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ゆりかはかまや
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ー塑性加工の先端研究ー自動車を軽量化する高張力鋼板のプレス成形技術自動車部品の塑性加工豊橋技術科学大学機械工学系森謙一郎自動車産業と密接な関係大量生産, 金属部品塑性加工 :

省石油 ( 低エミッション ) 継続して積極的に推進 HV PHV FCV( 燃料電池車 ) 時間軸環境に優しい車脱石油 ( セロエミッション ) 電気水素の活用 EV HV の次は PHV

メリット走行時 CO2 排出ゼロ走行時静粛性維持費の安さ( 深夜電力料金活用時 ) ガソリン車同等の航続距離近距離ユース使用性良短い燃料充填時間( 約 3 分間 ) 自宅で燃料充填( 充電

1 ー塑性加工の先端研究ー自動車を軽量化する高張力鋼板のプレス成形技術自動車部品の塑性加工豊橋技術科学大学機械工学系森謙一郎自動車産業と密接な関係大量生産, 金属部品塑性加工 : 金属素材を金型で塑性変形させて所定の形状に成形塑性加工の特徴利点材料損失が少ない生産性が高い材質が改善される 4 輪車の国別生産欠点少量生産には適さない切削加工よりも精度が少し低い省石油 ( 低エミッション ) 継続して積極的に推進 HV PHV FCV( 燃料電池車 ) 時間軸環境に優しい車脱石油 ( セロエミッション ) 電気水素の活用 EV HV の次は PHV が環境車の柱未来に向け脱石油の本命は FCV この未来は始まっている EVとFCVの特徴 EV モーター PCU バッテリー FCV PCU モーターバッテリースタック水素タンク ( 発電機 ) メリット走行時 CO2 排出ゼロ走行時静粛性維持費の安さ( 深夜電力料金活用時 ) ガソリン車同等の航続距離近距離ユース使用性良短い燃料充填時間( 約 3 分間 ) 自宅で燃料充填( 充電 ) 可能水素ステーションで充填可能低温走行性良デメリ高い車両価格ット航続距離の制約水素ステーション制約充電時間の長さ急速充電インフラ制約電池の経年劣化低温での性能低下 FCV: トヨタ,215 年,5 万円

エンジン熱効率リーンバーン直噴可変バルブタイミング摩擦低減ピストン, リングエンジンオイル自動車の環境対策駆動系

車体重量低減車体構造軽量材料 : 高張力鋼板, アルミ, マグネ, CFRP 1kg 減少 : 1km/l 燃費向上

Roll over 1,6 1,5 96 Side Impact 1,4 93 Air bags 中型 1,3 84

1989 1992 1997 21 年自動車の CO2 排出量と自動車重量自動車車体の設計 CO2 排出量

212 年ヨーロッパ目標 12 g/km 95 g/km i22 年自動車の重量構成自動車車体の構成窓ガラス 3%

side rail Luggage タイヤ 3% シート 4% ホイール, ハブ 4% 燃料タンク 4% エンジン

2 エンジン熱効率リーンバーン直噴可変バルブタイミング摩擦低減ピストン, リングエンジンオイル自動車の環境対策駆動系 CVT, 摩擦低減動力源 EV, PHV, HV, アイドリングストップ空気抵抗ボディ形状車体重量低減車体構造軽量材料 : 高張力鋼板, アルミ, マグネ, CFRP 1kg 減少 : 1km/l 燃費向上転がり抵抗タイヤ表面パターン自動車重量 /kg 自動車重量 1,9 1,8 1,7 大型日本の平均. Roll over 1,6 1,5 96 Side Impact 1,4 93 Air bags 中型 1,3 84 Seat Belt 1,2 1,1 78 NCAP 小型 1, 年自動車の CO2 排出量と自動車重量自動車車体の設計 CO2 排出量 /g/km AT CVT MT HV CVT HV 自動車重量 /kg 212 年ヨーロッパ目標 12 g/km 95 g/km i22 年自動車の重量構成自動車車体の構成窓ガラス 3% その他 26% 車体 3% 内板 28kg (7%) 外板 12kg (3%) Roof Fr Pillar Roof side rail Luggage タイヤ 3% シート 4% ホイール, ハブ 4% 燃料タンク 4% エンジン 12% サスペンション 7% パワートレイン ( 駆動系 ) 7% Hood Fender Locker Fr Side Member Doors Cneter Pillar Beams

製造のための CO 2 排出量自動車使用における CO 2 排出量高張力鋼板鉄鋼 : 鉄鉱石の還元, 炭素量の調節アルミ :

8 126~ 188MPa 7.8 63~ 11MPa 軟鋼板 SPCC 34MPa 7.

