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図面 (4)

課題

本発明の課題は、試片保持ホルダフローテン機構にし、かつ加工量と加工速度を分離して制御して加工を高精度にし得、さらに、試片を所定の温度に正確に加熱し得る熱間加工再現試験装置を提供することにある。

解決手段

本発明は、棒状試験片11の温度を制御して該棒状試験片11に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件再現し、熱間加工によって生ずる諸現象試験測定する熱間加工再現試験装置において、棒状試験片11を挟んで対向して設けられたハンマ13,14と、一方のハンマ14を所定の位置に移動する圧縮加工量用の油圧アクチェータ21と、他方のハンマ13を所定の移動速度で移動する圧縮加工速度用の油圧アクチェータ20とを具備することを特徴とするものである。

概要

背景

従来、金属における各種の熱間加工条件を正確に再現し、加工中、加工後に生ずる諸現象、すなわち、変形応力組織変化および熱間変形時の延性等を単一の装置で的確に試験測定する熱間加工再現試験装置がある。

熱間加工の諸条件の制御と適正な合金設計組合せにより圧延鋼材の諸特性の向上を図る技術は、制御圧延で重要である。

概要

本発明の課題は、試片保持ホルダフローテン機構にし、かつ加工量と加工速度を分離して制御して加工を高精度にし得、さらに、試片を所定の温度に正確に加熱し得る熱間加工再現試験装置を提供することにある。

本発明は、棒状試験片11の温度を制御して該棒状試験片11に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、棒状試験片11を挟んで対向して設けられたハンマ13,14と、一方のハンマ14を所定の位置に移動する圧縮加工量用の油圧アクチェータ21と、他方のハンマ13を所定の移動速度で移動する圧縮加工速度用の油圧アクチェータ20とを具備することを特徴とするものである。

目的

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、試片保持ホルダをフローテング機構にし、かつ加工量と加工速度を分離して制御して加工を高精度にし得、さらに、試片を所定の温度に正確に加熱し得る熱間加工再現試験装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件再現し、熱間加工によって生ずる諸現象試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片を挟んで対向して設けられた加工工具と、一方の加工工具を所定の位置に移動する加工量設定手段と、他方の加工工具を所定の移動速度で移動する加工速度設定手段とを具備することを特徴とする熱間加工再現試験装置。

請求項2

試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片の端部を移動自在に保持する試片保持部材を有することを特徴とする熱間加工再現試験装置。

請求項3

試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片に取り付けられた複数の温度検出センサと、この各温度検出センサからの検出信号を用いてそれぞれ対応して温度制御をする高周波誘導加熱手段及び通電抵抗加熱手段とを具備することを特徴とする熱間加工再現試験装置。

請求項4

温度検出センサからの検出信号に異常が発生した場合には、温度検出センサからの検出信号に代えて予め記憶しておいた記憶信号を用いて高周波誘導加熱手段もしくは通電抵抗加熱手段の温度制御をすることを特徴とする請求項3記載の熱間加工再現試験装置。

請求項5

試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片を加工する加工工具を加工前に所定の温度に加熱する加熱手段を有することを特徴とする熱間加工再現試験装置。

技術分野

0001

本発明は試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件再現し、熱間加工によって生ずる諸現象試験測定する熱間加工再現試験装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、金属における各種の熱間加工条件を正確に再現し、加工中、加工後に生ずる諸現象、すなわち、変形応力組織変化および熱間変形時の延性等を単一の装置で的確に試験測定する熱間加工再現試験装置がある。

0003

熱間加工の諸条件の制御と適正な合金設計組合せにより圧延鋼材の諸特性の向上を図る技術は、制御圧延で重要である。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来の熱間加工再現試験装置、特に、平面歪加工を再現するために棒状試験片に対して相対するハンマを棒状試験片に打ちつけることによって行う棒状試験片の熱間平面圧縮試験装置においては、圧縮加工量と圧縮加工速度を分離して制御することが行われていなかった。また、棒状試験片の端部を保持する試片保持ホルダは自由に移動できるフローテン機構になっていないため、棒状試験片に曲応力が発生する虞があった。

