JP2013501629A

JP2013501629A - 逐次鍛造

Info

Publication number: JP2013501629A
Application number: JP2012524714A
Authority: JP
Inventors: ケヴィンティー．スラッテリー，; クリストファーエス．ハスカンプ，; ジェームズビー．キャッスル，
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: US8601850B2; EP2464475B1; AU2010282928B9; AU2010282928A1; EP2464475A1; US20110036141A1; AU2010282928B2; JP5782030B2; US8302450B2; WO2011019447A1; US20130019649A1

Abstract

被加工物のさまざまな特徴のいずれかは、工具の共通セットにより鍛造される。特徴（７６）は、工具セット（４０）が被加工物の表面上の連続した鍛造地点へ移動させられる際に、逐次鍛造される。工具のうちの１つ（６６）を用いて、被加工物（３２）の部分を可塑化し、押し出す一方で、他の工具（７０、７２、７４）のうちの１つ以上を用いて、押し出された部分をせき止め、かつ、形作るダムを形成する。
【選択図】図１１

Description

本開示は、一般に、金属成形設備およびプロセスに関し、より詳細には、逐次鍛造のための方法および装置を扱う。

単一の金属部品は、材料の固形片を鍛造および／または機械加工することにより製作可能である。片、板材またはその他の形態の半加工品を実際に機械加工することは、時間と費用の両方がかかる。なぜなら、半加工品の比較的多くの割合が、機械加工の切りくずの形態の廃材となる可能性があるからである。型鍛造技術を用いて単一の金属部品を製作することはまた、各部品用に特有の金型を製作する必要があることから、費用がかかり、かつ、長いリードタイムを伴うことがある。これら既存のプロセスは、析出硬化したアルミニウム合金から最大の材料特性を達成できないこと、析出硬化したアルミニウム合金における高い残留応力、および／または、所望の量より多くの比較的高コストのアルミニウム合金の要求などの他の問題を有することがある。

よって、材料の使用量を削減し、かつ、工作機械器具一式のコスト削減を含むより低コストで機械特性を向上させることのできる部品の鍛造方法および装置が必要である。

開示されているある数の実施形態にしたがって、部品は、共通の工具セットを用いて被加工物に特徴を逐次鍛造することにより製作してもよい。工具セットは、フランジ、スチフナおよび突起といったさまざまな特徴のうちのいずれかを平坦な鍛造用金属片または鍛造製品といった被加工物から後方押し出しするために用いられる。工具セットを用いて、被加工物の連続した部分を加熱および可塑化し、次いで、押し出された材料をせき止め、かつ、形作るためのダムとして作用する工具により形成された局部的キャビティーへ可塑化した材料を押し出す。工具セットおよびキャビティーを平行移動させることにより、特徴は、ｘｙ方向におけるいかなる空間にも作ることができる。工具セットのその後のパスにより、部品全体が定められるまで特徴の厚みを薄くかつ／または高さを高くすることができる。一実施形態において、方法はまた、急冷に起因する残留応力を低減または除去するため、または、被加工物にリューダース線が形成されるのを防ぐための、被加工物に対する比較的軽度の焼き戻し歪みの付与に使用してもよい。開示されている実施形態は、部品専用の工具または金型を用いない特徴の逐次鍛造のための方法および装置を提供する。実施形態を用いて、部品専用の工具または金型を用いずに網形または略網形の部品を鍛錬してもよい。

開示されている一実施形態にしたがって、被加工物に特徴を鍛造する方法を提供する。該方法は、被加工物の表面に工具セットを近接させ、工具セットにおける少なくとも第１の工具を用いて、被加工物表面に隣り合う概ね囲まれたキャビティーを形成することを含む。工具セットにおける第２の工具を用いて、被加工物の部分を可塑化し、キャビティー内へ押し出す。該方法は、工具セットを被加工物上の異なる地点へ徐々に移動させること、および、特徴全体が形成されるまで、キャビティーを形成し、被加工物の部分を可塑化し、キャビティー内へ押し出す工程を繰り返すことを含む。