(1kg 当り ) 1 円程度 31MPa 2.7 115MPa 5 円 ~ 6 円 27MPa 1.

6 2 円程度生産量鉄 :12 億 ton アルミ : 34 万 ton マグネ :6 万 ton 炭素繊維 : 2 万 ton

残留オーステナイト DP 鋼 : フェライト中にマルテンサイトを分散マルテンサイト鋼 TRIP 鋼ダイクエンチ 15 超高張力鋼板

3 製造のための CO 2 排出量自動車使用における CO 2 排出量高張力鋼板鉄鋼 : 鉄鉱石の還元, 炭素量の調節アルミ : ボーキサイトの電気分解板材引張強さ比重超高張力鋼板従来高張力鋼板 98~ 147MPa 49~ 79MPa 比強度 ~ 188MPa ~ 11MPa 軟鋼板 SPCC 34MPa MPa アルミ合金板 A661(T6 処理 ) マグネシウム合金板 AZ31 PAN 系炭素繊維自動車用板材の比較コスト (1kg 当り ) 1 円程度 31MPa MPa 5 円 ~ 6 円 27MPa MPa 3 円程度 2MPa~ 5MPa 円程度生産量鉄 :12 億 ton アルミ : 34 万 ton マグネ :6 万 ton 炭素繊維 : 2 万 ton 全伸び /% 従来高張力鋼板の強度 IF 鋼 : 炭化物等に変えて固溶強化引張強さ /MPa 最近 DP 鋼 TRIP 鋼 : 残留オーステナイト DP 鋼 : フェライト中にマルテンサイトを分散マルテンサイト鋼 TRIP 鋼ダイクエンチ 15 超高張力鋼板 : ウルトラハイテン高張力鋼板 High Strength Steel Sheet, HSS, AHSS 引張強さ :44, 49, 59 78, 118 MPa P max /A 高張力鋼板の強化機構荷重 P max 変位 A : initial cross-sectional area

4 自動車車体への高張力鋼板の適用自動車車体への高張力鋼板の適用スバルレガシィ材料比率ハイテン 36.4% スチール 46% ウルトラハイテン 12.8% アルミ 4.8% 骨格部材 :36% トヨタクラウン, 骨格部材の 45% が高張力鋼板骨格部材 :36% ハイテンの使用による重量低減ハイテンの使用による強度向上と軽量化率 44MPa case 98MPa case Eliminate reinforce parts ( 5kg ) Reduce metal thickness ( 1kg ) 曲げ強度向上率 /% 軽量化率 /% 引張強さ /MPa 引張強さ /MPa 高張力鋼板の冷間成形におけるスプリングバック及び低い成形性高強度部材の塑性加工技術豊橋技術科学大学森謙一郎アルミニウム合金板大きなスプリングバック低い延性超高張力鋼板の冷間成形高張力鋼板高張力鋼板とアルミニウム合金板の塑性接合ネットシェイプ焼付き 1.2GPa 以上の冷間プレスは困難ダイクエンチ超高張力鋼成形品のホットスタンピング空気圧熱間ガスフォーミングギアの板鍛造

2.1 平坦 W/W=.2,α=45 o (a) JSC98Y 17.2 21.

