(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の機械加工及び／又は研磨工具を用いて連続鋳造型（７、６０）のキャビティ（６６）を境界付けている壁に加工する方法において、
前記工具を支持するために前記キャビティ（６６）内に導入可能なアーム（６、６１、７１）の長手軸線（４、６３）に対して垂直に配置された軸線（１３、７８）回りで工具（１２、５０、５０´、７２）の回転運動を生じさせ、かつ前記キャビティ側にある前記アーム（６、６１、７１）を移動させることによって、前記工具（１２、５０、５０´、７２）と前記壁との間の相対運動を生じさせ、前記アーム（６、６１、７１）の移動には、その長手軸線（４、６３）回りの回転が含まれ、前記アームの移動を数値制御コンピュータによって制御しており、前記アームが鉛直方向及び前記アームの長手軸線方向に移動可能となっている、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記連続鋳造型（７）は、その長手軸線がクランプ平面に沿ってテーブル（８）に留められ、前記アーム（６、６１、７１）は、前記クランプ平面とほぼ平行に前記キャビティ（６６）内に導入されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アーム（６、６１、７１）及び前記テーブル（８）が同時に移動させられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記型の部分的な長さに沿って前記壁の一方を加工した後に、前記テーブル（８）は、前記クランプ平面に直角に配置された軸線（１１）回りに１８０°回転させられることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
第一段階において、前記アーム（６、６１、７１）は、その長手軸線（４、６３）回りの回転によって加工位置へ移動させられ、クランプされ、前記壁の一方の一部分が前記工具（１２、７２）で加工されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
加工の前に、前記壁は材料で少なくとも部分的に被覆されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第一段階において、前記壁は一つ以上の機械加工工具（１２）によって機械加工され、第二段階において、前記アーム（６）は、一つ以上の研磨工具（５０、５０´）を担持しているアーム（６）と交換され、第三段階において、前記壁が滑らかにされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記工具（５０）が前記壁の一方に予め定めた接触圧を及ぼすように、前記工具（５０）と前記壁（６０）の相対移動が前記工具（５０）の調節によって少なくとも部分的に制御されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
連続鋳造型（７、６０）のキャビティ（６６）を境界付ける壁を加工する装置であって、前記装置は、一つ以上の機械加工及び／又は研磨工具（１２、５０、５０´、７２）と、前記工具（１２、５０、５０´、７２）が回転可能に固定されているアーム（６、６１、７１）と、前記アーム（６、６１、７１）の長手軸線（４、６３）に対して垂直に配置された軸線（１３、７８、５１、５１´）それぞれの回りで前記工具（１２、５０、５０´、７２）の各々を回転させる装置を備えた装置において、
連続鋳造型のキャビティを境界付ける壁を加工するために、前記装置は、クランプ平面内で型（７、６０）を締め付けるためのテーブル（８）と、前記工具（１２、５０、５０´、７２）が前記キャビティ（６６）内に導入可能でありかつ前記工具と前記壁との間の相対移動が生じるように前記アーム（６、６１、７１）を移動させる装置とを備えており、
前記アーム（６、６１、７１）を移動させる装置は、数値制御システムによって数値制御されており、前記アームが鉛直方向及び前記アームの長手軸線方向に移動可能となっている、ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記型は前記テーブル（８）上で水平に長手軸線方向に配置されており、前記アーム（６）は前記機械加工工具テーブル（１）上で水平に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記テーブル（８）及び前記アーム（６、６１、７１）を同時に移動させる装置が設けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記テーブル（８）のクランプ平面に対して垂直な軸線（１１）回りで前記テーブル（８）を回転