0005

また、1つの棒状試験片を加熱するために、1つの温度検出センサを棒状試験片に取り付け、この温度検出センサからの信号を高周波誘導加熱装置フィードバック信号として利用して1つのクローズドループ加熱制御して目的の温度に加熱していた。しかし、1つの温度検出センサによる1つのクローズドループの加熱制御では目的の温度を得るのが難しかった。

0006

さらに、棒状試験片を打つハンマの加工前は常温のままであり、加工中に加熱された棒状試験片の温度がハンマに移動して棒状試験片の温度が低下する欠点があった。

0007

また、熱間平面圧縮試験装置においては、加工を受ける棒状試験片の面には熱電対溶着することはできない。したがって、加工を受ける棒状試験片の面の温度を検出するには非接触式放射温度計か、棒状試験片の中心軸部に穴を開けシース熱電対を挿入して計ることが考えられる。しかし、棒状試験片加工中や加工後は温度を検出する面の歪やシース熱電対の破損等で正確な温度は把握できない場合もある。すなわち、温度制御不能となり所定の温度が得られない欠点があった。

0008

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、試片保持ホルダをフローテング機構にし、かつ加工量と加工速度を分離して制御して加工を高精度にし得、さらに、試片を所定の温度に正確に加熱し得る熱間加工再現試験装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために本発明の熱間加工再現試験装置は、試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片を挟んで対向して設けられた加工工具と、一方の加工工具を所定の位置に移動する加工量設定手段と、他方の加工工具を所定の移動速度で移動する加工速度設定手段とを具備することを特徴とするものである。

0010

また本発明の熱間加工再現試験装置は、試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片の端部を移動自在に保持する試片保持部材を有することを特徴とするものである。

0011

また本発明の熱間加工再現試験装置は、試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片に取り付けられた複数の温度検出センサと、この各温度検出センサからの検出信号を用いてそれぞれ対応して温度制御をする高周波誘導加熱手段及び通電抵抗加熱手段とを具備することを特徴とするものである。

0012

また本発明は上記熱間加工再現試験装置において、温度検出センサからの検出信号に異常が発生した場合には、温度検出センサからの検出信号に代えて予め記憶しておいた記憶信号を用いて高周波誘導加熱手段もしくは通電抵抗加熱手段の温度制御をすることを特徴とするものである。

0013

また本発明の熱間加工再現試験装置は、試片の温度を制御して該試片に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間加工再現試験装置において、試片を加工する加工工具を加工前に所定の温度に加熱する加熱手段を有することを特徴とするものである。

発明を実施するための最良の形態

0014

下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。

0015

図1は本発明の一実施形態例を示す断面図である。図において、11は棒状試験片、121,122は高周波誘導加熱コイル、13,14は圧縮工具のハンマ、15,16はアンビル、17はロードセル、18,19はピストンロッド、20は圧縮加工速度用油圧アクチェータ、21は圧縮加工量用の油圧アクチェータ、22は位置決めナット、23はストッパ、24はラック、25は補助アクチェータ、26,27は差動トランス、281,282は試片保持ホルダ、291,292はXYホルダ、301,302はZホルダ、311,312はスプリング、32はスプライン部、331,332,341,342は押バネプッシャー、35,36はスプリング、371,372は通電用可撓フィーダ、38,39は容器である。

0016

すなわち、棒状試験片11の温度を制御して該棒状試験片11に所定の温度で所定の加工をするように熱間加工条件を再現し、熱間加工によって生ずる諸現象を試験測定する熱間平面圧縮再現試験装置において、対向するハンマ13,14をそれぞれサーボ制御された油圧アクチェータ20,21で駆動し、一方の油圧アクチェータ21で圧縮加工量を制御し、他方の油圧アクチェータ20で圧縮加工速度を制御する。このように、加工量と加工速度を分離して制御することを特徴とする。

