン
６ａ クランクピン用の保持部
７ 第１のロール
８ 第２のロール
９ ロール駆動装置のための歯車
１０ 付加製造されたロールスタンド
１１ 統一された材料から一体に形成された横ステー

Claims (8)

1. 工作物を変形させるための少なくとも２つのロール（７，８）がスタンドに保持されており、変形の際に作用する圧延力が、ロールスタンド（１０）によって支持される、前記ロールスタンド（１０）において、
   前記ロールスタンド（１０）を付加製造によって製作し、前記ロールスタンド（１０）は２つのスタンド側面（１，２）を有し、前記ロール（７，８）は、前記スタンド側面（１，２）の間に延在しており、前記スタンド側面（１，２）で支持されており、前記スタンド側面（１，２）は横ステー（１１）によって統一された材料で一体に互いに接続されており、前記横ステー（１１）は前記スタンド側面（１，２）と共に付加製造によって製作されている、ロールスタンド（１０）の製造方法。
2. 前記付加製造は、間接的に行われ、この場合、前記ロールスタンド（１０）は少なくとも部分的に、鋳造部品として形成されており、前記ロールスタンド（１０）の金型が直接的に付加製造によって製作される、請求項１記載のロールスタンド（１０）の製造方法。
3. 前記ロールスタンド（１０）は少なくとも部分的に、直接的に付加製造によって形成される、請求項１記載のロールスタンド（１０）の製造方法。
4. 前記ロールスタンド（１０）は、一連の圧延工程において駆動可能な可動ユニットとして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のロールスタンド（１０）の製造方法。
5. 前記ロールスタンド（１０）はコールドピルガーロールスタンドとして形成されている、請求項４記載のロールスタンドの製造方法。
6. 前記ロールスタンド（１０）には、前記ロールスタンド（１０）を動かすための少なくとも１つのクランクピン（６）が保持されており、前記クランクピン（６）は、付加製造によって形成されていない、請求項５記載のロールスタンドの製造方法。
7. 前記ロールスタンドの形状は、コンピュータによる最適化により有限要素法を使用して、質量および／または強度に関して最適化されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のロールスタンドの製造方法。
8. 既存の圧延装置を改善する方法であって、以下のステップ、すなわち、
   ａ．既存のロールスタンド（１’，２’，３）の基礎パラメータを記録するステップと、
   ｂ．前記ステップａで記録された基礎パラメータを維持しながら、少なくとも１つの特性に関して最適化されたロールスタンド（１０）を設計するステップと、
   ｃ．新規のロールスタンド（１０）を、付加製造によって製作するステップであって、前記ロールスタンド（１０）は２つのスタンド側面（１，２）を有し、ロール（７，８）は、前記スタンド側面（１，２）の間に延在しており、前記スタンド側面（１，２）で支持されており、前記スタンド側面（１，２）は横ステー（１１）によって統一された材料で一体に互いに接続されており、前記横ステー（１１）は前記スタンド側面（１，２）と共に付加製造によって製作されている、ステップと、
   ｄ．前記既存のロールスタンド（１’，２’，３）を、前記新規のロールスタンド（１０）と交換するステップと、
   を含む方法。

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