5 超高張力鋼板の冷間プレス成形における伸びフランジ成形性向上逐次接触パンチによる引張応力低減板材せん断曲げせん断切口面引張りフランジ割れ引張集中 (a) 平坦パンチ傾斜角度 1 o 78MPa 級プレス成形部品引張応力による割れ (b) 逐次接触パンチ引張低減傾斜角度 45 o 計算による長手方向引張りひずみの変化 (JSC78, L=17mm) 逐次接触パンチによる超高張力鋼板の割れ限界の向上長手方向引張りひずみ平坦 W/W=.2,α=45 o (a) JSC98Y 平坦 13.7 (a) 平坦パンチ (α= o ) (b) 逐次接触パンチ (α=1 o, W/W =1.) W/W=.2,α=45 o (b) JSC118Y 18. 超高張力鋼板のしごき加工における焼付き防止使用したコーティングダイス超高張力鋼プレス成形車体部品ダイス観察位置粗さ測定位置 R 部ランド部コーティング平均高さ /μmra 最大高さ /μmrz なし.3.19 TiN(CVD), 25HV.3.43 TiN(PVD), 3HV.6.84 VC, 27HV.2.12 R 部焼付き型かじり 1mm コーティングなし TiN(CVD) TiN(PVD) VC TD-VC 皮膜 :9 ー 1 で塩浴処理

公称しごき率 r/% 4 2-2 -4 しごき絞り加工の耐焼付き性に及ぼすコーティングダイスの影響 (SPFC118YN) 側壁部破断焼付きあり

高強度部材の塑性加工技術ダイクエンチ超高張力鋼成形品のホットスタンピング豊橋技術科学大学森謙一郎空気圧熱間ガスフォーミングアルミニウム合金板

15MPa 級トリミング, 穴抜き通電型内加熱を用いた温熱間プレス成形炉加熱大きい温度低下酸化加熱搬送成形板材加熱プレス成形後加工利点

6 公称しごき率 r/% しごき絞り加工の耐焼付き性に及ぼすコーティングダイスの影響 (SPFC118YN) 側壁部破断焼付きあり焼付きなしコーティングダイス焼付き大 (a) r=15%, コーティングなし焼付き小 (b) r=15%,tin(cvd) 超高張力鋼板の冷間成形高強度部材の塑性加工技術ダイクエンチ超高張力鋼成形品のホットスタンピング豊橋技術科学大学森謙一郎空気圧熱間ガスフォーミングアルミニウム合金板高張力鋼板高張力鋼板とアルミニウム合金板の塑性接合ネットシェイプギアの板鍛造超高強度鋼部材のホットスタンピング下死点保持 : ダイクエンチ 15MPa 級トリミング, 穴抜き通電型内加熱を用いた温熱間プレス成形炉加熱大きい温度低下酸化加熱搬送成形板材加熱プレス成形後加工利点小さい温度低下プレス作業との同期少ない酸化スケール高い加熱効率加熱, 成形 98 ºC におけるハット曲げ成形 98 ºC におけるハット曲げ成形 (a) 高温炉加熱 (b)

7 電極曲げ荷重と加熱温度の関係 85,3.3s ホットスタンピング搬送 2s 成形抜残し加工 1s 下死点保持 5s 1 曲げ荷重 [kn] 成形金型試験片加熱温度 [ºC] 電極搬送装置電極高強度部材の塑性加工技術豊橋技術科学大学森謙一郎アルミニウム合金板超高強度鋼中空部材の熱間ガスフォーミング液圧による座屈防止水超高張力鋼板の冷間成形高張力鋼板高張力鋼板とアルミニウム合金板の塑性接合ダイクエンチ超高張力鋼成形品のホットスタンピング空気圧熱間ガスフォーミングネットシェイプギアの板鍛造中空アクスルビームハイテンチューブの冷間液封成形 + 熱処理超高強度鋼中空部材の熱間ガスフォーミング超高強度鋼中空部材の熱間ガスフォーミング焼入れ用鋼管直径 32mm 肉厚 1.8mm (C:.19%, Si:.18%, Mn:1.28%, Cr:.24%, B:.37%) 6 12 A 電極サーボプレス R5 9 2 電極パンチ管材電極 32. A ダイス A-A