させる装置が設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記アーム（６、６１、７１）は、角部が丸いほぼ正方形断面を有し、前記工具（１２）は、交換できるように前記アーム（６、６１、７１）の一端において工具支持ディスク（１５）に固定されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記工具（１２）の回転軸線（１３）は、前記アーム（６、６１、７１）の長手方向中心線（４）から一定距離（３０）で配置されていることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記工具の軸線（１３）の距離（３０）は、前記アーム（６、６１、７１）の断面内で内接しうる円の直径（３１）の１０〜２５％になることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記工具（１２）の回転直径（３３）と前記アーム（６、６１、７１）の回転直径（３４）の比は、１対０．７と１対０．９の間であることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
二つのディスク形状研磨工具（５０、５０´）が設けられていることを特徴とする請求項９〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記工具（１２、５０、５０´、７２）を回転させる装置は、前記アーム（６）内で軸線方向に配置されている駆動軸（２７）と、歯車（２８）とを備えていることを特徴とする請求項９〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記工具（１２、５０、５０´、７２）を回転させる装置は、ベルトドライブ（７６）を有することを特徴とする請求項９〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記アーム（６、６１、７１）は長手方向に曲げられていることを特徴とする請求項９〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、請求項１の前文に記載の連続鋳造型のキャビティ壁の加工方法と、請求項９の前文に記載の装置に関する。
【０００２】
従来の技術
連続鋳造型の製造、特に、幾何学的形状の型キャビティの製造では、管状ビレット、ブルーム及びプロファイルフォーマットの場合、マンドレルへの冷間成形や機械加工などの種々の製造方法が公知である。
【０００３】
各ストランド断面又は各円錐曲線形状についてマンドレルが製造されなければならず、特に爆発成形の場合にはマンドレルは短い有効寿命であるので、マンドレルへの冷間成形又は爆発成形による公知の製造方法は高価である。他方、型キャビティの形状は、連続鋳造分野ではより一層複雑になってきているので、機械加工による製造は限界がある。しかしながら、加工装置の形状が厳しく制限されるので、内法と型キャビティの長さの比が小さいことから、管状型ではさらなる困難が生じる。直線状の型キャビティを有し、かつ正方形又は円形ビレット断面について全ての辺で鋳込コーンが一様である型に加えて、弓タイプの連続鋳造機用の湾曲した型キャビティを有する型が今日では主に使用されており、この型は、加工装置の寸法決めにおいてさらに制限している。
【０００４】
さらに、ストランドの質を改良して鋳込速度を増大させるために、例えば、放物線形状の鋳込円錐曲線などを有する、型の長手方向において可変である鋳込円錐曲線を有する型が使用される。欧州特許第４９８２９６号において公知である凸面技術による凸状型によって、鋳込速度においてさらに著しく改良される。このような型において、矩形型キャビティの場合において平坦な壁に先細りし、かつ円形型キャビティの場合において円形ストランド断面内で先細りする凸状バルジを有する型長の一部分において型壁が設けられている。さらに、角部の間よりも、角領域において、比較的に小さな鋳込み円錐曲線を示す型キャビティは公知である。このような型キャビティは、一方で、幾何学的形状が複雑であるという理由と、管状型本体において操作性が乏しいという理由と、型長と明確な型断面の比が好ましくないという理由とから、公知の機械加工工具で製造することができない。
【０００５】
