JP2010069497A - 製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機に用いられる部品の如く、機械的強度の確保の観点から、例えばリブと言った凸条部を設けることが強く要請されるだけでは無く、軽量性をも強く求められることから、重量増を引き起こす余分な部材の使用を控えることが出来、更には製造が容易な技術を提供することである。
【解決手段】 Ｘ方向における点Ｘ１での垂直断面の形状とＸ方向における点Ｘ２での垂直断面の形状とが異なり、かつ、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品の製造方法であって、
Ｘ方向に沿って凸条を有する製品を押出成形によって得る第１工程と、
前記第１工程によって得られたＸ方向に沿って凸条を有する製品を超塑性成形する第２工程
とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は製品の製造方法に関する。特に、Ｘ方向における点Ｘ１での垂直断面の形状とＸ方向における点Ｘ２での垂直断面の形状とが異なり、かつ、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品の製造方法に関する。

航空機の構造部品にあっては、図２に示される如く、外板部材１１と補強部材１２とから構成される場合が多い。そして、このような構造部品は、外板部材１１と補強部材１２とを各々別個に作製し、この作製後に両者をリベットや溶接で一体的に接合することで得られる。

さて、上記のようにして得られた製品は、先ず、各々の部品を別個に作製し、この後で両者を一体化している為、部品点数が多いものとなる。この為、製造に手間が非常に掛かる。そして、コスト高をもたらす。特に、筒状の内側面にリブと言った補強構造を有する製品を得るには、非常に厄介である。更には、一体化の為の部品も必要であることから、それだけ重量も増す。重量が増すことは、航空機の部品にあっては、大きな問題を抱えることになる。

従って、本発明が解決しようとする課題は、例えば航空機に用いられる部品の如く、機械的強度の確保の観点から、例えばリブと言った凸条部を設けることが強く要請されるだけでは無く、軽量性をも強く求められることから、重量増を引き起こす余分な部材の使用を控えることが出来、更には製造が容易な技術を提供することである。

前記の課題は、
Ｘ方向における点Ｘ１での垂直断面の形状とＸ方向における点Ｘ２での垂直断面の形状とが異なり、かつ、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品の製造方法であって、
Ｘ方向に沿って凸条を有する製品を押出成形によって得る第１工程と、
前記第１工程によって得られたＸ方向に沿って凸条を有する製品を超塑性成形する第２工程
とを具備することを特徴とする製品の製造方法によって解決される。

上記Ｘ方向における点Ｘ１での垂直断面の形状とＸ方向における点Ｘ２での垂直断面の形状とが異なり、かつ、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品は、例えば内面および／または外面に凸条型リブを有する異形断面を有する製品である。そして、このような製品は、特に、超塑性合金と言った超塑性材料製のものである。

本発明は、例えば超塑性合金を、先ず、押出成形によって凸条を備えた筒体の如きの断面同形のものを得、その後で超塑性成形することにより、凸条型リブを有する異形断面を有する製品が簡単に得られる。

しかも、凸条と板体とは、後から接合するものでは無く、当初から一体のものであるから、接合の為の余分な部材の必要が無い。従って、接合の手間が掛からない。かつ、接合の為の余分な部材を要さないから、それだけ軽量である。更には、接合の為の溶接とかリベット連結と言った機械的強度に悪影響を与える作業が無いから、機械的強度の低下の心配も無い。

本発明は、Ｘ方向における点Ｘ１での垂直断面の形状とＸ方向における点Ｘ２での垂直断面の形状とが異なり、かつ、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品の製造方法である。例えば、内面および／または外面に凸条型リブを有する異形断面を有する製品の製造方法である。

本発明は、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品を押出成形によって得る第１工程を有する。この第１工程の押出成形によって、先ず、断面形状が同じものが得られる。例えば、内壁面とか外壁面に凸条と言ったリブが一体的に構成された筒体が得られる。尚、この押出成形では、筒方向に沿った方向にあっては、場所によって断面形状が異なるものは得られない。従って、押出成形のみでは、図２に示される如きの製品を得ることは出来ない。

本発明は、前記第１工程によって得られたＸ方向に沿って凸条を有する製品を超塑性成形する第２工程を有する。超塑性成形は、素材に長大な変形を与えることで、三次元的に変化する複雑な形状を付与することが可能な成形方法である。そして、複数部品を一体化した構造が実現できる。しかしながら、補強部材を一体化した構造のものを超塑性成形により作製する場合、張出成形により成形ビードとして作製する場合が一般的である。そして、リブの如きの或る面に対して垂直とか任意の角度で板状の部材により補強した構造を一体化して作製することは出来ない。尚、成形ビードを適用した構造は、一般的に、平滑面を有する外板部材が別途必要になり、部品点数の増加を招く。

