プレスロール成形装置及びプレスロール成形方法
【課題】プレスロール成形装置及びプレスロール成形方法において、材料片を小型化して廃棄される材料を減少する。
【解決手段】金型２上に載置された材料片Ｘ上のいずれかの位置を加重開始点としてロール４を材料片に対して押し付ける押付機構９，１０を備える。
【解決手段】金型２上に載置された材料片Ｘ上のいずれかの位置を加重開始点としてロール４を材料片に対して押し付ける押付機構９，１０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレスロール成形装置及びプレスロール成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、方形あるいは円形の金型上に載置された材料片に対してロールを押し付けて移動することによって、当該材料片を成形するプレスロール成形装置が広く用いられている。
例えば、ジェットエンジンの圧縮機に用いられる静翼の多くは、プレスロール成形装置の一種でありかつ成形と同時に鍛造を行うプレスロール鍛造装置によって製造されている（特許文献１及び２）。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２に開示されたプレスロール鍛造装置では、ロールと共に当該ロールに荷重をかける油圧装置等が一体として移動可能とされており、金型の手前側において把持されて支持される材料片をロールの移動に伴って金型に対して押し付けることによって材料片の成形を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４４８３１６８号明細書
【特許文献２】米国特許第５６００９９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、材料片を成形する際に把持する部位等は金型によって成形されないため、部品の一部として使用することはできない。つまり、単一の材料片において、製品として使用される部位は一部分である。
このため、従来においては、プレスロール鍛造装置で成形された材料片は、必要な部位のみを切り出される。そして、材料片の把持される部位を含むその他の部品に使用された部位は、必要な部位が切り出された後に廃棄されることとなる。
つまり、従来のプレスロール鍛造装置においては、材料片のうち部品に必要とされる部位が一部であり、その他の部位が廃棄されるため、材料の無駄が非常に多かった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、プレスロール成形装置及びプレスロール成形方法において、材料片を小型化して廃棄される材料を減少することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００８】
第１の発明は、金型を備え、ロールによって材料片を当該金型に対して押し付けることで上記材料片の成形を行うプレスロール成形装置であって、上記金型上に載置された材料片上のいずれかの位置を加重開始点として上記ロールを上記材料片に対して押し付ける押付機構を備えるという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記金型を上記ロールに対して回動する金型回動機構を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、単一の上記材料片に対して用いられる複数の上記金型を有し、上記金型の成形溝部の深さが、用いられる順番に浅くなるという構成を採用する。
【００１１】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記金型が、上記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて上記材料片を位置規制する位置規制部とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第５の発明は、ロールによって材料片を金型に対して押し付けることで上記材料片の成形を行うプレスロール成形方法であって、上記材料片を上記金型上に載置し、上記金型上に載置された上記材料片上のいずれかの位置を加重開始点として上記ロールを上記材料片に対して押し付けるという構成を採用する。
【００１３】
第６の発明は、上記第５の発明において、上記材料片に対して異なる複数方向から上記ロールを押し当てて移動するという構成を採用する。
【００１４】
第７の発明は、上記第５または第６の発明において、成形溝部の深さが異なる複数の上記金型を用いて単一の上記材料片を成形し、上記成形溝部が深い順に上記金型を用いるという構成を採用する。
【００１５】
第８の発明は、上記第５〜第７いずれかの発明において、上記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて上記材料片を位置規制する位置規制部とを備える上記金型を用いるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１６】
従来においては、ロールが材料片に到達する以前から、ロールに対して荷重を掛けた状態として、この荷重が掛けられたロールを材料片に対して押し当てている。つまり、ロールに加重する開始点（加重開始点）が材料片の外側に設定されている。
ロールに対して加重が掛かるとロールと金型とが密着した状態となるため、材料片を把持して支持していない場合には、ロールと金型との間に入り込み難くなる。このため、従来においては、材料片を必ず把持する必要があった。
【００１７】
これに対して、本発明によれば、材料片を金型上に載置し、金型上に載置された材料片上のいずれかの位置を加重開始点としてロールを材料片に対して押し付ける。
つまり、ロールを材料片上に移動するまでの間は、ロールに荷重が掛けられていないため、ロールは容易に材料片上まで移動することができる。
このため、本発明によれば、材料片を把持する必要がなくなる。よって、従来廃棄されていた把持する部位を材料片に対して設ける必要がなくなり、材料片に必要となる材料の量を減少させることができる。
したがって、本発明によれば、材料片を小型化して廃棄される材料を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態におけるプレスロール鍛造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるプレスロール鍛造装置が備える金型の上面図である。
【図３】本発明に関連する実験例１において用いた金型の形状を示す図である。
【図４】本発明に関連する実験例１で成形された材料片を示す模式図である。
【図５】本発明に関連する実験例１の実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明に関連する実験例２の実験結果を示す表である。
【図７】本発明に関連する実験例３において用いた金型の断面図である。
【図８】本発明に関連する実験例３の実験結果を示すグラフである。
【図９】本発明に関連する実験例４の実験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に関連する実験例６において用いた第１金型の外観図である。
【図１１】本発明に関連する実験例６において用いた第２金型の外観図である。
【図１２】本発明に関連する実験例６において用いた第３金型の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係るプレスロール成形装置及びプレスロール成形方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、本発明のプレスロール成形装置の一例としてプレスロール鍛造装置を挙げて説明し、本発明のプレスロール成形方法の一例としてプレスロール鍛造方法を挙げて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１の概略構成図である。
本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、ロール（ボトムロール４）によって材料片Ｘを金型２に対して押し付けることで材料片Ｘの成形を行うものである。
そして、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、図１に示すように、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、ベース１と、金型２と、金型回動機構３と、ボトムロール４（ロール）と、トップロール５と、支持枠体６と、スライド機構７と、上部ブロック８と、油圧装置９と、制御装置１０とを備えている。
【００２１】