8 成形された管材高強度部材の塑性加工技術豊橋技術科学大学森謙一郎アルミニウム合金板パンチ非接触 (a) p =. MPa (b) p =1.5 MPa 超高張力鋼板の冷間成形高張力鋼板高張力鋼板とアルミニウム合金板の塑性接合ネットシェイプ (c) 炉加熱 p =. MPa 割れ (d) 冷間ダイクエンチ超高張力鋼成形品のホットスタンピング空気圧熱間ガスフォーミングギアの板鍛造板鍛造における荷重振動による再潤滑サーボプレスを用いた荷重振動鍛造素材金型潤滑剤負荷時弾性変形凹形面圧素材 : 塑性変形凸形状除荷時金型 : 弾性回復すきま潤滑剤 =75% 除荷浸入 (a) 振動なし (b) 振動あり荷重振動ありとなしにおける圧縮荷重の違いステンレス鋼の板鍛造 3 25 荷重振動圧縮荷重 /kn 振動なし振動ありひけだれ 2 mm 5 (a) 振動なし (b) 振動ありストローク /mm

高強度部材の塑性加工技術豊橋技術科学大学森謙一郎アルミニウム合金板パンチセルフピアスリベッティング板押え

熱間ガスフォーミング高張力鋼板高張力鋼板とアルミニウム合金板の塑性接合ネットシェイプギアの板鍛造ダイス <

フレームアルミニウム板と高張力鋼板の接合有限要素シミュレーション高張力鋼板高強度, 高硬度延性小

上板 SPFC98 t1.4, 下板 A552 t1.5 (b) 上板 A552 t1.

4 ダイ形状の最適化メカニカルクリンチングによる高張力鋼板とアルミニウム合金板の接合曲面ダイテーパーダイ形状

9 高強度部材の塑性加工技術豊橋技術科学大学森謙一郎アルミニウム合金板パンチセルフピアスリベッティング板押え SPR( 鋼 ) 超高張力鋼板の冷間成形ダイクエンチ超高張力鋼成形品のホットスタンピング空気圧熱間ガスフォーミング高張力鋼板高張力鋼板とアルミニウム合金板の塑性接合ネットシェイプギアの板鍛造ダイス < 工法のメリット> 板にSPRを打込み, 機械的に結合穴あけ不要溶接の難しい材料の締結接合部異種材料の締結 C フレームアルミニウム板と高張力鋼板の接合有限要素シミュレーション高張力鋼板高強度, 高硬度延性小リベット硬度に近い多種の不良が想定ダイ形状の最適化 ( ダイ径, 深さ ) リベット割れリベット折れ (a) 上板 SPFC98 t1.4, 下板 A552 t1.5 (b) 上板 A552 t1.5, 下板 SPFC98 t1.4 ダイ形状の最適化メカニカルクリンチングによる高張力鋼板とアルミニウム合金板の接合曲面ダイテーパーダイ形状セルフピアシングリベットセルフピアシングリベットメカニカルクリンチングリベット使用高コストパンチリベットリベットパンチパンチメカニカルクリンチング上板 :SPFC98, 1.4mm, 下板 :A552, 1.5mm リベット不要低コストダイダイ

10 従来ダイによる 59MPa 高張力鋼板の接合割れ接合 t min =.62mm x=.6mm (a) 軟鋼, (b) 59MPa, (c) 78MPa, 従来ダイ従来ダイ改良ダイ 1) 高張力鋼板の冷間プレス成形における成形性向上 3) 超高張力鋼板のしごき加工における焼付き防止 4) 超高強度鋼部材のホットスタンピング 5) 超高強度鋼中空部材の熱間ガスフォーミング 6) 自動再潤滑機能を有する荷重振動板鍛造 7) アルミニウム合金板と高張力鋼板の塑性接合

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Microsoft PowerPoint - マグネ協会.ppt マグネシウム合金板の冷間プレス成形マグネシウム合金部品の製造豊橋技術科学大学森謙一郎平成 19 年 1kg 軽量 :1km/l 燃費向上高張力鋼板 (7.8) チタン (4.5) アルミニウム (2.7) マグネシウム (1.8) 引張強度 / MPa 比重比強度 / MPa マクネシウム合金板 (AZ31) 25 1.8 139 アルミニウム合金板 (A552) 29 2.7 17 軟鋼板