別の実施形態にしたがって、鍛造工具の共通セットを用いて部品のさまざまな特徴のうちのいずれかを鍛造する方法を提供する。該方法は、鍛造する被加工物の表面に工具セットを近接させ、工具のいくつかを用いて被加工物表面に隣り合うキャビティーを形成することを含む。セットにおける工具の少なくとも１つを用いて、被加工物の部分を可塑化し、かつ、セットにおける工具の少なくとも１つを用いることにより特徴のある部品を形成して、被加工物の可塑化した部分をキャビティー内へ押し出す。特徴のさらなる部品は、被加工物表面の上方で工具のセットを徐々に移動させること、および、キャビティーを形成し、被加工物を可塑化し、可塑化した部分をキャビティー内へ押し出す工程を繰り返すことにより鍛造される。キャビティーを形成することは、被加工物表面の部分を取り囲み、かつ、被加工物の押し出された部分をせき止めるためのダムとして工具のいくつかを用いることを含んでもよい。被加工物の部分を可塑化するために用いられる工具は、工具が被加工物に接触する際に工具を回転させるか、往復運動させるか、または、振動させることにより達成可能な摩擦接触を通じて被加工物を加熱するために用いてもよい。

さらなる実施形態にしたがって、被加工物に特徴を鍛造するための装置を提供する。該装置は、工具セットと、工具セットにより被加工物の連続した部分を鍛造可能な被加工物の表面上の複数の地点の各々へ工具セットを移動させるための手段とを含む。工具セットは、被加工物の部分を可塑化し、押し出すための少なくとも第１の工具、および、被加工物の押し出された部分を形作るための少なくとも第２の工具を含んでもよい。該装置は、第１の工具を被加工物に摩擦接触させるある方向および第１の工具を被加工物内へ沈み込ませる第２の方向に第１の工具を変位させるための手段をさらに含んでもよい。工具セットを移動させるための手段は、工具セットが装着された工作機械ヘッドと、被加工物上の複数の地点の各々へヘッドを変位させるための工作機械と、工作機械および工具セットにおける工具の各々の動作を制御するためのプログラムされたコントローラとを含んでもよい。第１の工具は、その長手方向軸の回りに回転可能、かつ、前記軸に沿って変位可能な長尺のピンを含んでもよい。第２の工具は、第１の工具に隣り合って配置されており、かつ、被加工物の押し出された部分をせき止めるためのダムを形成している。

９．鍛造工具の共通セットを用いて部品のさまざまな特徴のいずれかを鍛造する方法であって、
鍛造される被加工物の表面に工具のセットを近接させ、
工具のうちのいくつかを用いて被加工物表面に隣り合うキャビティーを形成し、
セットにおける工具のうちの少なくとも１つを用いて、被加工物の部分を可塑化し、
セットにおける工具のうちの少なくとも１つを用いて、被加工物の可塑化した部分をキャビティー内へ押し出すことにより、特徴の部品を形成し、
工具のセットを被加工物表面の上方で徐々に移動させること、および、被加工物表面の上方にキャビティーを形成し、被加工物の部分を可塑化し、被加工物の可塑化した部分をキャビティー内へ押し出す工程を繰り返すことにより、特徴の追加の部品を鍛造する
ことを含む、方法。
１０．キャビティーを形成することが、被加工物表面の部分を取り囲むダムとして少なくともいくつかの工具を用いることを含む、請求項９に記載の方法。
１１．キャビティーの追加の部品を鍛造することが、キャビティーの容積を変化させることを含む、請求項９に記載の方法。
１２．キャビティーの容積を変化させることが、いくつかの工具のうちの少なくとも１つを変位させることを含む、請求項１１に記載の方法。
１３．工具のうちの少なくとも１つを用いて被加工物の部分を可塑化することが、工具を用いて摩擦接触により被加工物を加熱することを含む、請求項９に記載の方法。
１４．工具を用いて摩擦接触により被加工物を加熱することが、工具が被加工物と接触している際に工具を回転させることを含む、請求項１３に記載の方法。
１５．工具のうちの少なくとも１つを用いて被加工物の部分を押し出すことが、被加工物の可塑化した部分内へ工具を沈み込ませることを含む、請求項１１に記載の方法。
１６．工具セットを用いて、被加工物上の圧縮応力軽減を行うこと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。

２４．鍛造工具の共通セットを用いて、部品の複数の特徴のいずれかを鍛造する方法であって、
プログラムされた工作機械を用いて、被加工物の表面上の複数の地点の各々へ工具セットを移動させること、および、
被加工物表面上の地点の各々において部品の特徴のうちの１つの部分を逐次鍛造することであって、
被加工物表面に工具のうちの少なくとも第１の工具を接触させ、
被加工物表面の上方にキャビティーを形成するように、第１の工具と複数の他の工具の各々とを配列し、
第１の工具を用いて被加工物の部分を摩擦加熱することにより、被加工物の部分を可塑化し、
被加工物の可塑化した部分内へ第１の工具を沈み込ませることにより、被加工物の可塑化した部分をキャビティー内へ押し出す
ことを含む逐次鍛造すること
を含む、方法。