ベース１は、中央部に金型２、金型回動機構３を収容する窪み１ａを備えている。この窪み１ａは、上方から見て円形に形状設定されている。また、ベース１において、窪み１ａを囲う上面１ｂは、ボトムロール４の受面として機能する。
【００２２】
金型２は、上面２ｂがボトムロール４の受面とされてベース１の上面１ｂと面一となるように窪み１ａに収容されている。
金型２は、材料片Ｘを目的形状に成形するための成形溝部２ａ（主溝部）を備えている。この成形溝部２ａは、金型２の上面２ｂに露出して形成されている。
そして、当該成形溝部２ａに材料片Ｘが押し付けられて充填されることにより材料片Ｘが成形される。
【００２３】
図２は、金型２の上面図である。この図に示すように、ベース１の窪み１ａに合わせて平面視形状が円形とされている。そして、金型２は、成形溝部２ａの外側であって、成形溝部２ａを囲う四角形の頂点部分に相当する各々の位置に、位置規制溝部２ｃ（位置規制部）を備えている。
これらの位置規制溝部２ｃは、材料片Ｘが金型２とボトムロール４と間で変形する際に、成形溝部２ａの外側の材料片Ｘの一部を係止することによって材料片Ｘの移動を封じて位置規制するものである。
このような位置規制溝部２ｃを設けることにより、成形中の材料片Ｘの位置ズレを防止することが可能となる。
【００２４】
なお、位置規制溝部２ｃは、必ずしも成形溝部２ａを囲う四角形の頂点部分に相当する各々の位置に形成されている必要はなく、成形溝部２ａの外側に適切な数だけ配置すれば良い。
また、金型２の成形溝部２ａの周囲がボトムロール４の受面よりも下方に削られている場合には、当該受面よりも上方に突出しない高さで突出部を設け、当該突出部を位置規制溝部２ｃの代わりとすることも可能である。
【００２５】
また、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１においては、金型２は、複数のボルト１１によって、金型回動機構３のターンテーブル３ａに対して締結されており、ボルト１１を取り外すことによって容易に脱離可能に構成されている。
なお、図１には、１つの金型２しか図示していないが、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、同様に金型回動機構３のターンテーブル３ａに対して締結可能とされた金型２を複数備えている。これらの複数の金型２は、成形溝部２ａの形状が各々異なっている。そして、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、各金型２において材料片Ｘを当該金型２の目的形状に成形し、単一の材料片Ｘに対して複数の金型２を用いて徐々に成形を進めることによって、材料片Ｘを最終的な目的形状まで成形する。
後に説明する実験結果からすると、これらの複数の金型２の成形溝部２ａの深さは、単一の材料片Ｘに対して用いられる順番に浅くなることが好ましい。つまり、成形溝部２ａの深さが異なる複数の金型２を用いて材料片Ｘを成形する場合には、成形溝部２ａの深さが深い順に金型２を用いることが好ましい。
【００２６】
金型回動機構３は、金型２をボトムロール４及びトップロール５に対して回動させるためのものであり、図１に示すように、金型２が締結されて固定されるターンテーブル３ａと、このターンテーブル３ａを回動するためのサーボモータ３ｂとを備えている。
そして、ターンテーブル３ａの下面とベース１との間には、ターンテーブル３ａ及びベース１の少なくともいずれかに対して摺動可能とされた弾性体１２が介挿されている。この弾性体１２の弾性率は、ボトムロール４によって金型２が押圧された際に、金型２の上面２ｂがベース１の上面１ｂと面一となるように設定されている。
なお、サーボモータ３ｂは、クッション材等を介することによって、ベース１に対して上下動可能に支持されている。これによって、ボトムロール４によって金型２が押圧された際であっても、サーボモータ３ｂに荷重が掛かることを防止している。
【００２７】
ボトムロール４は、ベース１あるいは金型２と当接し、ベース１の上面１ｂあるいは金型２の上面２ｂを受面として転がり可能に配置されている。そして、ボトムロール４は、材料片Ｘを金型２に対して押し付けることによって材料片Ｘの成形を行う。
トップロール５は、ボトムロール４の上方に当該ボトムロール４と当接して配置されている。このトップロール５は、ボトムロール４と同様の円柱形状を有しており、回動軸がボトムロール４の回動軸に対して平行かつ鉛直方向に離間して配置されている。そして、トップロール５は、上部が上部ブロック８の下面８ａと当接しており、上部ブロック８とボトムロール４との間で回動することによって、ボトムロール４を回動移動可能としている。
【００２８】
支持枠体６は、ボトムロール４及びトップロール５を一体的に軸支するものであり、スライド機構７と接続されている。
【００２９】
スライド機構７は、支持枠体６を押し引きすることによって、ボトムロール４を回動移動させるものである。
例えば、図１の配置関係であれば、スライド機構７が支持枠体６を押すことによってボトムロール４が回動しながら紙面右側に向けて移動し、スライド機構７が支持枠体６を引くことによってボトムロール４が回動しながら紙面左側に向けて移動する。
【００３０】
上部ブロック８は、トップロール５の上方に配置されており、下面８ａがベース１の上面１ｂ及び金型２の上面２ｂと平行とされている。そして、当該上部ブロック８には、上面側から油圧装置９が接続されている。
【００３１】
油圧装置９は、上方から上部ブロック８を押圧することによって、上部ブロック８及びトップロール５を介してボトムロール４に対して荷重を掛ける（すなわちボトムロール４を加重する）ものである。
【００３２】
制御装置１０は、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１の動作全体を制御するものであり、金型回動機構３、スライド機構７及び油圧装置９、さらには必要に応じて外部機器に対して電気的に接続されている。
そして、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１において、制御装置１０は、油圧装置９を制御することによって、金型２上に載置された材料片Ｘ上のいずれかの位置を加重開始点となるようにボトムロール４に対して荷重を掛ける。
つまり、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１においては、本発明の押付機構が、油圧装置９及び制御装置１０によって構成されている。
【００３３】
次に、このように構成された本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１の動作（プレスロール鍛造方法）について説明する。
【００３４】
金型２上に材料片Ｘが載置されると、制御装置１０は、ボトムロール４に対して油圧装置９からの荷重を掛けない状態で、スライド機構７を用いてボトムロール４を材料片Ｘ上まで移動する。
なお、制御装置１０は、操作者からの指令や、必要に応じて配置されるセンサによって、材料片Ｘの有無や、ボトムロール４の位置を検出する。
【００３５】
そして、制御装置１０は、ボトムロール４を材料片Ｘ上まで移動した後に、油圧装置９によってボトムロール４に荷重を掛ける。つまり、制御装置１０は、材料片Ｘ上を加重開始点としてボトムロール４を材料片Ｘに対して押し付ける。
続いて、制御装置１０は、スライド機構７を用いてボトムロール４を移動し、材料片Ｘの全体を金型２に対して押し付ける。
その後、制御装置１０は、油圧装置９を制御することによってボトムロール４に掛けられた荷重を抜き、さらにスライド機構７を制御することによってボトムロール４を金型２の上面２ｂからベース１の上面１ｂまで退避する。
【００３６】
このようなボトムロール４がベース１の上面１ｂまで退避すると、制御装置１０は、金型回動機構３を用いて金型２を水平面内において所定角度（例えば９０°）回動し、再びボトムロール４を材料片Ｘ上に移動して荷重を掛けて材料片Ｘを金型２に対して押し付けて移動する。
【００３７】
そして、制御装置１０は、金型２の回動と材料片Ｘの金型２への押し付けを必要回数繰り返すことによって、材料片Ｘに対してボトムロール４を押し当てて移動する動作を、材料片Ｘに対して異なる複数の方向から行う。
このように、材料片Ｘに対してボトムロール４を押し当てて移動する動作を、材料片Ｘに対して異なる複数の方向から行うことによって、材料片Ｘを金型２の成形溝部２ａに対して確実に充填し、材料片Ｘの成形精度を向上することができる
【００３８】
なお、材料片Ｘを複数の金型２を用いて成形する場合には、制御装置１０は、ボトムロール４を金型２の上面２ｂからベース１の上面１ｂまで退避させ、作業者による金型２の取替え作業の完了を待った後、再び、上記動作を繰り返す。
【００３９】
上述のように、従来においては、ボトムロール４に相当するロールが材料片に到達する以前から、ロールに対して荷重を掛けた状態として、この荷重が掛けられたロールを材料片に対して押し当てていため、材料片を把持する必要があった。
