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プロジェクトの基本情報

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2018年8月21日更新

金型の製作時間が従来の22%! 低入熱・低歪レーザ・アークハイブリッド溶接法

今井航空機器工業 株式会社

プロジェクト名 ホットプレス法によりCFRP製三次元大型形状品の高精度、高効率成形を可能とする、低熱歪み金型の開発
対象となる川下分野 その他(航空・宇宙、重電機器、産業機械・工作機械・建設機械 )
川下企業におけるニーズの対応 高機能化(精度・性能の向上など)
効率化(生産性・作業性の向上など)
低コスト化(ランニングコスト低減、ロス削減、 省力化など)
短納期化(リードタイム、工程の短縮など)
上記ニーズに対する具体的な数値 ○製作時間:従来の22 %(鋼材溶接時間)
○歪量:1mm 程度(鋼材)
○航空機の一次構造体に採用しているCFRP部材の板厚の変形や残留応力による変形の回避、高精度な成形面の三次元曲面の高精度仕上げ技術を開発
事業実施年度 平成22年度
事業化状況 補完研究中(完成に向けて現在研究中)
対象としている素材 インバー材

プロジェクトの詳細

プロジェクトに至った背景・経緯
CFRP 成形金型の溶接は、品質要求の2 ~ 3 倍の板厚材料を用いるためコスト・品質に課題
○航空機のCFRP 成形金型は、品質確保、コスト削減、リードタイム短縮が求められる
○現状の金型溶接は、熱変形の歪み等のため、品質要求の2 ~3 倍の板厚材料を用い仕上げ加工
○高コストの起因となり、溶接割れや気泡等の不具合も生じている
研究開発のポイント
溶接欠陥のない、低入熱、低歪のレーザ・アークハイブリッド溶接法を確立
○第1 層溶接時の割れ⇒従来:1→10%以下
○残留応力による変形量⇒従来20~30mm→10mm以下
○総加工時間⇒従来200時間→175時間以下
○高精度加工面の輪郭度公差の精度達成時間⇒現状基本の50%以下

研究開発の具体的な成果
金型組立て用レーザ・アークハイブリッド溶接システムを開発
・レーザ装置としては5kWのファイバーレーザ発振器を、アーク溶接としてはMIG溶接ロボットを選定、金型組立て用レーザ・アークハイブリッド溶接システムを開発
・成分を指定した溶接棒、混合比を指定したガスの組み合わせの最適化を検討しながら各種形状の溶接実験を実施して適正条件を確立

低周波振動を利用した残留応力の除去方法の開発
・低周波振動を利用した残留応力除去の有効性を確認
・低周波応力除去装置を溶接時に併用する方法を開発

鋼材において、製作時間22%、歪量1mm程度を達成
・鋼材においては、低熱歪溶接技術により従来の約22%の製作時間を達成
・その時の溶接における変形量も1mm程度に抑えられ、この後の機械加工も容易になると考えられる
・低熱膨張合金であるインバー材における溶接法では、熱伝導率が低いことから溶接母材に熱が溜まり易く溶接時間と共に溶け込みが深くなるという現象が発生、今後の課題となるダミー金型製作時間の集計

~今回行った、レーザ・アークハイブリット振動溶接では、従来の約22%の作業時間となった。これは、残留応力除去のために熱処理時間がなくなったことが大きい。~
利用イメージ、今後の活用が見込める分野・製品等
CFRP部品を成形するための金型(積層型)の需要も増加し、既に航空機組立メーカーの納期管理も自動車産業と同様に行われている。将来月産14機のレートアップも計画されていることから、金型の製作数量も増加すると予想され、CFRPの高精度、複雑形状化に対応する、高精度、高効率成形金型(低熱膨張合金)の製造技術の開発の確立は、品質確保、コスト削減、リードタイム短縮を可能にし、顧客のニーズの確立ができ、国内大手航空機製造会社および海外航空機製造会社に多いに貢献できる。

事業化への取り組み

事業化状況、規模 ○H26年度の実用化に向け、補完研究を継続
○川下企業よりのニーズにより製品サンプルを製作することは可能(有償)
事業化による効果 ○精度向上⇒アーク・レーザハイブリット溶接法により、溶接母材に熱影響が少ない低歪み溶接の実現の結果、歪み量は従来溶接法の1/10以下に抑制
○製作時間短縮⇒厚板溶接では、従来溶接法は数層の溶接が必要であったが、アーク・レーザハイブリット溶接法では、一層の溶接で、作業できるため、溶接時間が約60%となる
○低コスト化⇒開発した、振動・アーク・レーザハイブリット溶接法は、低歪みであるために、従来歪み量を見込んで厚くしていた母材板厚を薄くできるため、材料費を約70%にできる
知財・広報活動 今回の研究開発で得られた成果は、インバー材の低歪溶接における作業条件等の溶接システムであり、弊社の知財となった。
今後の見通し レーザ・アークハイブリット溶接システムは、金型の厚板低歪溶接のみならず、弊社で受注している大型の治工具の構造部材にも有効である。また、アルミ材のレーザ・アークハイブリット溶接も実用化したい。
当初の目標を踏まえた
上での達成度や
新たな課題
CFRPの需要は、航空宇宙機器産業のみならず、重電機産業、自動車産業等、幅広く用途が期待されている。また、製造方法も多様化している。そのため、レーザ・アークハイブリット溶接システムは多機能構造の金型にも対応することが新たな課題となった。

研究開発の体制

事業管理機関 公益財団法人 岐阜県産業経済振興センター
法認定事業者 今井航空機器工業 株式会社
研究実施機関 今井航空機器工業 株式会社、株式会社 最新レーザ技術研究センター
アドバイザー ダイヘン溶接メカトロシステム 株式会社、ニッコー熔材工業 株式会社、エアー・リキッド工業ガス 株式会社、岐阜県機械材料研究所、川崎重工業 株式会社

PRコメント

弊社は、今回の溶接技術のみならず、高精度な切削加工技術によって製造される高品質な航空機部品が、国内航空機メーカーから高く評価されています。
難削材の切削においては、熟練した技術者と大型5軸プロファイラーをいち早く導入し、ポストプロセッサーの自社開発の経験を生かし、優位性を獲得しています。
海外拠点としての加工工場をマレーシア、タイに設立し、価格競争の厳しい航空機業界においても対応可能な体制を確立しています。また、マレーシア工場では、2013年にボーイング社の表面処理認定を取得しました

企業情報

社名 今井航空機器工業 株式会社
(法人番号:7200001006878)
所在地 〒504-0957 岐阜県各務原市金属団地128
電話番号 058-389-2011
社員数 194名 (男性  185名、女性  9名)
資本金 9,600万円
業種 輸送用機械器具製造業
事業内容 航空宇宙用機械加工部品及び航空機用組立品の製造、航空機関連地上支援器材の設計・開発及び製造
URL http://www.imaiaero.co.jp/
保有する生産設備と
スペック
5軸マシニング・48台、4軸マシニング・14台、3軸マシニング・40台
生産拠点エリア 国内 所在地:岐阜県各務原市、可児市、美濃市
海外 所在地:マレーシア、タイ 
海外生産対応 可 対応可能エリア:マレーシア、タイ  
本プロジェクトに
関する問い合わせ先
部署名
研究開発室

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