キャビティ壁の加工に適した機械加工工具の代表例は例えば独国特許第１５７７３３０号において公知である。独国特許第１５７７３３０号には、鋼加工型、すなわちインゴット用型内面の加工用の研削機が開示されている。研削機は、その長手軸線が水平方向における中間位置を規定する支持アームを有する。支持アームは、支持アームが垂直軸線と支持アームの長手軸線に直角に配置された水平軸線回りで回転可能であり、かつ他端において、その回転軸線が支持アームの長手軸線に対して斜めである水平方向に配置されている研削ディスクに当接するように中間位置の方向において運搬可能なトロリー上に一端で支持されている。このような構成の研削ディスクにより、鋼加工型において一般的である水平内面の加工が可能となる。連続鋳造型において一般的であるランダムに曲げられた内面と、これら曲げられた内面間の角領域は、このような構成の研削ディスクを用いると、要求された精度で加工することができない。
【０００６】
本発明は、ビレット、ブルーム及びプロファイルストランド用の型管の内部加工に適した方法及び装置を提供する目的に基づいている。特に、円錐曲線の程度が型に沿って変化する型キャビティを製造しうる。この型キャビティは、放物線状円錐曲線であり、平坦な壁面に先細りしている凸状側壁であり、又は、数値制御機械による機械加工及び研磨の加工運転によって０〜１％／ｍの円錐曲線の程度の特別な角部の構成を有する。さらに、型キャビティの高精度及び面品質が実現され、高費用効果の製造方法が、最適な屑除去で自動運転及び高機械加工速度を保証する、制御された製造工程に基づいて提供される。
【０００７】
このような目的は、請求項１の特徴と請求項９の特徴を合わせることによって、本発明によって実現される。
【０００８】
本発明の方法と本発明の装置によれば、まず、機械加工機によって、数値制御機械で、放物線状円錐曲線又は凸状に隆起した側壁を有する、型に沿って変化している円錐曲線を有する、ビレット、ブルーム及びプロファイルストランド用の型キャビティを作ることが可能となる。さらに、この方法及び装置によって高精度及び面品質の型キャビティを提供することができる。さらなる利点は、型キャビティから屑が最適に除去され、高度の自動化、高機械加工速度である。これらの利点全ては、新しい型についての費用効果のある製造方法、又は、使用された型と使用後にキャビティ側で再被覆された型についての費用効果のある再加工方法を全体的にもたらす。
【０００９】
図８では、「型キャビティの例」が示され、本明細書の最後に説明されており、型キャビティの構成が展開しており、後でさらに展開する、多数の方法を示すことが意図されている。示している断面に加え、「犬の骨」のようなビームプロファイル用管型が加工し難いものとして記載されている。
【００１０】
型はその長手軸線がほぼ垂直で機械加工工具テーブル上に締め付けられ、垂直工具支持アームで加工されうる。一実施例によれば、型はその長手軸線が水平でテーブルに締め付けられ、かつ工具支持アームがほぼ水平に型キャビティ内に導入されると有利である。このような構成により、平面内及びテーブル内における前記平面に直角な軸線に沿った移動装置の助けによって、機械は有利にアームを輸送する。
【００１１】
管の長手方向において工具支持アームに要求される貫通深さを低減することができ、その時、一実施例によれば、型長の約半分の加工を終えた後に、テーブルのクランプ平面に斜めに延びている軸線回りにテーブルが１８０°回転させられる場合には精度及び加工面の品質が改良される。前記さらなる処理段階によって、４００〜６００ｍｍ、すなわち型長の約半分の型キャビティの加工深さを見越してアームが設計されうる。
【００１２】
工具と型キャビティの相対移動と長手軸線回りのアームの回転は、機械加工のために多くの異なる組み合わせで適用することができる。さらなる実施例によれば、第一段階において、数値制御によってアームが自身の長手軸線回りの回転によって型キャビティの周縁の加工位置にもたらされて締め付けられ、以後、回転工具についての第二段階において、型キャビティの面の一部分は、一つ、二つ又は三つの空間的な方向で同時に移動して型キャビティの面の一部が加工される場合、全ての型キャビティ形状が正方形及び円形型断面の場合において図８に従って加工されうる。型キャビティ全体が所望の幾何学的形状を示すまで、前記した手順の段階が続けられる。
【００１３】
度重なる材料の被覆と次の機械加工とによって型管の有効寿命をかなり大幅に延長することができ、それにより、鋳鋼のトン当りの型の費用を低減することができる。
【００１４】
型キャビティ内におけるアーム及び工具の移動の自由度を改良するために、さらなる実施例によれば、アームには、角部の丸い正方形断面が設けられ、工具は、交換可能なように、アームの端部において特別な工具保持ディスクに固定される。一方で曲げモーメントを増大させて他方で振動を防ぐために、特別な型キャビティ断面について可能な限り豊富にアームの断面を寸法決めすることができるように、アームの長手方向中心線から一定距離に工具の回転軸線を配置することがさらに提案されている。工具の回転軸線の距離は、アーム断面内で内接しうる円の直径の１０〜２５％として有利に選択される。工具の回転直径とアームの回転直径の比が１対０．７と１対０．９の間にある場合において、さらに有利な最適化が得られる。