これに対して、このような本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法によれば、材料片Ｘを金型２上に載置し、金型２上に載置された材料片Ｘ上のいずれかの位置を加重開始点としてボトムロール４を材料片Ｘに対して押し付ける。
つまり、ボトムロール４を材料片Ｘ上に移動するまでの間は、ボトムロール４に荷重が掛けられていないため、ボトムロール４は容易に材料片Ｘ上まで移動することができる。
このため、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法によれば、材料片Ｘを把持する必要がなくなる。よって、従来廃棄されていた把持する部位を材料片Ｘに対して設ける必要がなくなり、材料片Ｘに必要となる材料の量を減少させることができる。
したがって、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法によれば、材料片を小型化して廃棄される材料を減少することができる。
【００４０】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４１】
また、上記実施形態においては、金型を用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、金属以外の材料からなる型を金型の換わりに用いても良い。
【００４２】
また、上記実施形態においては、金型回動機構３を用いて金型２を回動する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、金型２を固定してボトムロール４及びトップロール５を回動させるようにしても良い。
【００４３】
また、上記実施形態においては、板状の金型２を用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ロール形状の金型を用いることも可能である。
【００４４】
以下に上記実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法に関連する実験例について説明する。なお、以下の説明においては、材料片Ｘをロールにて押圧することを圧延と称する場合がある。
【００４５】
（実験例１）
本実験では、材料片Ｘを板状とし、その板厚の変化による影響について調べた。
表１に、本実験例における実験条件を示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
また、図３に本実験例において用いた金型を示す。なお、（ａ）が斜視図、（ｂ）が断面図である。この図に示すように、本実験例では、平面視形状が矩形で、成形溝部が一直線に金型の端から端まで形成された金型を用いた。
【００４８】
そして、図４に示す成形後の材料片の各箇所の値を測定した。なお、（ａ）が成形後の材料片の平面図、（ｂ）が（ａ）の左右方向から見た成形後の材料片の側面図である。また、充填率（％）を、下式により求めた。
充填率（％）＝充填深さ（ｍｍ）／形状深さ（ｍｍ）×１００
【００４９】
また、表２に示す測定パラメータも求めた。
【００５０】
【表２】
【００５１】
図５（ａ）は、本実験例から得られた板厚とひけ幅との関係、及び、板厚と充填率との関係をプロットしたグラフである。
また、図５（ｂ）は、本実験例から得られた板厚と伸び率（中央伸び率及びエッジ部伸び率）との関係をプロットしたグラフである。
【００５２】
図５から分かるように、本実験例においては、板厚が増加するに伴い、ひけ幅が減少し、同時に充填率が高くなることが確認された。
ここで、本実験例では、板厚の変化に関わらずパススケジュールが同じであるため、板厚の増加に伴って初期圧下量が増加して変形量が多くなっている。
つまり、変形量が多いほど、ひけが発生しにくいと考えられる。
【００５３】
また、長さの伸び率も、板厚が厚いほど高い結果となっている。これは、板厚が厚い程、初期圧下により変形する量が多くなるため、その分圧延させる量が増し、圧延方向に伸び長くなったためと言える。
また、中央部とエッジ部との伸び率の違いは、各々のリダクションの違いからであると考えられる。
【００５４】
（実験例２）
実験例１から初期板厚が大きい方が、充填率が高いという結果が得られたが、本実験例では、さらに板幅も変化させて行った。
表３に本実験例における実験条件を示す。「○」で示された条件が実験を行ったものである。
【００５５】
【表３】
【００５６】
また、各実験条件における歩留まりを表４に示す。
【００５７】
【表４】
【００５８】
なお、本実験例におけるパススケジュール（最終目的形状に到達するまでの圧延工程）は、１パス目（第１回目の圧延工程）で板厚を１．３ｍｍとし、２パス目（第２回目の圧延工程）、３パス目（第３回目の圧延工程）で板厚をそれぞれ０．６ｍｍ，０．３ｍｍとした。ただし、板厚が３．６ｍｍ、板幅３０ｍｍの実験条件のものについては、一度の圧延で板厚を１．３ｍｍにすることができなかったため、圧延を２回に分けて行った。また、１パス後及び２パス後において圧延荷重を減らすために、バリ部（図４参照）をファインカッターで切落した。
【００５９】
そして、図６（ａ）は、材料片が成形溝部のエッジ部に達しているかに基づいて充填の評価を行った結果を示す表であり、図６（ｂ）は、ひけによる板厚の減少が最大０．０５ｍｍ以下のものを「○」、０．１ｍｍまでのものを「△」、それ以上のものを「×」として評価を行った結果を示す表である。
【００６０】
図６（ｂ）において、２．８ｍｍ×３０ｍｍ、３．２ｍｍ×３０ｍｍ、３．４ｍｍ×３０ｍｍにおいてエッジ部まで材料が広がらなかったのは、材料の置き方に問題があったためだと考えられる。より小さな板幅でエッジ部まで材料が広がるようにするには、材料の曲がりを考慮した置き方をする、あるいは、ガイドを設ける等の対策が考えられる。
３．６ｍｍ×３０ｍｍにおいては、エッジ部における成形性が悪かったが、これは材料の伸びによって、エッジ部に材料が充填されなかったためと考えられる。
【００６１】
板厚３．４ｍｍ，３．６ｍｍに関しては、１パスで完全に充填していたが、３パス目ではひけが発生してしまった。これは、１パス目の圧下量が板厚３．４ｍｍでは２．１ｍｍ，板厚３．６ｍｍでは２．３ｍｍであり、一方で成形溝部の最も深い箇所の深さが２．１であることによると考えられる。また、それ以下の板厚においても合計の圧下量は２．１ｍｍを超えているが、圧延を複数回に分けることによりひけが発生してしまったと考えられる。また、１パス目や２パス目で充填していても、圧下量の小さい３パス目ではひけてしまう。以上のことから、充填により大きな影響を与える因子は初期板厚よりも圧下量であると考えられる。
したがって、最後のパスで完全に充填しているようにする方法としては、以下のことが考えられる。
（１）材料片の全てが最初から成形溝部の中に入り込むようにし、実質的な圧下量を大きくする。
（２）圧下量の小さい最終パスにおいてはむしろ厚肉部の板厚は減少する。そのため、２パス目で最終形状よりも深く充填しているようにする。
【００６２】
本実験例において、全ての材料片で１パス目ではそりが発生した。また、最終パス後の材料片でも、バリ部のないものはそりが大きい。そもそも、材料片が反ってくるのは、材料片における上下の伸びの差によるものだと考えられる。一方、バリ部はボトムロール面側にしか発生しないため、そりを抑制する作用があると考えられる。そのため、初期材料片は最終パスである程度のバリ部が発生するだけの板幅が必要であると考えられる。
【００６３】
（実験例３）
本実験例では、肩部（成形溝部を囲う領域）が、図７（ａ）に示すようなフラットである金型（フラット金型）と、図７（ｂ）に示すような傾斜を有する金型（傾斜金型）とで、成形時の荷重がどのように違うかの検証を行った。
また、同時にこれらの金型が「ひけ」や板厚分布等、材料片にどのような影響を及ぼすのか比較を行った。なお、金型の形状が複雑である場合には、材料片に対する影響が顕著とならない可能性があるため、金型の幅方向断面形状は常に一定とした。
本実験例における実験条件について表５に示す。
【００６４】
【表５】
【００６５】
また、フラット金型と傾斜金型を用いて、各々板幅２６，２８，３０でＦＥＭ解析を行い、金型の荷重の比較を行った。表６に解析条件を示す。
【００６６】
【表６】
【００６７】
図８は、本実験例によって得られた結果を示すグラフであり、材料片の板幅と荷重との関係を示すグラフである。
これらの結果から、傾斜金型はフラット金型と比べ荷重が半分程度になっているのか確認できる。しかし、解析値ではわずかに傾斜金型の方が低い荷重であったが、あまり荷重の違いは見られなかった。
