JP2015533681A - プリフォームを製造する製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ターボ機械の中空部品のプリフォームを圧密化し、乾燥し、切断するための器具（８）であって、材料シート（１、７）を支持するための支持体としての役割を果たし、長い凹部（２２、２２ａ）を含む基部（２、２ａ）と、前記長手方向凹部に位置決めされて、基部に対して材料シートを固定するマンドレル（３、３ａ）であって、マンドレル（３、３ａ）の両側に配置される前記シート（１、７）の２つのフラップ（１２、１３、７２、７３）を画定するマンドレル（３、３ａ）と、マンドレルの両側で基部上で支持され、マンドレルに対してシートのフラップを固定する２つの側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）とを備え、前記側方ブロックおよび／またはマンドレルは、前記フラップがマンドレルもしくは前記側方ブロックの寸法に調整されるように前記フラップを切断する手段と協働する器具（８）に関する。

Description

本発明は、中空ターボ機械部品の製造方法に関し、特に、組み合わせて中空ターボ機械部品用の射出成形工具に配置されるように設計されたプリフォームの製造方法に関する。

ターボ機械に使用される中空部品は、その特有の形状と許容誤差から、製造に手間がかかる。

このような中空部品は、一般に、通常は射出成形金型の内部に位置決めされるプリフォームの使用を必要とする射出成形プロセスで製造され、これらのプリフォームの製造は、結果的に得られる最終部品の品質に影響を与える。

しかし、上記プリフォームの製造は手間がかかり、複数の異なるステップが必要であり、それぞれのステップが部品の最終品質に影響を与える。

本発明の目的は、正確な位置決めおよび寸法決めすると同時に産業規模で使用可能な中空ターボ機械部品用のプリフォームを製造する製造方法を提案することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、中空ターボ機械部品用プリフォームの成形方法であって、
織り繊維で作られたシートが長手方向凹部を有する基部上に位置決めされ、
前記長手方向凹部に、近位端と遠位端との間で増加する厚さを有し基部に実質的に垂直な長手方向側面を有するマンドレルが位置決めされて、基部とマンドレルとの間で前記シートが固定され、
マンドレルの遠位端が所定位置で係止され、
近位ブロックがマンドレルの近位端を覆うように基部に当てられ配置されて、前記近位ブロックが係止され、
マンドレルの側面の周囲にシートの２つのフラップが成形され、
２つの側方ブロックはマンドレルの両側で基部に当てられ位置決めされて、前記側方ブロックの１つとマンドレルの１つの側面との間でフラップが固定され、
前記側方ブロックが所定位置で係止され、
このようにして成形されたアセンブリが乾燥されてシートの形状が固定されることにより、２つのフラップが垂直に延びるフラットな基部を含むプリフォームが成形され、
フラップは過剰な材料をトリミングすることによってマンドレルの寸法に調整される、成形方法を提案する。

変形形態として、前記方法は、別々に、もしくは組み合わせて、１つまたは複数の以下の特徴を有する：
マンドレルの寸法へのフラップの調整は、マンドレルの縁部に対向してタッピングブロックを位置決めすることで行われる、
所定位置での係止は、コレットもしくは固定ねじを使用して行われる、
前記シートは、編目炭素繊維で作られる、
前記プリフォームは、ターボ機械翼プリフォームを製造するように設計される。

本発明はさらに、
第１のＵ字形プリフォームと第２のＴＴ形状プリフォームとを製造するために上述の方法を使用して２つのプリフォームの成形ステップが行われ、
前記２つのプリフォームの基部が向かい合うように、またそれぞれのフラップによって分離されるように、第２のＴＴ形状プリフォームの２つのフラップ間に第１のＵ字形プリフォームを差し込むことによって、上記のようにして製造された２つのプリフォームが結合され、
このようにして成形されたアセンブリが射出成形工具に配置される、方法に関する。

本発明はさらに、中空ターボ機械部品のプリフォームを圧密化し、乾燥して、トリミングするための工具であって、
材料シートを支持する支持体としての役割を果たすように設計された基部であって、長手方向凹部を含む基部と、
基部に材料シートを固定するために、前記長手方向凹部に位置決めされるように設計されるマンドレルであって、マンドレルの両側に位置する前記シートの２つのフラップを画定し、近位端と遠位端との間で増加する厚さを有し、基部に対して実質的に垂直な２つの長手方向側面を有するマンドレルと、
マンドレルに対してシートのフラップを固定するために、マンドレルの両側で基部に当てられ位置決めされるように設計された２つの側方ブロックとを含み、前記側方ブロックおよび／またはマンドレルは、前記フラップのトリミング手段と協働して、前記フラップをマンドレルもしくは前記側方ブロックの寸法に調整し、前記工具はさらにマンドレルの一端に当てられ位置決めされ、基部に対して係止する役割を果たすように設計された近位ブロックを含むことを特徴とする工具に関する。

