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精密加工

大量生産品のアルミニウム合金化・強度向上のため、高速恒温鍛造技術を開発

福岡県

株式会社戸畑ターレット工作所

2020年3月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 自動車部材向けアルミニウム合金高速恒温鍛造技術の開発
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 航空・宇宙、自動車、産業機械
産業分野でのニーズ対応 高性能化(小型化・軽量化)、高効率化(工程短縮)
キーワード 軽量化
事業化状況 事業化に成功し継続的な取引が続いている
事業実施年度 平成20年度~平成22年度

プロジェクトの詳細

事業概要

環境問題から自動車の軽量化ニーズは一層強まっている。軽量素材となるアルミニウム合金の恒温鍛造技術が確立されているが、加工速度が極端に遅いが故に大型複雑形状・少量生産品に適用が限られている。本研究では量産品に必要な高速鍛造加工に伴う高繰り返し衝撃に耐える非接触金型加熱法を開発すると共に、加工過程での再結晶化による部材の高強度・高靱性化を図り、アルミニウム合金を用いた高速恒温鍛造技術を開発する

開発した技術のポイント

量産品向け高速恒温鍛造技術/プロセス最適化手法の開発
・耐衝撃型鍛造金型加熱方式の開発→高繰返し/高衝撃に対する誘導加熱コイルの寿命が10万ショット以上
・高強度断熱部材の開発→加熱立ち上げ5分で金型を約300℃の恒温状態にすることが可能
・高速恒温鍛造アルミニウム合金部材高強度化手法の開発→A6061の場合、加工後の部材強度を15%向上
・高速恒温鍛造用最適金型設計手法の開発→ニアネットシェイプ化により、材料歩留まりを、従来法の60%から80%に向上
(新技術)
<高速恒温鍛造技術>
従来の20倍程度の高速加工を実現
(新技術の特徴)
・高速加工が可能(平均400mm/s程度)
・自動車部材等の量産品へ適用可能
・材料強度が加工前より15%以上増加
・加工後の熱処理が不要

誘導加熱コイルの説明図・表1
誘導加熱コイルの説明図・表2
具体的な成果

・耐衝撃型鍛造金型加熱法開発
‐銅製角管を用い、コイル断面形状20x15mm、被加熱体(金型)とのクリアランスを10mm、絶縁処理を施したSUS製ボルトによる被加熱体への取付・設置を行う方式の加熱コイルを試作。目標の昇温条件(5分以内で300℃)をほぼ達成
‐同試作コイルに、別途開発した高強度断熱部材を用い、高効率加熱を可能とした
・高硬度断熱部材の開発
‐金型材料よりも熱伝導性の低い材料を用いて年輪状のU型溝加工を施した高強度断熱部材を開発。金型の断熱効果を向上させ、加熱効率の向上を図った
‐金型との接触率を23.5%にした高強度断熱部材により金型昇温目標を達成することができた
・高速恒温鍛造アルミニウム合金部材高強度化手法の開発
‐ひずみ、ひずみ速度及び加工温度をパラメーターとした、基礎データ取得試験を実施した結果、今後の材料高強度化指針が得られた
‐指針により、ひずみ速度と変形温度を上昇させる必要性が確認された。より鍛造加工に近い据え込み試験の条件を設定し、材料特性を計測した
‐これまでの試験結果を踏まえ、金型加熱温度条件を設定し、引張強さ431N/mm2、伸び14%のデータが得られた
‐これにより、冷間T6処理剤強度の15%向上という目標値を大幅に上回る加工条件を見出すことができた
・据え込み試験強度目標達成数値
~据え込み試験により、引張強さ:431N/mm2、0.2%耐力:418N/mm2、伸び:14%のチャンピョンデータが得られた~

引張強度比較(アルミ冷鍛T6と炭素鋼との比較)
知財出願や広報活動等の状況

・論文:「加工熱処理によるアルミニウム合金の高強度化」(H23.10)
・出展:九州自動車新技術・新工法展示商談会
(H22.11)
・新聞:「一般アルミで強度鉄の80%」(日刊工業新聞H23.1.11)
・特許:「恒温鍛造成型方法及び恒温鍛造成型装置」(特願2009-260512)

研究開発成果の利用シーン

高強度・靭性アルミ二ウム6061合金鍛造部品として、自動車の足回り重要保安部品(タイロットエンド等)に用いられ、従来鉄鍛造製品比67%の軽量化を実現する

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H25年までに実用化を予定
・試作機・サンプルあり(無償)

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、加工・組立・処理、製品製造、共同研究・共同開発

製品・サービスのPRポイント

強度・剛性向上:開発した鍛造技術により創成されるアルミ二ウム6061合金鍛造部品は、従来のアルミ6061冷間鍛造品の1.71倍、中炭素鋼S35C鍛鋼品の1.26倍の耐力(降伏点)を示し、非常に高い弾性限界をもつ

鍛造工法比較(アルミ冷鍛T6、炭素鋼との比較)
今後の実用化・事業化の見通し

川下企業との連携により、継続的な補完研究を実施
・実生産ラインに落とし込んだ際問題となる強度のバラツキを制御可能な製造条件の確立、設計時鍛造シミュレーションのデータベース精度向上、品質と評価を補完するデータ取得等の補完研究継続中。また、川下企業への試作品提供による、性能評価・耐久試験を継続実施中
・H25年10月の実用化を目指す。実用化後は、アドバイザーで川下企業であるTHKリズム株式会社と連携して自動車足回り重要保安部品の販路開拓を目指す。また、市場実績に伴い、他自動車構成部品への展開を図る予定

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社戸畑ターレット工作所
事業管理機関 公益財団法人北九州産業学術推進機構
研究等実施機関 第一高周波工業株式会社
国立大学法人九州工業大学
アドバイザー THKリズム株式会社

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社戸畑ターレット工作所(法人番号:1290801002652)
事業内容 アルミダイカスト部品の製造/販売、非鉄鍛造部品(銅・アルミ系)の製造/販売、機械加工全般及び摩擦圧接加工
社員数 250 名
生産拠点 本社工場(北九州市小倉南区新曽根11-31)、自動車部品事業部(北九州市小倉南区沼南町3-18-15)
本社所在地 〒800-0211 福岡県北九州市小倉南区新曽根11-31
ホームページ Http://www.t-turret.co.jp
連絡先窓口 技術開発グループ 川﨑宏史
メールアドレス kawasaki@t-turret.co.jp
電話番号 本社工場 093-471-7403   自動車部品事業部 093-475-8864