２５．被加工物に複数の特徴のいずれかを鍛造するための装置であって、
工作機械ヘッドを含む工作機械と、
工作機械を制御し、かつ、被加工物上の複数の位置の各々へヘッドを移動させるためのプログラムされたコントローラと、
ヘッド上に装着されている工具の共通セットであって、
被加工物の部分を摩擦加熱し、可塑化するための少なくとも第１の回転可能なピンであって、被加工物の可塑化された部分を押し出すために長手方向軸に沿って被加工物内へ変位可能であるピン、および、
表面被加工物と接触可能であり、かつ、押し出された部分をせき止めるためのダムを形成している複数の第２の工具であって、その中に可塑化された部分が押し出されてもよいキャビティーをひとまとまりで形成している第２の工具
を含む共通セットと、
を含む、装置。

開示されている実施形態は、リードタイムを短縮しつつ工作機械器具一式および材料のコストを低減する、被加工物にさまざまな特徴のうちのいずれかを形成する方法および装置に対する必要性を満たす。

図１は、逐次鍛造のための装置の構成部品を示したブロック図である。図２は、逐次鍛造技術により製作される部品の斜視図である。図２Ａは、代替の方法を用いてひれ状部が鍛造された、図２に示した部品の一部の拡大斜視図である。図３は、逐次鍛造のための方法の工程を示したフロー図である。図４は、被加工物の表面に近接させた工具セットの正面図である。図５は、図４と同様の図であるが、被加工物表面に接触させた工具セット、および、被加工物材料の一部をキャビティー内へ押し出した工具のうちの１つを示している。図６は、特徴の一区分が工具セットにより逐次鍛造された図４および図５に示した工具セットの上面図である。図７は、図６に示した工具セットの斜視図である。図８は、被加工物の上方での工具セットの１回目のパス中に後退可能なダムを用いて第１の高さに部分的に形成された特徴を示す図５と同様の図である。図９は、図８と同様の図であるが、工具セットの後続のパス中に第２のより高い高さに形成された特徴を示している。図１０は、図８および図９に示した工具セットにより鍛造される完全に形成された特徴の断面図である。図１１は、図８と同様の図であるが、押し出し成形された特徴の幅を増大させるために用いる側方に変位可能な工具を示している。図１２は、図１０と同様の図であるが、第２の逐次鍛造工程中の側方に変位した工具のうちの１つ、および、幅が増大した押し出し成形された特徴を示している。図１３は、被加工物の部分を可塑化し、押し出すために図４〜図９、図１１および図１２に示した工具セットにおいて用いられる回転ピンの斜視図である。図１４は、被加工物の部分を可塑化し、押し出すための直線運動を用いた工具の代替の形態の斜視図である。図１５は、逐次鍛造により形成される湾曲した特徴を有する被加工物の斜視図である。図１６は、図１５に示した湾曲した特徴を逐次鍛造するために用いられる振動工具のうちの１つの斜視図である。図１７は、一対の回転ピンが協働して材料をキャビティー内へ押し出す、被加工物の一部を鍛造する工具セットの正面図である。図１８は、被加工物表面の焼き戻しに用いることができる工具セットの代替の形態の正面図である。図１９は、図１８と同様の図であるが、被加工物表面に当接させた工具セットおよびバックアップ工具のセット、ならびに、該表面を部分的に貫通した焼き戻し工具を示している。図２０は、被加工物表面の焼き戻しに用いられるローラボールを使用する別の工具セットの正面図である。図２１は、逐次鍛造プロセスの支援に用いられる別の工具セットおよび局部的に加熱されたバックアップ工具の正面図である。図２２は、図２１と同様の図であるが、押し出し成形中の工具の位置を示している。図２３は、押し出し成形中の別の工具セットおよび関連するバックアップ工作機械器具一式の正面図である。図２４は、航空機の製造および保守方法のフロー図である。図２５は、航空機のブロック図である。

まず図１および図２を参照すると、開示されている実施形態は概して、ここで部品と呼ぶこともある被加工物３２にさまざまな特徴３４のうちのいずれかを鍛造するための装置３０に関する。被加工物３２は、限定はされないが、半加工品、鍛造品またはその他の種類のあらゆる形状の部品であってもよい。被加工物３２は、金属または金属合金を含んでいてもよいが、開示されている方法および装置は、熱可塑性材料などの他の材料から作られる部品３２の形成に有用であってもよい。図１に示されているように、装置３０は、被加工物３２の形成、または、被加工物３２の選択された特徴３４（図２）のみの形成や精錬に使用してもよい。示されている例において、装置３０は、金属片を、直立したひれ状部３４ａ、ボス３４ｂおよびくぼんだ溝部３４ｃを含む鍛造された特徴を有する概ねＵ字形の部品３２に形成するのに用いられているが、これらの特徴は、装置３０を用いて逐次鍛造可能な広範な特徴および形状を単に例示しているにすぎない。