変形形態として、前記工具は、別々に、もしくは組み合わせて、１つまたは複数の以下の特徴有する：
前記側方ブロックおよび／またはマンドレルは、マンドレルもしくは前記側方ブロックの寸法にフラップを調整する時に過剰分を吸収するためにタッピングブロックを収容するように設計された凹部を有する、
基部、マンドレル、側方ブロック、および近位ブロックは、場合により、樹脂製、熱可塑性プラスチック材料製、アルミニウム製、もしくは鋼鉄製である。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。以下の説明は、単なる例であって、以下の説明に限定されるのではなく、添付図面を参照して読まれなければならない。

本発明の一態様の工具の基部に配置された材料シートの図である。 本発明の一態様の工具のマンドレルの側面図である。 図２に示されている基部、材料シート、およびマンドレルの結合部の断面図である。 図３に示されたアセンブリに本発明の一態様の工具の追加要素が追加された図である。 マンドレルの所定位置での係止を詳細に示した図である。 成形されたアセンブリの断面図である。 図６の１つのゾーンの詳細図である。 図１〜図７で示されている工具を使用して成形されたプリフォームの一例を示した図である。 本発明の一態様の工具の別の変形形態を示した図である。 図９に示されている工具の１つのゾーンの詳細図である。 図９の工具を使用して成形された別の変形形態のプリフォームを示した図である。 図８および図１１に示されている２つのプリフォームのアセンブリを示した図である。 本発明の一態様の射出成形金型に位置決めされたアセンブリの図である。 本発明の一態様の射出成形金型に位置決めされたアセンブリの図である。

全ての図面において、共通の要素は同じ参照番号で示すものとする。

図１は、成形工具の基部２に位置決めされた材料シート１を示した図である。

シート１は、一般的には、３次元織り繊維、特に、炭素繊維で作られる。

基部２は、長手方向凹部２２と横方向凹部２３とを有するＴ字形凹部２１を含む。材料シート１は、長手方向凹部２２を覆うように、またはより詳細には、シート１の長さが長手方向凹部２２の両端間におさまるように位置決めされる。

図２は、図１に示されている基部２と結合されるように設計されたマンドレル３の側面図である。

マンドレル３は、全体がくさびの形状であり、つまり、近位端３１と遠位端３２との間で増加する厚さを有し、基部に対して実質的に垂直な２つの長手方向側面を有する。マンドレル３の遠位端３２は、典型的には平行六面体の取付部３３まで伸び、取付部３３は、基部２に当てられマンドレル３が基部２上の所定位置で係止されるように設計される。

マンドレル３の近位端３１と遠位端３２との間の長さは、有利には、基部２の長手方向凹部２２の長さに等しい。

図３は、マンドレル３の図２に示されている面Ａ−Ａに沿った断面、さらに基部２および材料シート１の断面を示した断面図である。

マンドレル３は、基部２の長手方向凹部２２に差し込まれるように位置決めされ、マンドレルの取付部３３は、長手方向凹部２２の外側で基部２に当てられ、横方向凹部２３とつながった端部と反対側の端部と位置合わせされる。

このようにしてマンドレル３を基部２の長手方向凹部２２内に位置決めすることによって、材料シート１の部分１１（図３参照）は、マンドレル３の作用により、基部２の長手方向凹部２２と適合するように成形される。

その結果、この部分１１の両側に、すなわち、マンドレル３の両側に２つのフラップ１２、１３が画定され位置付けされる。

図４は、基部２、シート１、およびマンドレル３から成るアセンブリであって、近位ブロック４と２つの側方ブロック５、６（図４には一方の側方ブロック５のみが図示されている）が結合されたアセンブリを示した図である。

近位ブロック４は、全体がＴ字形形状であり、基部２の横方向凹部２３に差し込まれるように設計された第１の部分４１と、基部２に位置決めされたマンドレル３に当てられるように設計された第２の部分４２とを含む。

図５は、シート１、基部２、マンドレル３、および近位ブロック４の相対位置決めを示した図であり、近位ブロックの第２の部分４２は、マンドレル３の近位端３１が基部２に押し付けられた状態で保持されるようにマンドレル３の上面に載置される。