0017

圧縮加工量を制御する油圧アクチェータ21はこれに直交して作動する補助アクチェータ25とで構成される。油圧アクチェータ21のピストンロッドフランジ部には位置決めナット22が咬み合っており、ピストンロッド先端のストッパ23が位置決めナット22に衝突してハンマ14の加工位置を定める。前記位置決めナット22の外周はピニオン歯車となり、ラック24と咬み合っている。このラック24はサーボ制御された補助アクチェータ25と連接しており、ラック24の移動量は差動トランス26で測定しており、この測定信号サーボアンプフィードバックして位置決めナット22の位置制御を行っている。

0018

圧縮加工速度用の油圧アクチェータ20には差動トランス27が付属しており、ピストンロッド18の移動量を測定している。前記油圧アクチェータ20のサーボアンプはピストンロッド18の移動量をフィードバックして速度制御を行っている。圧縮加工量用の油圧アクチェータ21の負荷出力は、圧縮加工速度用の油圧アクチェータ20の負荷出力の1.1〜1.3倍となっている。

0019

また、前記熱間平面圧縮再現試験装置において、棒状試験片11を保持する試片保持ホルダ281,282はアンビル15,16に組込まれた押バネ式プッシャー331,332,341,342の押込力釣合点にて自由移動するフローテング機構となっていることを特徴とする。すなわち、前記押バネ式プッシャー331,332,341,342はハンマ13,14が棒状試験片11に当る以前に試片保持ホルダ281,282に当って、試片保持ホルダ281,282を釣合位置に移動させるため、棒状試験片11には曲応力が発生しない。

0020

前記試片保持ホルダ281,282はX軸、Y軸、Z軸の方向に移動するため、XYホルダ291、292、Zホルダ301、302にサポートされている。XYホルダ291、292は電気的絶縁物で構成され、試片保持ホルダ281,282とはX軸方向に自由移動できるガイド溝を持ち、Zホルダ301、302とはY軸方向に自由移動できるガイド溝を備えて、試片保持ホルダ281,282及びZホルダ301、302と咬み合っている。Zホルダ301、302は軸のスプライン部32と咬み合って棒状試験片11の軸方向に自由移動ができる。

0021

さらに、前記熱間平面圧縮再現試験装置において、棒状試験片11は高周波誘導加熱コイル121、122によって誘導加熱することができる。前記試片保持ホルダ281,282には通電用可撓フィーダ371、372が接続されており、この通電用可撓フィーダ371、372により棒状試験片11に通電加熱を行うこともできる。

0022

したがって、棒状試験片11を熱間で酸化させないように容器38,39で雰囲気槽を形成している。

0023

図2は本発明の一実施形態例に係る温度制御系を示す構成説明図である。図中、図1と同一部分に対応する部分は同一符号を付して説明する。図において、50は棒状試験片11を加熱する目標温度に対応した電気信号を発生するプログラムパターン発生器、51は高周波誘導加熱コイル121、122に対応した棒状試験片11の表面に取付けた熱電対、52は熱電対温度変換器、53は棒状試験片11の断面中央部に片端より孔を中央部まで明け、その孔の中に挿入されたシース熱電対、54はシース熱電対温度変換器、55は棒状試験片11の表面エネルギを検出する放射温度計のファイバスコープ、56は放射温度計温度変換器、57はセンサ切換器、58,59は加算器、60,61は温度制御器、62,64はパワーメモリ回路、63,65は異常検出回路、66,67は出力切換器、68は高周波誘導加熱装置、69は通電抵抗加熱装置、70,71はブスバリード)である。

0024

すなわち、前記熱間平面圧縮再現試験装置において、前記熱電対51は高周波誘導加熱コイル121、122に対応した棒状試験片11の両端部表面の温度を検出する。前記シース熱電対53は棒状試験片11の中央部内部の温度を検出する。前記放射温度計のファイバスコープ55は棒状試験片11の中央部表面の温度を検出する。