図１に示されているように、装置３０は概して、工作機械ヘッド４２上に装着された工具セット４０を含む。工作機械ヘッド４２は、複数の軸に沿って工作機械ヘッド４２を移動させることのできる工作機械４４の一部を構成していてもよい。例えば、工作機械４４は、３本の直交するｘ、ｙおよびｚ軸（図示せず）に沿ってヘッド４２を移動させ、かつ、これらの軸のうちの２本の回りでヘッド４２を回転させることのできる５軸複合工作機械を含んでいてもよい。他の実施形態において、工作機械ヘッド４２が静止している状態で、工作機械４４が被加工物３２を移動させてもよい。ヘッド４２の移動および工具セット４０の制御を含む工作機械４４の動作は、制御プログラム５０にしたがったＣＮＣ（コンピュータ数値制御された）コントローラ４８により制御されてもよい。後でより詳細に取り上げるように、工具セット４０は、ヘッド４２が、被加工物３２の表面３６の上方の予めプログラムされた経路（図示せず）に沿った連続した位置へ徐々に工具セット４０を移動させている際に、１つ以上の特徴３４の部分を逐次鍛造するために用いられる鍛造工具の共通セットを含んでいてもよい。鍛造工具の「共通セット」は、工具セット４０における工具が、形成される特徴３４の種類に対して専用または特有の部品でなくてもよく、むしろ、多種多様な特徴３４および部品３２のうちのいずれかを形成するために用いてもよいということを示している。いくつかの実施形態において、被加工物３２の反対側表面３６ａに関与する任意のバックアップ工具セット４０ａは、工具セット４０と協働して、逐次鍛造プロセスを支援する。

図３は概して、図１に示した装置３０を用いて被加工物３２に特徴３４を逐次鍛造する方法の工程を示している。該方法は、工作機械４４の座標系内の既知の位置における工作機械台または床（図示せず）上に金属半加工品（図示せず）を設置する工程５２で開始する。工程５４において、開始位置にある被加工物表面３６に工具セット４０を近接させ、かつ、被加工物表面３６にセット４０における工具の少なくともいくつかを接触させる。工程５６において、工具セット４０を用いて、被加工物表面３６の周囲または上方にその中へ材料を押し出し可能なキャビティー７６（図５参照）を形成する。５８において、工具セット４０を用いて、被加工物３２の部分を可塑化し、キャビティー７６内へ押し出す。６０において、特徴３４が完全に形成されていれば、工程６２においてプロセスは終了し、そうでなければ、６４に示されているように、工作機械４４により工作機械ヘッド４２のプログラムされた移動を通じて工具セット４０を被加工物３２上の次の鍛造位置へ徐々に進める。あるいは、前に触れたように、被加工物３２を工具セット４０に対して移動させることにより、工具セット４０を次の鍛造位置へ徐々に進めることができる。いずれの場合も、工程５４、５６および５８を繰り返して、特徴３４が完全に形成されるまで特徴３４の連続した部分を形成する。

図２および図２Ａを参照して、上で説明した工具セット４０による逐次鍛造は、形成されている特徴３４に直接隣り合っている地点か、または、特徴が形成される側面とは反対側の被加工物の側面上の地点のいずれかから被加工物３２内の可塑化された材料を押し出し成形することにより行ってもよい。例えば、図１において、ひれ状部３４ａは、被加工物３２の底部側３３から材料を押し出し成形し、特徴３４ａの下方に溝部３５を残すことにより形成してもよい。対照的に、図２Ａに示されているように、ひれ状部３４ａは、ひれ状部３４ａの対向する両側面上の被加工物３２の上表面３６から材料を押し出し成形し、表面３６に少なくとも１本の溝部３７を残すことにより形成される。

ここで、工具セット４０の示されている一実施形態のさらなる詳細を示した図４〜図７に注目する。本例において、工具セット４０は、図１３に示されているように、長手方向軸９０の回りを回転可能かつ該軸に沿って変位可能な円筒形鍛造ピン６６を含む。回転鍛造ピン６６は、被加工物３２の表面３６から押し出された材料の流れをせき止め、かつ、導くダムとして作用する一連の工具７０、７２、７４、８０ａおよび８０ｂにより取り囲まれている。本実施形態において、工具７０、７２、７８、８０ａおよび８０ｂは、鍛造ピン６６に対して静止した状態である一方、工具７６は、被加工物表面３６の上方にキャビティー７６を作成するように垂直に後退可能である。本例において、直立したひれ状部または刃部３４ａは、工作機械ヘッド４２を用いて、矢印４６により示される方向に工具セット４０を徐々に移動させることにより、被加工物３２の表面３６上に形成されている。