フラット金型に関して、実験値と解析値がほぼ一致しているのが確認できるが、板幅が増しバリ部が多く発生する板幅であると実験値の荷重が解析値を１ｔ近く上回ってしまった。一方、傾斜金型に関しては、ほとんど一致しなかった。
【００６８】
（実験例４）
実験例１及び実験例２においては、材料片の板幅及び板厚による充填への影響を調査したが、本実験例では板幅による幅広がりの影響を調査する。なお、本実験例では、圧延を行った際の板幅変化を初期の板幅ごとに計測した。
本実験例において用いた材料片は、板厚が２．８ｍｍであり、板長が４０ｍｍであり、初期板幅が２２ｍｍ，２４ｍｍ，２６ｍｍ，２８ｍｍ，３０ｍｍ，３２ｍｍのものである。また、本実験例におけるパススケジュールは、１パス、１．３ｍｍとした。
【００６９】
各材料片について、長手方向中央部をファインカッターで切断し、断面積を測定した。また、本実験例では、幅広がりが全くなかった場合との断面積の差を用いて幅広がりの評価を行った。
初期板幅ごとに断面積の変化をとったグラフを図９（ａ）に示し、初期板幅ごとに幅広がりをとったグラフを図９（ｂ）に示す。
【００７０】
図９（ｂ）に示すように、初期板幅が大きいほうが幅広がりが大きいことがわかる。
この原因について考える。通常、圧延において幅方向に伸びることはなく、圧下した分は全て材料の伸びになる。しかし、プレスロールにおいては、場所によってリダクションが異なるため、伸び率も場所によって異なる。さらに、材料自体による拘束があるため、場所によっては本来の伸び率ほど伸びることができない。そのため、伸びられなかった分が幅方向に広がると考えられる。
また、初期板幅が小さいときは、金型の中央部に乗るためリダクションが場所によってあまり変わらないが、初期板幅が大きいときは材料が成形溝部のエッジ部にまでのるため、リダクションの差が大きい。これによって板幅が小さいときは幅方向に広がらず、板幅が大きいとき幅方向に大きく広がるのだと考えられる。
【００７１】
（実験例５）
既存の通常圧延では、歩留まり５０％の実現は困難である。そこで、更なる歩留まり向上のため、クロスローリング（異なる方向から複数回圧延する方法）を採用することが考えられる。しかしながら、この方法には、リダクションの大きな部分を一度に圧延するため荷重が大きくなりすぎるという欠点がある。
そこで、クロスローリングの際の荷重を低減するため、通常圧延によってエッジ部をあらかじめ薄くしておくという工程を考えると、１パス目（通常圧延）→２パス目（クロス圧延）→３パス目（通常圧延）となる。
なお、通常圧延とは成形溝部の延在方向に沿って圧延することを意味し、クロス圧延とは通常圧延と直交する方向に圧延することを意味している。
表７に本実験例のパススケジュールを示す。また、本実験例における材料片の寸法は、板厚２．８ｍｍ、板幅２２ｍｍ、板長３５ｍｍとした。また、本実験例における歩留まりは７４．５％であった。
【００７２】
【表７】
【００７３】
実験の結果、表７に示す条件１及び条件２において、充填について極めて良好な結果が得られた。さらに条件１及び条件２のいては、極端に多くのバリ部も発生しておらず、条件２についてはエッジ部まで材料がいきわたっていることが確認できた。
また、過去の実験ではクロス圧延で６０％のリダクションをかける際には荷重が大きすぎて複数回圧延しなければならなかった。これに対して、本実験例では荷重を測定することはできていないものの、２パス目のクロス圧延を一度に行うことができた。よって、この工程を用いることでクロス圧延時の荷重を減らせることがわかった。
【００７４】
なお、表８に示すパススケジュールによる実験も行ったが、充填について良好な結果は得られなかった。
【００７５】
【表８】
【００７６】
（実験例６）
次に、図１０〜１２に示す３種の金型を用いて圧延を行った実験結果について説明する。
【００７７】
図１０に示す金型（以下、第１金型）は、１パス目においてできるだけ深くまで充填させることを目的として、金型の成形溝部の深さを深くした。具体的には、第１金型の成形溝部の形状は、材料片の最終目的形状を厚さ方向に１．２倍し、その上部を０．３ｍｍ切り取った形状とした。さらに、２パス目以降でくびれ部分がより充填するように、１パス目の金型ではくびれ部分を設けず、ふたつの一様断面部分の断面をなめらかにつないだ形状とした。また、成形溝部は金型の端まで延長している。
また、第１金型の肩部は、２０°の傾斜を設けた。さらに両側に平坦部を設けた。この平坦部は第１金型の平坦部に挟まれた領域の最も高い部分と同じ高さになっており、実験の際にボトムロールと金型のギャップを測るのに利用した。
【００７８】
図１１に示す金型（以下、第２金型）の成形溝部の形状は、最終目的形状を厚さ方向に１．１倍し、その上部を０．３ｍｍ切り取った形状とした。また、第１金型と同様に、肩部に２０°の傾斜を設け、両側に平坦部を設けた。
また、第２金型では、最終的な製品として用いられることとなる領域を形作る領域を避ける形で成形溝部の底部に突起を設けた。この突起の幅は５ｍｍとし、径５ｍｍのオーバル型とし、０．５ｍｍのフィレット取った。突起の高さは、平坦部に挟まれた領域の最も高い部分から１ｍｍ厚さ方向に下げた高さとした。また、突起は、最終的な製品として用いられることとなる領域を形作る領域に対して１ｍｍ離して形成している。
【００７９】
図１２に示す金型（以下、第３金型）の成形溝部の形状は、最終目的形状を厚さを変えることなく、その上部を０．３ｍｍ切り取った形状とした。また、第１金型及び第２金型と同様に、肩部に２０°の傾斜を設けた。また、枠状の平坦部を設け、材料片に形成されるバリ部の厚さが０．３ｍｍとなるように、当該平坦部の高さは、平坦部に囲われた領域の最も高い部分よりも０．３ｍｍ高く設定されている。また、第２金型と同様の突起を形成している。
【００８０】
そして、表９で示す条件で圧延を行った。なお、本実験例における材料片の寸法は、板厚２．８ｍｍ、板幅２２ｍｍ、板長３５ｍｍとした。
【００８１】
【表９】
【００８２】
実験１では、成形後の材料片の中央部にひけが発生し、また通常圧延のため材料片が幅方向にあまり伸びないので板幅を短くすることができず、歩留りが５５．２％となってしまった。
クロス圧延を取り入れた実験２，３，４では歩留りが大きく向上し、バリ部厚の変形量や板幅を変えることにより充填良好となった。さらに、工程数を２パスに省略した実験５，６では成形後の材料片の上部がフラットではないが、充填良好かつ高い歩留りの高い結果を得た。
【符号の説明】
【００８３】
Ｓ１……プレスロール鍛造装置（プレスロール成形装置）、１……ベース、１ａ……窪み、１ｂ……上面、２……金型、２ａ……成形溝部（主溝部）、２ｂ……上面、２ｃ……位置規制溝部（位置規制部）、３……金型回動機構、３ａ……ターンテーブル、３ｂ……サーボモータ、４……ボトムロール（ロール）、５……トップロール、６……支持枠体、７……スライド機構、８……上部ブロック、８ａ……下面、９……油圧装置、１０……制御装置、１１……ボトル、１２……弾性体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレスロール成形装置及びプレスロール成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、方形あるいは円形の金型上に載置された材料片に対してロールを押し付けて移動することによって、当該材料片を成形するプレスロール成形装置が広く用いられている。
例えば、ジェットエンジンの圧縮機に用いられる静翼の多くは、プレスロール成形装置の一種でありかつ成形と同時に鍛造を行うプレスロール鍛造装置によって製造されている（特許文献１及び２）。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２に開示されたプレスロール鍛造装置では、ロールと共に当該ロールに荷重をかける油圧装置等が一体として移動可能とされており、金型の手前側において把持されて支持される材料片をロールの移動に伴って金型に対して押し付けることによって材料片の成形を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４４８３１６８号明細書
【特許文献２】米国特許第５６００９９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、材料片を成形する際に把持する部位等は金型によって成形されないため、部品の一部として使用することはできない。つまり、単一の材料片において、製品として使用される部位は一部分である。
このため、従来においては、プレスロール鍛造装置で成形された材料片は、必要な部位のみを切り出される。そして、材料片の把持される部位を含むその他の部品に使用された部位は、必要な部位が切り出された後に廃棄されることとなる。