0025

しかして、前記熱電対51より検出された棒状試験片11の両端部表面の温度に対応した電気信号は熱電対温度変換器52によりリニア信号に変換されて加算器58に入力される。この加算器58ではプログラムパターン発生器50から入力された目標温度に対応した電気信号と熱電対温度変換器52から入力された熱電対51で検出された電気信号のリニア信号が比較され、その差分が偏差信号として温度制御器60に入力される。この温度制御器60では加算器58から入力された偏差信号を増幅演算加熱指令信号として出力切換器66を介して高周波誘導加熱装置68に入力される。この場合、前記温度制御器60からの加熱指令信号はパワーメモリ回路62に記憶され、このパワーメモリ回路62に記憶され加熱指令信号は順次更新される。前記高周波誘導加熱装置68では温度制御器60から入力された加熱指令信号に対応した高周波電力を発生しブスバ(リード)70を通して高周波誘導加熱コイル121、122に供給する。高周波誘導加熱コイル121、122に高周波電力が供給されることにより、棒状試験片11の表皮部に渦電流誘起され、その渦電流によるジュール熱で棒状試験片11を表面より加熱する。棒状試験片11を加熱することにより、棒状試験片11の温度が上がると、熱電対51より検出される電気信号も増えていき、加算器58での偏差信号が小さくなっていき、高周波誘導加熱コイル121、122に供給される高周波電力が小さくなっていく。このフィードバック制御ループで棒状試験片11の加熱昇温が実行され加算器58での所定の偏差信号で安定し、棒状試験片11が目標温度になるように温度制御される。

0026

なお、熱電対51及び高周波誘導加熱コイル121、122を含むフィードバック制御ループで異常が発生した場合には、温度制御器60から出力される加熱指令信号を瞬時にラッチすると共に異常検出回路63を動作し、出力切換器66をパワーメモリ回路62側に切換え、パワーメモリ回路62に記憶されている異常発生前の加熱指令信号を高周波誘導加熱装置68に供給して棒状試験片11を高周波誘導加熱する。

0027

また、前記シース熱電対53より検出された棒状試験片11の中央部内部の温度に対応した電気信号はシース熱電対温度変換器54に入力され、リニア信号に変換される。一方、前記放射温度計のファイバスコープ55より検出された棒状試験片11の中央部表面の温度に対応した電気信号は放射温度計温度変換器56に入力され、リニア信号に変換される。前記シース熱電対温度変換器54からのリニア信号、もしくは前記放射温度計温度変換器56からのリニア信号はセンサ切換器57で選択されて加算器59に入力される。この加算器59ではプログラムパターン発生器50から入力された目標温度に対応した電気信号と、シース熱電対温度変換器54から入力されたリニア信号もしくは放射温度計温度変換器56から入力されたリニア信号とが比較され、その差分が偏差信号として温度制御器61に入力される。この温度制御器61では加算器59から入力された偏差信号を増幅、演算し加熱指令信号として出力切換器67を介して通電抵抗加熱装置69に入力される。この場合、前記温度制御器61からの加熱指令信号はパワーメモリ回路64に記憶され、このパワーメモリ回路64に記憶され加熱指令信号は順次更新される。前記通電抵抗加熱装置69では温度制御器61から入力された加熱指令信号に対応した低周波交流電力商用電源電力)を発生しブスバ(リード)71を通して試片保持ホルダ281,282に供給する。試片保持ホルダ281,282に低周波交流電力が供給されることにより、棒状試験片11の通電抵抗発熱によるジュール熱で棒状試験片11の中央部を加熱する。棒状試験片11を加熱することにより、棒状試験片11の温度が上がると、シース熱電対53もしくは放射温度計のファイバスコープ55より検出される電気信号も増えていき、加算器59での偏差信号が小さくなっていき、試片保持ホルダ281,282に供給される低周波交流電力が小さくなっていく。このフィードバック制御ループで棒状試験片11の加熱昇温が実行され加算器59での所定の偏差信号で安定し、棒状試験片11が目標温度になるように温度制御される。