図５を参照して、工具セット４０が被加工物３２の表面３６上の予めプログラムされた地点に位置している状態で、工具セット４０を被加工物表面３６に接触させ、かつ、所望の予めプログラムされた高さのキャビティー７６を形成するように工具７４を上向きに後退させる。次いで、被加工物表面３６と摩擦接触するように鍛造ピン６６を下向きに押しやりながら、工作機械ヘッド４２によりピン６６を回転させる。回転ピン６６の底部端６６ａと被加工物表面３６との間の摩擦接触により、被加工物３２の局部的加熱が生じる。ピン６６の底部６６ａを取り囲む材料が可塑化することにより、流動可能となり、押し出されるようになるまで、該加熱が行われる。材料が可塑化し、流動可能となるにつれて、鍛造ピン６６は、さらに下向きに沈み込み、被加工物３２中の材料を変位させ、かつ、キャビティー７６内へ押し出すことにより、所望の特徴３４の部分を形成し、かつ、材料がそこから変位した溝部３７が残る。

場合によっては、特徴３４を所望の寸法に形成するためには複数のパスを行う必要があることがある。例えば、図８に示されているように、工具セットの１回目のパス中、特徴３４は、工具７４の後退位置により決められる高さｈ_１に形成される。図９を参照すると、被加工物表面３６の上方での工具セット４０の２回目のパス中、工具７４は、高さｈ_１を量ｈ_２だけ超えて上向きに後退させられる。この２回目のパス中に、鍛造ピン６６の下側端６６ａは、被加工物３２内により深く沈み込み、これにより、工具７４のさらなる後退により高さが増大するキャビティー７６内へさらなる量の材料を押し出す。図１０は、材料がそこから押し出されて、特徴３４ａを形成した溝部３７とともに、表面被加工物３２上に鍛造された最終特徴３４ａを示している。

図１１および図１２は、前に説明したものと概ね同様の工具セット４０を示しているが、ここでは、工具７０および２つの工具７４は側方に変位可能である。例えば、図１１に示されているように、工具７４は、回転ピン６６とともに、内部幅ｗ_１を有するキャビティー７６を形成するダムとして機能する。したがって、工具セット４０による１回目のパス中、特徴は部分的に第１の幅ｗ_１に形成される。その後、図１２に示されているように、工具７０は側方に変位され、工具７４のうちの一方が上向きに移動することにより、キャビティー７６の幅が増大してｗ_１＋ｗ_２となる。より幅の広いキャビティー７６ａを含む工具セット４０の２回目のパス中、より幅の広いキャビティー７６ａと実質的に等しい最終幅、すなわちｗ_１＋ｗ_２を有する特徴の残り部分が形成される。

図１３は、前に説明した回転鍛造ピン６６を示し、かつ、被加工物材料の可塑化に要する摩擦を発生させるために用いられてもよいある種の運動を例示している。被加工物３２との摩擦を増大させるために下側端６６ａにねじ山を有していても有していなくともよい円筒形ピン６６は、その長手方向軸９０の回りで回転可能である。被加工物３２との必要な摩擦を生み出すためのその他の種類の運動を用いてもよいその他の形態および形状の鍛造工具が可能である。例えば、図１４は、矢印９４により示されているような往復運動を有し、その結果、底部表面８８ａが、軸９６に概ね沿った前後または往復運動で被加工物表面３６に摩擦接触する概ね正方形または矩形の鍛造工具８８の使用を示している。鍛造工具８８は、材料を隣り合うキャビティー７６内へ押し出すために、矢印８４により示されているように垂直方向に変位可能である。材料、表面の質感および往復運動の速度は、摩擦により発生した熱が、被加工物材料を可塑化して押し出しを可能とするのに十分であるが、材料の溶着を生じるほどには高くないように、選ばねばならない。

ここで図１５および図１６を参照すると、湾曲した特徴３４ｄは、１つ以上の湾曲した鍛造工具８６を含む工具セット（図示せず）を用いて被加工物３２に逐次鍛造されてもよい。示されている例において、湾曲した鍛造工具８６は、半円形状を有しているが、その他の形状も可能である。工具８６は、矢印９４により示されているように軸９２の回りを前後に振動し、かつ、特徴３４ｄ上に湾曲表面８７を鍛造するために被加工物３２と接触可能な湾曲した外側周囲表面８６ａを含む。工具８６は、矢印９５により示されているように、特徴３４ｄへ向かう方向および該特徴から離間する方向へ変位可能である。