つまり、従来のプレスロール鍛造装置においては、材料片のうち部品に必要とされる部位が一部であり、その他の部位が廃棄されるため、材料の無駄が非常に多かった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、プレスロール成形装置及びプレスロール成形方法において、材料片を小型化して廃棄される材料を減少することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００８】
第１の発明は、金型を備え、ロールによって材料片を当該金型に対して押し付けることで上記材料片の成形を行うプレスロール成形装置であって、上記金型上に載置された材料片上のいずれかの位置を加重開始点として上記ロールを上記材料片に対して押し付ける押付機構を備えるという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記金型を上記ロールに対して回動する金型回動機構を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、単一の上記材料片に対して用いられる複数の上記金型を有し、上記金型の成形溝部の深さが、用いられる順番に浅くなるという構成を採用する。
【００１１】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記金型が、上記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて上記材料片を位置規制する位置規制部とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第５の発明は、ロールによって材料片を金型に対して押し付けることで上記材料片の成形を行うプレスロール成形方法であって、上記材料片を上記金型上に載置し、上記金型上に載置された上記材料片上のいずれかの位置を加重開始点として上記ロールを上記材料片に対して押し付けるという構成を採用する。
【００１３】
第６の発明は、上記第５の発明において、上記材料片に対して異なる複数方向から上記ロールを押し当てて移動するという構成を採用する。
【００１４】
第７の発明は、上記第５または第６の発明において、成形溝部の深さが異なる複数の上記金型を用いて単一の上記材料片を成形し、上記成形溝部が深い順に上記金型を用いるという構成を採用する。
【００１５】
第８の発明は、上記第５〜第７いずれかの発明において、上記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて上記材料片を位置規制する位置規制部とを備える上記金型を用いるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１６】
従来においては、ロールが材料片に到達する以前から、ロールに対して荷重を掛けた状態として、この荷重が掛けられたロールを材料片に対して押し当てている。つまり、ロールに加重する開始点（加重開始点）が材料片の外側に設定されている。
ロールに対して加重が掛かるとロールと金型とが密着した状態となるため、材料片を把持して支持していない場合には、ロールと金型との間に入り込み難くなる。このため、従来においては、材料片を必ず把持する必要があった。
【００１７】
これに対して、本発明によれば、材料片を金型上に載置し、金型上に載置された材料片上のいずれかの位置を加重開始点としてロールを材料片に対して押し付ける。
つまり、ロールを材料片上に移動するまでの間は、ロールに荷重が掛けられていないため、ロールは容易に材料片上まで移動することができる。
このため、本発明によれば、材料片を把持する必要がなくなる。よって、従来廃棄されていた把持する部位を材料片に対して設ける必要がなくなり、材料片に必要となる材料の量を減少させることができる。
したがって、本発明によれば、材料片を小型化して廃棄される材料を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態におけるプレスロール鍛造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるプレスロール鍛造装置が備える金型の上面図である。
【図３】本発明に関連する実験例１において用いた金型の形状を示す図である。
【図４】本発明に関連する実験例１で成形された材料片を示す模式図である。
【図５】本発明に関連する実験例１の実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明に関連する実験例２の実験結果を示す表である。
【図７】本発明に関連する実験例３において用いた金型の断面図である。
【図８】本発明に関連する実験例３の実験結果を示すグラフである。
【図９】本発明に関連する実験例４の実験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に関連する実験例６において用いた第１金型の外観図である。
【図１１】本発明に関連する実験例６において用いた第２金型の外観図である。
【図１２】本発明に関連する実験例６において用いた第３金型の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係るプレスロール成形装置及びプレスロール成形方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、本発明のプレスロール成形装置の一例としてプレスロール鍛造装置を挙げて説明し、本発明のプレスロール成形方法の一例としてプレスロール鍛造方法を挙げて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１の概略構成図である。
本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、ロール（ボトムロール４）によって材料片Ｘを金型２に対して押し付けることで材料片Ｘの成形を行うものである。
そして、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、図１に示すように、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、ベース１と、金型２と、金型回動機構３と、ボトムロール４（ロール）と、トップロール５と、支持枠体６と、スライド機構７と、上部ブロック８と、油圧装置９と、制御装置１０とを備えている。
【００２１】
ベース１は、中央部に金型２、金型回動機構３を収容する窪み１ａを備えている。この窪み１ａは、上方から見て円形に形状設定されている。また、ベース１において、窪み１ａを囲う上面１ｂは、ボトムロール４の受面として機能する。
【００２２】
金型２は、上面２ｂがボトムロール４の受面とされてベース１の上面１ｂと面一となるように窪み１ａに収容されている。
金型２は、材料片Ｘを目的形状に成形するための成形溝部２ａ（主溝部）を備えている。この成形溝部２ａは、金型２の上面２ｂに露出して形成されている。
そして、当該成形溝部２ａに材料片Ｘが押し付けられて充填されることにより材料片Ｘが成形される。
【００２３】
図２は、金型２の上面図である。この図に示すように、ベース１の窪み１ａに合わせて平面視形状が円形とされている。そして、金型２は、成形溝部２ａの外側であって、成形溝部２ａを囲う四角形の頂点部分に相当する各々の位置に、位置規制溝部２ｃ（位置規制部）を備えている。
これらの位置規制溝部２ｃは、材料片Ｘが金型２とボトムロール４と間で変形する際に、成形溝部２ａの外側の材料片Ｘの一部を係止することによって材料片Ｘの移動を封じて位置規制するものである。
このような位置規制溝部２ｃを設けることにより、成形中の材料片Ｘの位置ズレを防止することが可能となる。
【００２４】
なお、位置規制溝部２ｃは、必ずしも成形溝部２ａを囲う四角形の頂点部分に相当する各々の位置に形成されている必要はなく、成形溝部２ａの外側に適切な数だけ配置すれば良い。
また、金型２の成形溝部２ａの周囲がボトムロール４の受面よりも下方に削られている場合には、当該受面よりも上方に突出しない高さで突出部を設け、当該突出部を位置規制溝部２ｃの代わりとすることも可能である。
【００２５】
また、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１においては、金型２は、複数のボルト１１によって、金型回動機構３のターンテーブル３ａに対して締結されており、ボルト１１を取り外すことによって容易に脱離可能に構成されている。
なお、図１には、１つの金型２しか図示していないが、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、同様に金型回動機構３のターンテーブル３ａに対して締結可能とされた金型２を複数備えている。これらの複数の金型２は、成形溝部２ａの形状が各々異なっている。そして、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１は、各金型２において材料片Ｘを当該金型２の目的形状に成形し、単一の材料片Ｘに対して複数の金型２を用いて徐々に成形を進めることによって、材料片Ｘを最終的な目的形状まで成形する。