0028

なお、シース熱電対53もしくは放射温度計のファイバスコープ55及び高周試片保持ホルダ281,282を含むフィードバック制御ループで異常が発生した場合には、温度制御器61から出力される加熱指令信号を瞬時にラッチすると共に異常検出回路65を動作し、出力切換器67をパワーメモリ回路64側に切換え、パワーメモリ回路64に記憶されている異常発生前の加熱指令信号を通電抵抗加熱装置69に供給して棒状試験片11を直接通電抵抗加熱する。

0029

以上のように、棒状試験片11の中央部は直接通電抵抗加熱すると共に、棒状試験片11の両端部は高周波誘導加熱することにより、目標とする所定の温度に棒状試験片11を加熱制御することができる。

0030

次に、前記熱間平面圧縮再現試験装置において、棒状試験片11を加工する圧縮工具のハンマ13,14を圧縮加工前に所定の温度に加熱する加熱手段について説明する。すなわち、棒状試験片11を高周波誘導加熱コイル121、122で高周波誘導加熱する際、同時に圧縮工具のハンマ13,14を高周波誘導加熱する。

0031

図3は本発明の一実施形態例に係る棒状試験片、高周波誘導加熱コイル及び圧縮工具の位置関係を示す構成説明図である。図中、図1と同一部分に対応する部分は同一符号を付して説明する。図において、棒状試験片11と高周波誘導加熱コイル121、122との間隔d、圧縮工具のハンマ13,14と高周波誘導加熱コイル121、122との間隔wは一定であり、圧縮工具のハンマ13,14と棒状試験片11との間隔hがh1 、h2 のように変わる。

0032

ところで、棒状試験片11と圧縮工具のハンマ13,14の温度をそれぞれT1 ℃、T2 ℃とすると、次の式でそれぞれの温度T1 ℃、T2 ℃が決定される。

0033

ここで、Pは高周波誘導加熱コイル121、122に供給される高周波電力である。

0034

上記式より棒状試験片11を所定温度に高周波誘導加熱する高周波電力の一部を利用し、圧縮工具のハンマ13,14と棒状試験片11との間隔hを可変することにより、圧縮工具のハンマ13,14の温度を容易に目標とする所定値に加熱することができる。

発明の効果

0035

以上述べたように本発明によれば、試片保持ホルダをフローテング機構にし、かつ加工量と加工速度を分離して制御して加工を高精度にし得、さらに、試片を所定の温度に正確に加熱し得る熱間加工再現試験装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0036

図1本発明の一実施形態例を示す断面図である。
図2本発明の一実施形態例に係る温度制御系を示す構成説明図である。
図3本発明の一実施形態例に係る棒状試験片、高周波誘導加熱コイル及び圧縮工具の位置関係を示す構成説明図である。

--

0037

11…棒状試験片、121,122…高周波誘導加熱コイル、13,14…圧縮工具のハンマ、15,16…アンビル、17…ロードセル、18,19…ピストンロッド、20…圧縮加工速度用の油圧アクチェータ、21…圧縮加工量用の油圧アクチェータ、22…位置決めナット、23…ストッパ、24…ラック、25…補助アクチェータ、26,27…差動トランス、281,282…試片保持ホルダ、291,292…XYホルダ、301,302…Zホルダ、311,312…スプリング、32…スプライン部、331,332,341,342…押バネ式プッシャー、35,36…スプリング、371,372…通電用可撓フィーダ、38,39…は容器、50…プログラムパターン発生器、51…熱電対、52…熱電対温度変換器、53…シース熱電対、54…シース熱電対温度変換器、55…放射温度計のファイバスコープ、56…放射温度計温度変換器、57…センサ切換器、58,59…加算器、60,61…温度制御器、62,64…パワーメモリ回路、63,65…異常検出回路、66,67…出力切換器、68…高周波誘導加熱装置、69…通電抵抗加熱装置、70,71…ブスバ(リード)。

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