本発明は、超塑性材料を用いて行われる。例えば、多結晶金属材料の結晶粒が約１０μｍ以下で、高温変形中に結晶粒成長を阻止する為に２相組織か微細分散粒子が存在すると、適当な高温で一定の歪速度の下で数百％以上に飴の如くに伸びる現象が見出され、このような超塑性変形を起こす材料を超塑性材料と言っている。例えば、超塑性合金（ＪＩＳ Ｈ７００７参照）等である。尚、超塑性合金は微細結晶粒超塑性合金と変態超塑性合金とに分類できる。結晶粒を微細化することによって生じるものを微細結晶粒超塑性合金と呼び、金属特有の変態点付近に温度サイクルを与えることで生じるものを変態超塑性合金と呼んでいる。前記のような超塑性を示す合金としては、例えばＡｌ−７８％Ｚｎ，Ａｌ−３３％Ｃｕ，Ａｌ−６％Ｃｕ−０．４％Ｚｒ（ＳＵＰＵＲＡＬ），Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金（７４７５，７０７５），Ａｌ−４．５％Ｍｇ−０．７％Ｍｎ−０．１５％Ｃｒ（５０８３）等のＡｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｌｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金と言ったＡｌ系合金などが知られている。その他にも、Ｔｉ系合金やＮｉ系合金やＭｇ系合金などが知られている。超塑性変形を起こす超塑性材料は、一般的には、上記の如きの金属材料であるが、金属系に限られず、難加工性材料であるセラミックスや金属間化合物、その他にも複合材料にあっても超塑性変形を起こすことが知られている。これらの超塑性合金は数百％以上に飴の如くに伸びる現象が得られることから、複雑な成形体やそれによる構造体が提案・実用化されている。そして、超塑性成形の特徴は高温で成形することから、低応力で変形が可能であり、一般的には、ガスブロー成形により成形される。すなわち、加熱した超塑性合金板に空気、窒素ガス或いはＡｒ等の不活性ガスを加えて静水圧を負荷し、超塑性合金板を雌型あるいは雄型に押し付けることによって、成形が行われる。この為、金型は雌型または雄型のみで良い場合が多く、又、金型の材質にも一般の冷間プレスの如くの高強度超硬材質の必要が無く、金型費が安価（例えば、１／２程度で済む。）である。従って、このような特徴は、比較的製品数が少ない少量品種で、かつ、金型費が嵩む大型成形品の成形などに適用される場合に効果が大きい。特に、航空・宇宙部門の成形品には好適である。

以下、本発明を更に具体的に説明する。

本実施形態では超塑性材料としてＭｇ系合金を用いた。Ｍｇ系合金は、軽量・高剛性を有しており、航空・宇宙部門の構造製品には好適である。しかしながら、結晶構造が六方稠密構造であることから、室温での塑性加工性は悪い。

先ず、超塑性Ｍｇ系合金を押出成形し、筒状体１を得た。すなわち、図１（ａ）（ｂ）に示される如く、断面が円形であり、内側面に垂直に突出した凸条のリブ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが一体的に構成された筒状体１を得た。

次に、筒状体１を成形型に配置し、超塑性成形を行った。この超塑性成形により、図１（ａ）の筒状体にあっては、筒方向（図面中、左右方向：Ｘ方向）における何れの位置における断面も同一であったのが、図１（ｃ）におけるＸ−Ｘ線（点Ｘ１）での断面図（図１（ｄ）参照）やＹ−Ｙ線（点Ｘ２）での断面図（図１（ｅ）参照）から判る通り、筒方向における断面形状が異なるものとなっている。勿論、筒状体１の外形も超塑性成形に応じて形状が異なるものとなっている。又、リブ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄも超塑性成形に応じて形状が異なるものとなっている。

さて、上記の如く、超塑性材料を押出成形した後、この押出成形品を超塑性成形することにより、図２に示される如きの製品を簡単に得ることが出来た。しかも、この提案された方法によれば、リブの如きの部材を溶接やリベットで取り付ける必要が無く、一体的に設けることが出来る。しかも、この手法によれば、素材そのものに機械的強度の低下を引き起こすことが無いから、機械的強度の面から非常に好ましい。かつ、リベットを用いることも無く一体化されていることから、リベット等の締結部材を用いた場合の如くの重量増を引き起こすことも無いから非常に好ましい。更には、部品点数が少ないことから、部品管理が非常に楽である。

本発明の各工程での製品の断面図および側面図 従来方法の説明図

符号の説明

１ 筒状体
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ リブ

特許出願人 日本飛行機株式会社
代 理 人 宇 高 克 己

Claims (3)

1. Ｘ方向における点Ｘ１での垂直断面の形状とＸ方向における点Ｘ２での垂直断面の形状とが異なり、かつ、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品の製造方法であって、
   Ｘ方向に沿って凸条を有する製品を押出成形によって得る第１工程と、
   前記第１工程によって得られたＸ方向に沿って凸条を有する製品を超塑性成形する第２工程
   とを具備することを特徴とする製品の製造方法。
2. Ｘ方向における点Ｘ１での垂直断面の形状とＸ方向における点Ｘ２での垂直断面の形状とが異なり、かつ、Ｘ方向に沿って凸条を有する製品が、
   内面および／または外面に凸条型リブを有する異形断面を有する製品である
   ことを特徴とする請求項１の製品の製造方法。
3. 製品が超塑性材料製のものである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２の製品の製造方法。
   

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