後に説明する実験結果からすると、これらの複数の金型２の成形溝部２ａの深さは、単一の材料片Ｘに対して用いられる順番に浅くなることが好ましい。つまり、成形溝部２ａの深さが異なる複数の金型２を用いて材料片Ｘを成形する場合には、成形溝部２ａの深さが深い順に金型２を用いることが好ましい。
【００２６】
金型回動機構３は、金型２をボトムロール４及びトップロール５に対して回動させるためのものであり、図１に示すように、金型２が締結されて固定されるターンテーブル３ａと、このターンテーブル３ａを回動するためのサーボモータ３ｂとを備えている。
そして、ターンテーブル３ａの下面とベース１との間には、ターンテーブル３ａ及びベース１の少なくともいずれかに対して摺動可能とされた弾性体１２が介挿されている。この弾性体１２の弾性率は、ボトムロール４によって金型２が押圧された際に、金型２の上面２ｂがベース１の上面１ｂと面一となるように設定されている。
なお、サーボモータ３ｂは、クッション材等を介することによって、ベース１に対して上下動可能に支持されている。これによって、ボトムロール４によって金型２が押圧された際であっても、サーボモータ３ｂに荷重が掛かることを防止している。
【００２７】
ボトムロール４は、ベース１あるいは金型２と当接し、ベース１の上面１ｂあるいは金型２の上面２ｂを受面として転がり可能に配置されている。そして、ボトムロール４は、材料片Ｘを金型２に対して押し付けることによって材料片Ｘの成形を行う。
トップロール５は、ボトムロール４の上方に当該ボトムロール４と当接して配置されている。このトップロール５は、ボトムロール４と同様の円柱形状を有しており、回動軸がボトムロール４の回動軸に対して平行かつ鉛直方向に離間して配置されている。そして、トップロール５は、上部が上部ブロック８の下面８ａと当接しており、上部ブロック８とボトムロール４との間で回動することによって、ボトムロール４を回動移動可能としている。
【００２８】
支持枠体６は、ボトムロール４及びトップロール５を一体的に軸支するものであり、スライド機構７と接続されている。
【００２９】
スライド機構７は、支持枠体６を押し引きすることによって、ボトムロール４を回動移動させるものである。
例えば、図１の配置関係であれば、スライド機構７が支持枠体６を押すことによってボトムロール４が回動しながら紙面右側に向けて移動し、スライド機構７が支持枠体６を引くことによってボトムロール４が回動しながら紙面左側に向けて移動する。
【００３０】
上部ブロック８は、トップロール５の上方に配置されており、下面８ａがベース１の上面１ｂ及び金型２の上面２ｂと平行とされている。そして、当該上部ブロック８には、上面側から油圧装置９が接続されている。
【００３１】
油圧装置９は、上方から上部ブロック８を押圧することによって、上部ブロック８及びトップロール５を介してボトムロール４に対して荷重を掛ける（すなわちボトムロール４を加重する）ものである。
【００３２】
制御装置１０は、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１の動作全体を制御するものであり、金型回動機構３、スライド機構７及び油圧装置９、さらには必要に応じて外部機器に対して電気的に接続されている。
そして、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１において、制御装置１０は、油圧装置９を制御することによって、金型２上に載置された材料片Ｘ上のいずれかの位置を加重開始点となるようにボトムロール４に対して荷重を掛ける。
つまり、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１においては、本発明の押付機構が、油圧装置９及び制御装置１０によって構成されている。
【００３３】
次に、このように構成された本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１の動作（プレスロール鍛造方法）について説明する。
【００３４】
金型２上に材料片Ｘが載置されると、制御装置１０は、ボトムロール４に対して油圧装置９からの荷重を掛けない状態で、スライド機構７を用いてボトムロール４を材料片Ｘ上まで移動する。
なお、制御装置１０は、操作者からの指令や、必要に応じて配置されるセンサによって、材料片Ｘの有無や、ボトムロール４の位置を検出する。
【００３５】
そして、制御装置１０は、ボトムロール４を材料片Ｘ上まで移動した後に、油圧装置９によってボトムロール４に荷重を掛ける。つまり、制御装置１０は、材料片Ｘ上を加重開始点としてボトムロール４を材料片Ｘに対して押し付ける。
続いて、制御装置１０は、スライド機構７を用いてボトムロール４を移動し、材料片Ｘの全体を金型２に対して押し付ける。
その後、制御装置１０は、油圧装置９を制御することによってボトムロール４に掛けられた荷重を抜き、さらにスライド機構７を制御することによってボトムロール４を金型２の上面２ｂからベース１の上面１ｂまで退避する。
【００３６】
このようなボトムロール４がベース１の上面１ｂまで退避すると、制御装置１０は、金型回動機構３を用いて金型２を水平面内において所定角度（例えば９０°）回動し、再びボトムロール４を材料片Ｘ上に移動して荷重を掛けて材料片Ｘを金型２に対して押し付けて移動する。
【００３７】
そして、制御装置１０は、金型２の回動と材料片Ｘの金型２への押し付けを必要回数繰り返すことによって、材料片Ｘに対してボトムロール４を押し当てて移動する動作を、材料片Ｘに対して異なる複数の方向から行う。
このように、材料片Ｘに対してボトムロール４を押し当てて移動する動作を、材料片Ｘに対して異なる複数の方向から行うことによって、材料片Ｘを金型２の成形溝部２ａに対して確実に充填し、材料片Ｘの成形精度を向上することができる
【００３８】
なお、材料片Ｘを複数の金型２を用いて成形する場合には、制御装置１０は、ボトムロール４を金型２の上面２ｂからベース１の上面１ｂまで退避させ、作業者による金型２の取替え作業の完了を待った後、再び、上記動作を繰り返す。
【００３９】
上述のように、従来においては、ボトムロール４に相当するロールが材料片に到達する以前から、ロールに対して荷重を掛けた状態として、この荷重が掛けられたロールを材料片に対して押し当てていため、材料片を把持する必要があった。
これに対して、このような本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法によれば、材料片Ｘを金型２上に載置し、金型２上に載置された材料片Ｘ上のいずれかの位置を加重開始点としてボトムロール４を材料片Ｘに対して押し付ける。
つまり、ボトムロール４を材料片Ｘ上に移動するまでの間は、ボトムロール４に荷重が掛けられていないため、ボトムロール４は容易に材料片Ｘ上まで移動することができる。
このため、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法によれば、材料片Ｘを把持する必要がなくなる。よって、従来廃棄されていた把持する部位を材料片Ｘに対して設ける必要がなくなり、材料片Ｘに必要となる材料の量を減少させることができる。
したがって、本実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法によれば、材料片を小型化して廃棄される材料を減少することができる。
【００４０】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４１】
また、上記実施形態においては、金型を用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、金属以外の材料からなる型を金型の換わりに用いても良い。
【００４２】
また、上記実施形態においては、金型回動機構３を用いて金型２を回動する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、金型２を固定してボトムロール４及びトップロール５を回動させるようにしても良い。
【００４３】
また、上記実施形態においては、板状の金型２を用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ロール形状の金型を用いることも可能である。
【００４４】
以下に上記実施形態のプレスロール鍛造装置Ｓ１及びプレスロール鍛造方法に関連する実験例について説明する。なお、以下の説明においては、材料片Ｘをロールにて押圧することを圧延と称する場合がある。
【００４５】
（実験例１）
本実験では、材料片Ｘを板状とし、その板厚の変化による影響について調べた。