図１７は、被加工物３２からの可塑化した材料を押し出してもよいキャビティー７６を形成するために離間した一対の回転鍛造ピン６６ｂ、６６ｃを使用する工具セット４０の別の実施形態を示している。ピン６６ｂ、６６ｃ間のダムを形成する後退可能な工具７４は、押し出し成形された特徴３６の高さを制御する。外側工具７０、７２は、キャビティー７６内への可塑化した材料の流れの制限を支援する静止したダムとして作用する。

図１８および図１９を参照して、実施形態はまた、急冷による残留応力を除去するため、または、材料上のリューダース線の形成を防ぐための、被加工物３２に対する軽い（例えば、約１％から５％の）焼き戻し歪みの印加に使用してもよい。部品の表面３６に垂直に実質的に均一な圧縮応力の軽減を達成してもよい。工具セット４０を用いて、被加工物の全領域の均一な全体的応力軽減を行うか、または、局部的圧縮応力軽減処置を行ってもよい。いくつかの適用例において、工具セット４０を使用して、部品の表面上の地点の関数として圧縮応力軽減量を変化させてもよい。図１８は、圧縮応力軽減に用いられる単純化した工具セット４０を示している。工具セット４０は、一対の制限工具７０、７２間に挟まれた回転可能な鍛造ピン６６を含む。図１９において、工具セット４０は、圧縮応力軽減を行うために被加工物表面３６に接触させられている。バックアップ工具セット７５を用いて、該プロセスを支援してもよい。回転可能な鍛造ピン６６は、制限工具７０、７２が、回転する鍛造ピン６６により変位させられた材料の移動を制限するよう作用している間に、表面３６内にわずかに沈み込む。工具セット４０は、所望の圧縮応力軽減を行うために、表面３６の上方を移動させられる。２本の鍛造ピン６６ｂ、６６ｃを使用する図１７に示されている工具セット４０もまた、圧縮応力軽減に用いてもよい。

ここで、圧縮応力軽減に用いてもよい工具セット４０の別の形態を示す図２０に注目する。本実施形態において、ローラボール９８は、せん断応力を除去するために被加工物表面３６を横切ってボール９８を移動させ、かつ、残留応力を除去するために被加工物表面３６に実質的な純圧縮をかけるのに用いてもよい工具１００内で回転可能である。側方工具１０２は、ローラボール９８により変位させられた被加工物表面３６における材料の移動を制限するダムとして機能する。

ここで、図２１を参照して、別の実施形態において、開示されている工具セット４０は、被加工物表面３６と反対側の被加工物３２の側面３６ａに関与するために位置決めされる個々のバックアップピン１０６のセット１０４を含むバックアップ工具セット４０ａと組み合わせて用いることができる。バックアップピン１０６の各々は、矢印１１２により示されているように被加工物３２へ向かう方向および被加工物３２から離間する方向に長手方向に沿って移動可能である。ピン１０６は、例えば限定はされないが、誘導加熱器１０８を用いて局部的に加熱されてもよい。ピン１０６を加熱すると、被加工物材料および工具セット４０に加工されている領域の温度を上昇させることにより被加工物３２の可塑化を支援できる。図２２において示されているように、工具セット４０が被加工物表面３６と接触させられている際に、押し出しキャビティー７６の正反対側のピン１１０のうちの１本は、鍛造プロセスを支援するために被加工物３２内へ変位させられてもよく、このことは、より厚みの大きい断面を有する被加工物３２を用いるときにとりわけ有用であることがある。

加熱されたバックアップピン１０６は、前に説明した工具セット４０のいずれかとともに使用すると有利である。例えば、図２３は、図１７に関連して前に説明したものと同様の工具セット４０を示している。本例において、バックアップピン１１０のうちの１本は、押し出しキャビティー７６の正反対側の被加工物３２内へ矢印１１２により示されているように変位させてもよい。一対の回転鍛造工具６６ｂ、６６ｃを合わせて用いて、より高さの高いまたは厚さの薄い特徴を形成するか、または、被加工物３２を局部的に変形させてもよく、これにより、残留応力を除去するか、または、変形を補償する。