【００１５】
大きな面積の研磨工具で高研磨速度を実現するために、さらなる実施例によれば、アームの長手軸線に対してほぼ斜めに配置された二つの回転軸線を有する別のアームを二つのディスク形状研磨工具のために使用することができる。
【００１６】
機械加工及び／又は研磨工具のために機械加工工具テーブルから工具の回転軸線まで駆動力を移送するために、一実施例によれば、耐ねじれ力伝達を得るために、歯車を有する軸方向駆動軸をアームに設けることが提案されている。工具用のベルト駆動が別実施例として考えられる。
【００１７】
本発明の実施例及び本発明のさらなる利点が図面を用いて以下に詳細に説明される。
【００１８】
発明の実施の形態
図１及び２は、特に、連続鋳造型の型キャビティ内の内部加工のためなどの、機械加工及び／又は研磨工具によって管の内側を加工するための装置を有する機械を示している。機械加工工具として例えばフライス加工工具又は研削工具が可能である。機械は、ガイド２上に支持されており、かつ駆動装置によってｚ軸方向に移動させることができる工作機械テーブル１を備えている。機械ヘッド３は、機械工具テーブル１上に配置されており、かつｙ軸方向に昇降可能である。機械ヘッド３には、矢印Ａに示すように、水平軸線４回りに回転させる装置がさらに設けられている。アーム６が機械ヘッド３に連結されており、アーム６は機械加工又は研磨工具を備えている。アーム６は、機械ヘッド３と共に、その長手軸線４回りで回転又は回転可能であり、長手軸線はこの例では水平に配置されている。短い停止時間で機械加工工具と研磨工具の工具交換を行うために、アーム６は容易に交換可能である。アーム６に固定された機械加工工具又は研磨工具１２は、軸線１３回りに回転可能である。このため、アーム６には、軸線方向に配置された駆動軸２７と、歯車２８とが設けられている（図３）。
【００１９】
特に型管などの管状ワークピース７がテーブル８上に水平に締め付けられている。テーブル８は、スタンド９を用いてガイド１０上に支持されており、ｘ軸方向に移動可能である。さらに、テーブル８は、垂直軸線１１回りで回転可能であり、任意の角度で回転運動Ｂを実施しうる。
【００２０】
アーム６を数値制御システムによってｙ軸及びｚ軸方向に移動させると同時に、テーブル８をｘ軸方向に移動させることができるように機械は構成されている。同様に、アーム６を軸線４回りで回転させ、工具１２を軸線１３回りに回転させる。
【００２１】
図３及び４において、アーム６には機械加工工具１２が設けられている。アーム６の断面は角部が丸まったほぼ正方形状である。アーム６の端部において交換できるように、工具１２は工具支持ディスク１５に固定されている。工具１２の回転運動のための軸線１３は、アーム６の長手中心線４から距離３０の位置で配置されている。距離３０は、アーム断面内に内接しうる円の直径３１の約１０〜２５％の大きさである。工具１２の回転直径３３は、有利的には、アーム６の回転直径３４よりもわずかに大きく選択される。工具１２の回転直径３３とアーム６の回転直径３４の比は、１対０．７と１対０．９の間の値を目指されている。アーム６の長さが型長さの約半分の加工長さ、すなわち４００から６００ｍｍとなるように、アーム６の長さを計測することができる。
【００２２】
図５において、アーム６は二つの研磨工具５０、５０´を備えている。前記二つの工具５０、５０´は、アーム６の長手軸線４に対して斜めに配置されている軸線５１、５１´回りに回転する。研磨のために先行技術において公知である種々の研磨工具を使用することができる。
【００２３】
新しい管状体、又は型キャビティ内で全体的に又は部分的に再被覆されたすでに使用した型の加工を以下のように実施することができる。管はテーブル８に締め付けられ、アーム６は型キャビティ内に導入される。型キャビティの長さの第一の半分部は、機械加工工具のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の運動及び回転運動の数値制御された組み合わせによって加工される。加工中又は加工の中断中において、長手軸線４回りにアーム６を回転させることができる。型長さの第一の半分部における加工が完了した時、アームが型キャビティから移動し、テーブルと共に同一の締め具の下で垂直テーブル軸線１１回りに１８０°だけ型７が回転する。次いで、アーム６は、再度、型キャビティ内に導入され、型キャビティの長さの第二の半分部が加工される。次の研磨操作の前に、機械加工工具を有するアーム６は、アームと一つ又は二つの研磨工具とを交換される。型管を一度以上１８０°だけ回転させることによって同一の締め具の下で研磨する。工具が予め定められた接触圧を型壁に及ぼすように、数値制御システム及び／又は工具の調節によって加工を制御することができる。
【００２４】