表１に、本実験例における実験条件を示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
また、図３に本実験例において用いた金型を示す。なお、（ａ）が斜視図、（ｂ）が断面図である。この図に示すように、本実験例では、平面視形状が矩形で、成形溝部が一直線に金型の端から端まで形成された金型を用いた。
【００４８】
そして、図４に示す成形後の材料片の各箇所の値を測定した。なお、（ａ）が成形後の材料片の平面図、（ｂ）が（ａ）の左右方向から見た成形後の材料片の側面図である。また、充填率（％）を、下式により求めた。
充填率（％）＝充填深さ（ｍｍ）／形状深さ（ｍｍ）×１００
【００４９】
また、表２に示す測定パラメータも求めた。
【００５０】
【表２】
【００５１】
図５（ａ）は、本実験例から得られた板厚とひけ幅との関係、及び、板厚と充填率との関係をプロットしたグラフである。
また、図５（ｂ）は、本実験例から得られた板厚と伸び率（中央伸び率及びエッジ部伸び率）との関係をプロットしたグラフである。
【００５２】
図５から分かるように、本実験例においては、板厚が増加するに伴い、ひけ幅が減少し、同時に充填率が高くなることが確認された。
ここで、本実験例では、板厚の変化に関わらずパススケジュールが同じであるため、板厚の増加に伴って初期圧下量が増加して変形量が多くなっている。
つまり、変形量が多いほど、ひけが発生しにくいと考えられる。
【００５３】
また、長さの伸び率も、板厚が厚いほど高い結果となっている。これは、板厚が厚い程、初期圧下により変形する量が多くなるため、その分圧延させる量が増し、圧延方向に伸び長くなったためと言える。
また、中央部とエッジ部との伸び率の違いは、各々のリダクションの違いからであると考えられる。
【００５４】
（実験例２）
実験例１から初期板厚が大きい方が、充填率が高いという結果が得られたが、本実験例では、さらに板幅も変化させて行った。
表３に本実験例における実験条件を示す。「○」で示された条件が実験を行ったものである。
【００５５】
【表３】
【００５６】
また、各実験条件における歩留まりを表４に示す。
【００５７】
【表４】
【００５８】
なお、本実験例におけるパススケジュール（最終目的形状に到達するまでの圧延工程）は、１パス目（第１回目の圧延工程）で板厚を１．３ｍｍとし、２パス目（第２回目の圧延工程）、３パス目（第３回目の圧延工程）で板厚をそれぞれ０．６ｍｍ，０．３ｍｍとした。ただし、板厚が３．６ｍｍ、板幅３０ｍｍの実験条件のものについては、一度の圧延で板厚を１．３ｍｍにすることができなかったため、圧延を２回に分けて行った。また、１パス後及び２パス後において圧延荷重を減らすために、バリ部（図４参照）をファインカッターで切落した。
【００５９】
そして、図６（ａ）は、材料片が成形溝部のエッジ部に達しているかに基づいて充填の評価を行った結果を示す表であり、図６（ｂ）は、ひけによる板厚の減少が最大０．０５ｍｍ以下のものを「○」、０．１ｍｍまでのものを「△」、それ以上のものを「×」として評価を行った結果を示す表である。
【００６０】
図６（ｂ）において、２．８ｍｍ×３０ｍｍ、３．２ｍｍ×３０ｍｍ、３．４ｍｍ×３０ｍｍにおいてエッジ部まで材料が広がらなかったのは、材料の置き方に問題があったためだと考えられる。より小さな板幅でエッジ部まで材料が広がるようにするには、材料の曲がりを考慮した置き方をする、あるいは、ガイドを設ける等の対策が考えられる。
３．６ｍｍ×３０ｍｍにおいては、エッジ部における成形性が悪かったが、これは材料の伸びによって、エッジ部に材料が充填されなかったためと考えられる。
【００６１】
板厚３．４ｍｍ，３．６ｍｍに関しては、１パスで完全に充填していたが、３パス目ではひけが発生してしまった。これは、１パス目の圧下量が板厚３．４ｍｍでは２．１ｍｍ，板厚３．６ｍｍでは２．３ｍｍであり、一方で成形溝部の最も深い箇所の深さが２．１であることによると考えられる。また、それ以下の板厚においても合計の圧下量は２．１ｍｍを超えているが、圧延を複数回に分けることによりひけが発生してしまったと考えられる。また、１パス目や２パス目で充填していても、圧下量の小さい３パス目ではひけてしまう。以上のことから、充填により大きな影響を与える因子は初期板厚よりも圧下量であると考えられる。
したがって、最後のパスで完全に充填しているようにする方法としては、以下のことが考えられる。
（１）材料片の全てが最初から成形溝部の中に入り込むようにし、実質的な圧下量を大きくする。
（２）圧下量の小さい最終パスにおいてはむしろ厚肉部の板厚は減少する。そのため、２パス目で最終形状よりも深く充填しているようにする。
【００６２】
本実験例において、全ての材料片で１パス目ではそりが発生した。また、最終パス後の材料片でも、バリ部のないものはそりが大きい。そもそも、材料片が反ってくるのは、材料片における上下の伸びの差によるものだと考えられる。一方、バリ部はボトムロール面側にしか発生しないため、そりを抑制する作用があると考えられる。そのため、初期材料片は最終パスである程度のバリ部が発生するだけの板幅が必要であると考えられる。
【００６３】
（実験例３）
本実験例では、肩部（成形溝部を囲う領域）が、図７（ａ）に示すようなフラットである金型（フラット金型）と、図７（ｂ）に示すような傾斜を有する金型（傾斜金型）とで、成形時の荷重がどのように違うかの検証を行った。
また、同時にこれらの金型が「ひけ」や板厚分布等、材料片にどのような影響を及ぼすのか比較を行った。なお、金型の形状が複雑である場合には、材料片に対する影響が顕著とならない可能性があるため、金型の幅方向断面形状は常に一定とした。
本実験例における実験条件について表５に示す。
【００６４】
【表５】
【００６５】
また、フラット金型と傾斜金型を用いて、各々板幅２６，２８，３０でＦＥＭ解析を行い、金型の荷重の比較を行った。表６に解析条件を示す。
【００６６】
【表６】
【００６７】
図８は、本実験例によって得られた結果を示すグラフであり、材料片の板幅と荷重との関係を示すグラフである。
これらの結果から、傾斜金型はフラット金型と比べ荷重が半分程度になっているのか確認できる。しかし、解析値ではわずかに傾斜金型の方が低い荷重であったが、あまり荷重の違いは見られなかった。
フラット金型に関して、実験値と解析値がほぼ一致しているのが確認できるが、板幅が増しバリ部が多く発生する板幅であると実験値の荷重が解析値を１ｔ近く上回ってしまった。一方、傾斜金型に関しては、ほとんど一致しなかった。
【００６８】
（実験例４）
実験例１及び実験例２においては、材料片の板幅及び板厚による充填への影響を調査したが、本実験例では板幅による幅広がりの影響を調査する。なお、本実験例では、圧延を行った際の板幅変化を初期の板幅ごとに計測した。
本実験例において用いた材料片は、板厚が２．８ｍｍであり、板長が４０ｍｍであり、初期板幅が２２ｍｍ，２４ｍｍ，２６ｍｍ，２８ｍｍ，３０ｍｍ，３２ｍｍのものである。また、本実験例におけるパススケジュールは、１パス、１．３ｍｍとした。
【００６９】
各材料片について、長手方向中央部をファインカッターで切断し、断面積を測定した。また、本実験例では、幅広がりが全くなかった場合との断面積の差を用いて幅広がりの評価を行った。
初期板幅ごとに断面積の変化をとったグラフを図９（ａ）に示し、初期板幅ごとに幅広がりをとったグラフを図９（ｂ）に示す。
【００７０】
図９（ｂ）に示すように、初期板幅が大きいほうが幅広がりが大きいことがわかる。
この原因について考える。通常、圧延において幅方向に伸びることはなく、圧下した分は全て材料の伸びになる。しかし、プレスロールにおいては、場所によってリダクションが異なるため、伸び率も場所によって異なる。さらに、材料自体による拘束があるため、場所によっては本来の伸び率ほど伸びることができない。そのため、伸びられなかった分が幅方向に広がると考えられる。
また、初期板幅が小さいときは、金型の中央部に乗るためリダクションが場所によってあまり変わらないが、初期板幅が大きいときは材料が成形溝部のエッジ部にまでのるため、リダクションの差が大きい。これによって板幅が小さいときは幅方向に広がらず、板幅が大きいとき幅方向に大きく広がるのだと考えられる。
【００７１】
（実験例５）
既存の通常圧延では、歩留まり５０％の実現は困難である。そこで、更なる歩留まり向上のため、クロスローリング（異なる方向から複数回圧延する方法）を採用することが考えられる。しかしながら、この方法には、リダクションの大きな部分を一度に圧延するため荷重が大きくなりすぎるという欠点がある。
そこで、クロスローリングの際の荷重を低減するため、通常圧延によってエッジ部をあらかじめ薄くしておくという工程を考えると、１パス目（通常圧延）→２パス目（クロス圧延）→３パス目（通常圧延）となる。
なお、通常圧延とは成形溝部の延在方向に沿って圧延することを意味し、クロス圧延とは通常圧延と直交する方向に圧延することを意味している。