本開示の実施形態は、多種多様な潜在的用途、とりわけ、例えば航空宇宙、海洋および自動車用途を含む運輸産業において用いられてもよい。したがって、ここで図２４および図２５を参照すると、本開示の実施形態は、図２４に示すような航空機の製造および保守方法１２０ならびに図２５に示すような航空機１２２との関連において、用いることができる。本生産の前で、方法１２０の一例は、航空機１２２の仕様および設計１２４ならびに材料調達１２６を含んでいてもよい。開示されている方法は、航空機１２２の仕様および設計１２４中の部品の作成に用いるために規定されていてもよい。生産の際は、航空機１２２の構成部品および部分組立品の製造１２８ならびにシステム統合１３０が行われる。開示されている方法は、構成部品および部分組立品の製造１２８中の部品の製造に用いられてもよい。その後、航空機１２２は、認証および納品１３２を経て、運航１３４されてもよい。顧客による運航中、航空機１２２は、（改修、再構成、修繕などを含むかもしれない）定常的整備および保守１３６を受けることとなる。開示されている方法および装置により製造された部品は、整備および保守１３６中に航空機１２２に設置されてもよい。

方法１２０のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者および／または操作者（例えば、顧客）により行われるかまたは実施されてもよい。本件の説明のため、システムインテグレータは、任意の数の航空機製造者および主要なシステム下請け業者に限定されないがこれらを含んでもよい。第三者は、任意の数の取り扱い業者、下請け業者および供給業者に限定されないがこれらを含んでもよい。操作者は、航空会社、リース会社、軍隊、保守組織などであってもよい。

図２５において示されているように、方法１２０の一例により製造される航空機１２２は、複数のシステム１４０および内装１４２とともに機体１３８を含んでいてもよい。開示されている装置を用いて製造された部品は、機体１３８において、および、内装１４２内において用いられてもよい。高レベルシステム１４０の例としては、推進システム１４４、電気システム１４６、油圧システム１４８および環境システム１５０のうちの１つ以上が挙げられる。任意の数の他のシステムを含んでもよい。航空宇宙の例が示されているが、本開示の原理は、海洋および自動車産業といった他の産業に適用することもできる。

ここで実施されているシステムおよび方法は、製造および保守方法１２０のいずれか１つまたはそれ以上の段階中に使用してもよい。例えば、製造プロセス１２８に対応する構成部品や部分組立品は、航空機１２２が運航されている間に製造される構成部品や部分組立品と同様に組立てまたは製造されてもよい。また、航空機１２２の組立てを大幅に早めるか、または、航空機１２２のコストを削減することにより、例えば、製造段階１２８および１３０中に、一以上の開示されている方法および装置の実施形態を利用してもよい。同様に、航空機１２２の運航中、一以上の装置の実施形態、方法の実施形態またはこれらの組み合わせを利用してもよい。

本開示の実施形態は、いくつかの例示的実施形態に関連して説明したが、特定の実施形態は、当業者が他の変形例に想到するであろうから、説明を目的としているのであって限定を目的とはしていないことは理解されたい。

本開示の実施形態は、いくつかの例示的実施形態に関連して説明したが、特定の実施形態は、当業者が他の変形例に想到するであろうから、説明を目的としているのであって限定を目的とはしていないことは理解されたい。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
被加工物の表面に工具セットを近接させ、
工具セットにおける少なくとも第１の工具を用いて、被加工物表面に隣り合う概ね囲まれたキャビティーを形成し、
工具セットにおける少なくとも第２の工具を用いて、被加工物の部分を可塑化し、キャビティー内へ押し出す
ことを含む、被加工物に特徴を鍛造する方法。
（態様２）
工具セットを被加工物上の異なる地点へ徐々に移動させること、および、
被加工物表面に工具セットを近接させ、概ね囲まれたキャビティーを形成し、被加工物の部分を可塑化し、キャビティー内へ押し出す工程を繰り返すこと
をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様３）
第１の工具を用いてキャビティーを形成することが、被加工物表面に第１の工具を接触させることにより被加工物表面上にダムを形成することを含む、態様１に記載の方法。
（態様４）
被加工物の部分を可塑化することが、第２の工具に被加工物表面を摩擦接触させることにより被加工物を加熱することを含む、
態様１に記載の方法。
（態様５）
摩擦接触は、被加工物表面に対して第２の工具を振動させることにより行う、態様４に記載の方法。
（態様６）
摩擦接触は、被加工物表面に対して第２の工具を往復運動させることにより行う、態様４に記載の方法。
（態様７）
押し出しは、被加工物の可塑化した部分内に第２の工具を沈み込ませることにより行う、態様１に記載の方法。
（態様８）
工具セットを用いて、被加工物上の圧縮応力軽減を行うこと
をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様９）
被加工物の部分を可塑化し、押し出すための少なくとも１つの工具および被加工物の押し出された部分を形作るための少なくとも第２の工具を含む工具のセットと、
工具セットにより被加工物の部分を鍛造可能な被加工物の表面上の複数の地点の各々へ工具セットを移動させるための手段と
を含む、被加工物に特徴を鍛造するための装置。
（態様１０）
第１の工具を被加工物に摩擦接触させる第１の方向および第１の工具を被加工物内へ沈み込ませる第２の方向に第１の工具を変位させるための手段をさらに含む、態様９に記載の装置。
（態様１１）
工具セットを移動させるための手段が、
工具セットが装着された工作機械ヘッドと、
被加工物上の複数の地点の各々へヘッドを変位させるための工作機械と、
工作機械および工具セットにおける工具の各々の動作を制御するためのプログラムされたコントローラと
を含む、態様９に記載の装置。
（態様１２）
第１の工具が、その長手方向軸の回りに回転可能、かつ、前記軸に沿って変位可能な長尺のピンを含む、態様９に記載の装置。
（態様１３）
第２の工具が、第１の工具に隣り合って配置されており、かつ、被加工物の押し出された部分をせき止めるためのダムを形成している、態様９に記載の装置。
（態様１４）
工具セットが、少なくとも第３の工具を含み、第１、第２および第３の工具が、その中に被加工物の可塑化された部分が押し出されるキャビティーを形成している、態様９に記載の装置。
（態様１５）
工具セットが被加工物の表面上の種々の地点へ移動させられている際に、第２および第３の工具のうちの少なくとも一方が、変位可能である、態様１４に記載の装置。