図６において、導入されるアーム６１が加工位置にある管６０が示されている。型キャビティ６６は凸状型の構成を有する。アーム６１の長手軸線６３回りの回転６２によって、フライス機６４がキャビティ６６内の加工位置６５にもたらされ、数値制御の下で加工することができる。型キャビティは多数の複雑なキャビティ構成に加工することができるとこの図から推測することができ、キャビティの構成は図８において円形及び矩形の断面の例で示されている。
【００２５】
図７において、アーム７１は、フライス加工工具７２と、フライス加工工具７２用の駆動モータ７３とを備えている。駆動ベルト７６又は均等な駆動要素が駆動軸７４とフライス軸７５の間で設けられている。前記解決方法では、モータ７３はアーム７１に直接的にフランジ留めされており、単純でスリムなアームの構成を許容する。前記ベルトの駆動は、低温レベルで操作可能であり、迅速かつ正確な加工を許容する。
【００２６】
型管をテーブル８に水平方向に締め付ける代りに、例えば、垂直方向に管を締め付けることも可能である。ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に工具及びテーブルに当てる運動は、記載した例と異なるように選択することができる。
【００２７】
本発明のさらなる実施例の装置において、アームに関する軸の配置を変えることができるように、工具の一つが回転可能にそれに支持されている軸がアーム上に配置されている。例えば、軸がアームの平面と直角な平面内で回転することができるように、軸を支持することができる。加工面に関する工具の配置を適切に調節するために、このような本発明の装置の展開によりさらなる自由度が提供される。
【００２８】
長手方向において湾曲した型キャビティを有する型管の内部加工のために、型キャビティの幾何学的形状に適する湾曲をアーム６に長手方向において提供することが有利である。角の付いた型キャビティを有する型の場合において角領域を精細に加工するために、軸線１１回りにテーブル８を回転させることによって、各角領域の空間的な配置に関して加工用工具の整列を最適にすることが有利である。このような最適化により、角領域内で大きな円錐を有する、及び／又は、型の場合において長手方向において湾曲した型キャビティと角の付いた断面を有する型キャビティ壁の加工中において改良される。
【００２９】
図８は、一般的な連続鋳造型のキャビティの周縁の形状の７つの例を表において示している。これらの例は、各型（ｉ）円形断面と（ｉｉ）正方形又は矩形断面の各型の断面形状に応じて表の縦列に配置されている。表の横列において、型の鋳込側から型出口への通路上において、型の長手軸線方向において、各キャビティの先細り（すなわち、キャビティの断面領域の収縮）を形成する、円錐の種類に応じて例が配置されている。各円錐の形状は、キャビティの周縁が型出口の方向において型を通過するストランドの形状に適合し、その時、熱的に誘導された収縮によって、ストランドの断面領域の形状によって計測される、形状の変化を受ける方法及び程度を決定する。凸面技術に従った円錐及び放物線状円錐の中で、線形円錐の場合、表の各欄において、（ａ）左において、キャビティの周縁の俯瞰図が型出口の方向において鋳込側からキャビティの長手方向において見られている。（ｂ）右において、キャビティの周縁を通した長手方向断面が示されている。凸面技術に従った円錐は、円錐の円錐曲線は、（放物線状円錐と同様に）キャビティの長手軸線方向に変化可能であるだけでなく、特に凸面技術に従った型のキャビティの周縁が鋳込側の長手方向断面が凸状の膨張を示すにつれて円錐曲線が断面の周縁線に沿って変化することによって特徴づけられている。凸面技術に従った円錐を有する型は、欧州特許第４９８２９６号において公知である。「特別な角形状を有する円錐」として表において記載された例は、凸面技術に従った円錐を有する、欧州特許第４９８２９６号において公知の型に関し、キャビティは、角領域における負の円錐曲線とは対照的に、側面の真中において正の円錐曲線を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の装置の側面図を示す。
【図２】  図１の装置の俯瞰図である。
【図３】  機械加工工具を有するアームの側面図である。
【図４】  図３における矢印ＩＶに従った図である。
【図５】  二つの研磨工具を有するアームの図である。
【図６】  機械加工工具を有するアームが導入された、型キャビティの図である。
【図７】  アームのさらなる例の図である。
【図８】  一般的な連続鋳造型のキャビティの周縁の形状の例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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