表７に本実験例のパススケジュールを示す。また、本実験例における材料片の寸法は、板厚２．８ｍｍ、板幅２２ｍｍ、板長３５ｍｍとした。また、本実験例における歩留まりは７４．５％であった。
【００７２】
【表７】
【００７３】
実験の結果、表７に示す条件１及び条件２において、充填について極めて良好な結果が得られた。さらに条件１及び条件２のいては、極端に多くのバリ部も発生しておらず、条件２についてはエッジ部まで材料がいきわたっていることが確認できた。
また、過去の実験ではクロス圧延で６０％のリダクションをかける際には荷重が大きすぎて複数回圧延しなければならなかった。これに対して、本実験例では荷重を測定することはできていないものの、２パス目のクロス圧延を一度に行うことができた。よって、この工程を用いることでクロス圧延時の荷重を減らせることがわかった。
【００７４】
なお、表８に示すパススケジュールによる実験も行ったが、充填について良好な結果は得られなかった。
【００７５】
【表８】
【００７６】
（実験例６）
次に、図１０〜１２に示す３種の金型を用いて圧延を行った実験結果について説明する。
【００７７】
図１０に示す金型（以下、第１金型）は、１パス目においてできるだけ深くまで充填させることを目的として、金型の成形溝部の深さを深くした。具体的には、第１金型の成形溝部の形状は、材料片の最終目的形状を厚さ方向に１．２倍し、その上部を０．３ｍｍ切り取った形状とした。さらに、２パス目以降でくびれ部分がより充填するように、１パス目の金型ではくびれ部分を設けず、ふたつの一様断面部分の断面をなめらかにつないだ形状とした。また、成形溝部は金型の端まで延長している。
また、第１金型の肩部は、２０°の傾斜を設けた。さらに両側に平坦部を設けた。この平坦部は第１金型の平坦部に挟まれた領域の最も高い部分と同じ高さになっており、実験の際にボトムロールと金型のギャップを測るのに利用した。
【００７８】
図１１に示す金型（以下、第２金型）の成形溝部の形状は、最終目的形状を厚さ方向に１．１倍し、その上部を０．３ｍｍ切り取った形状とした。また、第１金型と同様に、肩部に２０°の傾斜を設け、両側に平坦部を設けた。
また、第２金型では、最終的な製品として用いられることとなる領域を形作る領域を避ける形で成形溝部の底部に突起を設けた。この突起の幅は５ｍｍとし、径５ｍｍのオーバル型とし、０．５ｍｍのフィレット取った。突起の高さは、平坦部に挟まれた領域の最も高い部分から１ｍｍ厚さ方向に下げた高さとした。また、突起は、最終的な製品として用いられることとなる領域を形作る領域に対して１ｍｍ離して形成している。
【００７９】
図１２に示す金型（以下、第３金型）の成形溝部の形状は、最終目的形状を厚さを変えることなく、その上部を０．３ｍｍ切り取った形状とした。また、第１金型及び第２金型と同様に、肩部に２０°の傾斜を設けた。また、枠状の平坦部を設け、材料片に形成されるバリ部の厚さが０．３ｍｍとなるように、当該平坦部の高さは、平坦部に囲われた領域の最も高い部分よりも０．３ｍｍ高く設定されている。また、第２金型と同様の突起を形成している。
【００８０】
そして、表９で示す条件で圧延を行った。なお、本実験例における材料片の寸法は、板厚２．８ｍｍ、板幅２２ｍｍ、板長３５ｍｍとした。
【００８１】
【表９】
【００８２】
実験１では、成形後の材料片の中央部にひけが発生し、また通常圧延のため材料片が幅方向にあまり伸びないので板幅を短くすることができず、歩留りが５５．２％となってしまった。
クロス圧延を取り入れた実験２，３，４では歩留りが大きく向上し、バリ部厚の変形量や板幅を変えることにより充填良好となった。さらに、工程数を２パスに省略した実験５，６では成形後の材料片の上部がフラットではないが、充填良好かつ高い歩留りの高い結果を得た。
【符号の説明】
【００８３】
Ｓ１……プレスロール鍛造装置（プレスロール成形装置）、１……ベース、１ａ……窪み、１ｂ……上面、２……金型、２ａ……成形溝部（主溝部）、２ｂ……上面、２ｃ……位置規制溝部（位置規制部）、３……金型回動機構、３ａ……ターンテーブル、３ｂ……サーボモータ、４……ボトムロール（ロール）、５……トップロール、６……支持枠体、７……スライド機構、８……上部ブロック、８ａ……下面、９……油圧装置、１０……制御装置、１１……ボトル、１２……弾性体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を備え、ロールによって材料片を当該金型に対して押し付けることで前記材料片の成形を行うプレスロール成形装置であって、
前記金型上に載置された材料片上のいずれかの位置を加重開始点として前記ロールを前記材料片に対して押し付ける押付機構を備えることを特徴とするプレスロール成形装置。
【請求項２】
前記金型を前記ロールに対して回動する金型回動機構を備えることを特徴とする請求項１記載のプレスロール成形装置。
【請求項３】
単一の前記材料片に対して用いられる複数の前記金型を有し、前記金型の成形溝部の深さが、用いられる順番に浅くなることを特徴とする請求項１または２記載のプレスロール成形装置。
【請求項４】
前記金型は、前記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて前記材料片を位置規制する位置規制部とを備えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のプレスロール成形装置。
【請求項５】
ロールによって材料片を金型に対して押し付けることで前記材料片の成形を行うプレスロール成形方法であって、
前記材料片を前記金型上に載置し、前記金型上に載置された前記材料片上のいずれかの位置を加重開始点として前記ロールを前記材料片に対して押し付けることを特徴とするプレスロール成形方法。
【請求項６】
前記材料片に対して異なる複数方向から前記ロールを押し当てて移動することを特徴とする請求項５記載のプレスロール成形方法。
【請求項７】
成形溝部の深さが異なる複数の前記金型を用いて単一の前記材料片を成形し、前記成形溝部が深い順に前記金型を用いることを特徴とする請求項５または６記載のプレスロール成形方法。
【請求項８】
前記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて前記材料片を位置規制する位置規制部とを備える前記金型を用いることを特徴とする請求項５〜７いずれかに記載のプレスロール成形方法。
【請求項１】
金型を備え、ロールによって材料片を当該金型に対して押し付けることで前記材料片の成形を行うプレスロール成形装置であって、
前記金型上に載置された材料片上のいずれかの位置を加重開始点として前記ロールを前記材料片に対して押し付ける押付機構を備えることを特徴とするプレスロール成形装置。
【請求項２】
前記金型を前記ロールに対して回動する金型回動機構を備えることを特徴とする請求項１記載のプレスロール成形装置。
【請求項３】
単一の前記材料片に対して用いられる複数の前記金型を有し、前記金型の成形溝部の深さが、用いられる順番に浅くなることを特徴とする請求項１または２記載のプレスロール成形装置。
【請求項４】
前記金型は、前記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて前記材料片を位置規制する位置規制部とを備えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のプレスロール成形装置。
【請求項５】
ロールによって材料片を金型に対して押し付けることで前記材料片の成形を行うプレスロール成形方法であって、
前記材料片を前記金型上に載置し、前記金型上に載置された前記材料片上のいずれかの位置を加重開始点として前記ロールを前記材料片に対して押し付けることを特徴とするプレスロール成形方法。
【請求項６】
前記材料片に対して異なる複数方向から前記ロールを押し当てて移動することを特徴とする請求項５記載のプレスロール成形方法。
【請求項７】
成形溝部の深さが異なる複数の前記金型を用いて単一の前記材料片を成形し、前記成形溝部が深い順に前記金型を用いることを特徴とする請求項５または６記載のプレスロール成形方法。
【請求項８】
前記材料片を目的形状とするための主溝部と、該主溝部の外側に形成されて前記材料片を位置規制する位置規制部とを備える前記金型を用いることを特徴とする請求項５〜７いずれかに記載のプレスロール成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１８９３８７（Ｐ２０１１−１８９３８７Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７９４７（Ｐ２０１０−５７９４７）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
[ Back to top ]