Claims

被加工物の表面に工具セットを近接させ、
工具セットにおける少なくとも第１の工具を用いて、被加工物表面に隣り合う概ね囲まれたキャビティーを形成し、
工具セットにおける少なくとも第２の工具を用いて、被加工物の部分を可塑化し、キャビティー内へ押し出す
ことを含む、被加工物に特徴を鍛造する方法。
工具セットを被加工物上の異なる地点へ徐々に移動させること、および、
被加工物表面に工具セットを近接させ、概ね囲まれたキャビティーを形成し、被加工物の部分を可塑化し、キャビティー内へ押し出す工程を繰り返すこと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
第１の工具を用いてキャビティーを形成することが、被加工物表面に第１の工具を接触させることにより被加工物表面上にダムを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
被加工物の部分を可塑化することが、第２の工具に被加工物表面を摩擦接触させることにより被加工物を加熱することを含む、
請求項１に記載の方法。
摩擦接触は、被加工物表面に対して第２の工具を振動させることにより行う、請求項４に記載の方法。
摩擦接触は、被加工物表面に対して第２の工具を往復運動させることにより行う、請求項４に記載の方法。
押し出しは、被加工物の可塑化した部分内に第２の工具を沈み込ませることにより行う、請求項１に記載の方法。
工具セットを用いて、被加工物上の圧縮応力軽減を行うこと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
被加工物の部分を可塑化し、押し出すための少なくとも１つの工具および被加工物の押し出された部分を形作るための少なくとも第２の工具を含む工具のセットと、
工具セットにより被加工物の部分を鍛造可能な被加工物の表面上の複数の地点の各々へ工具セットを移動させるための手段と
を含む、被加工物に特徴を鍛造するための装置。
第１の工具を被加工物に摩擦接触させる第１の方向および第１の工具を被加工物内へ沈み込ませる第２の方向に第１の工具を変位させるための手段をさらに含む、請求項９に記載の装置。
工具セットを移動させるための手段が、
工具セットが装着された工作機械ヘッドと、
被加工物上の複数の地点の各々へヘッドを変位させるための工作機械と、
工作機械および工具セットにおける工具の各々の動作を制御するためのプログラムされたコントローラと
を含む、請求項９に記載の装置。
第１の工具が、その長手方向軸の回りに回転可能、かつ、前記軸に沿って変位可能な長尺のピンを含む、請求項９に記載の装置。
第２の工具が、第１の工具に隣り合って配置されており、かつ、被加工物の押し出された部分をせき止めるためのダムを形成している、請求項９に記載の装置。
工具セットが、少なくとも第３の工具を含み、第１、第２および第３の工具が、その中に被加工物の可塑化された部分が押し出されるキャビティーを形成している、請求項９に記載の装置。
工具セットが被加工物の表面上の種々の地点へ移動させられている際に、第２および第３の工具のうちの少なくとも一方が、変位可能である、請求項１４に記載の装置。