図４はさらに、マンドレル３の側面に当てられるように基部２上に位置決められる側方ブロック５を示している。

対応するフラップ１２は、実質的に基部２に対して垂直に、マンドレル３の側面に沿うように予め折り曲げられる。

したがって、フラップ１２は、マンドレル３と側方ブロック５との間に固定される。

同様にして、第２の側方ブロック６は、マンドレル３の他方の側面に当てられるように、かつマンドレル３と第２の側方ブロック６との間で他方のフラップ１３を固定するように位置決めされる。

図６は、上述のようにして成形されたアセンブリの断面図である。Ｕ字形になったシート１が示されており、そのさまざまな部分が、基部２、マンドレル３、および側方ブロック５、６の間で固定される。

図７は、図６の円で囲まれた部分の詳細図である。図７に示されているのは、マンドレル３と側方ブロック５との間に位置するフラップ１２の自由端である。

シート１を基部２上に位置決めする際のかなり多くの制約を回避するために、有利には、シート１は、必要以上に大きな寸法に決められており、図７に示されるように、Ｕ字形になった時にマンドレル３の外に延びるフラップ１２、１３が成形される。

Ｕ字形になった時点で、２つのフラップ１２、１３は、過剰な材料をトリミングおよび除去することで、マンドレル３の高さに調整される。

この作業は、一般的には、アセンブリが図６に示されている形状にある時に行われる。その後、刃具がマンドレル３の上縁に沿って刃具を走らせることにより、フラップ１２、１３の過剰な材料を切断する。

そのためには、有利には、側縁５、６は、トリミングの際の機械加工のオーバーランを吸収することによって、側縁５、６の損傷を防ぐように設計されたタッピングブロック、すなわち、軟質材料製のシムを受容するように設計された凹部を含む。図７は、マンドレル３の上縁で、側縁５に成形された凹部に位置決めされるタッピングブロック５１を示した図である。

その反対に、タッピングブロックを配置するためにマンドレル３内に凹部を成形して、側方ブロック５、６の縁部に従ってトリミング作業を行うことも可能である。

これらの手段は、工具内で直接フラップ１２、１３の調整およびトリミングを行うように設計されており、プリフォームを変形させずに、また繊維を除去せずに、正確なトリミングを行うことができる。

図８は、側方ブロック５、６と、近位ブロック４と、基部２とを除去した後のマンドレル３の周囲に位置決めされるＵ字形に成形されたシート１を示した図である。このようにして成形されたシート１は、一般的には、このＵ字形部の中で固定するために、これらのさまざまな要素を除去する前に乾燥されている。

図９は、前図に示されているのと同様のアセンブリであり、この場合、材料シート７はＴＴ形状にされる。種々の要素は、前の図面と同じ参照番号の後にａが付けられて示されている。

シート７は、一般的には、３次元織り繊維、例えば、炭素繊維で作られる。

さまざまなステップおよび使用される手段は、基部２ａ内の凹部２２ａを除いて、前図を参照しながら説明したのと同様である。凹部２２ａは、上述のようにして成形された部分１１より大きい部分７１を成形するように設計される。

さらに、シート７は、最初に基部２ａに位置決めされる時に、基部２ａ上に位置決めされる複数のペインから成る。その後、マンドレル３ａがシート７の長手方向軸に沿って２つのフラップ７２、７３間に位置決めされる。その後、基部２ａに当てられる大きな部分７１を成形するように近位ブロック（図示せず）および側方ブロック５ａ、６ａが位置決めされ、この部分７１から実質的に垂直に２つのフラップ７２、７３が延び、これらの２つのフラップ７２、７３は、部分７１の長手方向軸の両側に延びて、マンドレル３ａと側方フラップ７２との間およびマンドレル３ａと側方フラップ７３との間でそれぞれ固定される。

図１０は、図９の詳細図であり、フラップ７２、７３をマンドレル３ａの高さに調整するのを強調した図である。

上述したように、フラップ７２、７３は、基部２ａに位置決めされる時に、最初は、過度の寸法にされることにより、成形される前に既に寸法が決められているシートの場合の極めて正確な位置決めに関する制約を回避することができる。

上述したように、シート７の２つのフラップ７２、７３は、例えば、切削工具をマンドレル３ａの上縁に沿って走らせることで、過剰な材料を除去することによって調整される。

図７に関して上述したように、トリミング作業を実行するのに、タッピングブロックを使用することができる。

上記のように、側方ブロック５ａ、６ａの縁部に沿って走らせてトリミング手順を実行することで、トリミングの手順を容易に逆にすることができる。この場合、有利には、マンドレル３ａは、タッピングブロックを収容するための１つまたは複数の凹部を含む。

図１０に示されている実施形態では、マンドレル３ａは、面取りした側方縁部３２ａ、３３ａを有し、例えば、側方縁部３２ａ、３３ａはトリミング刃具の案内部としての役割を果たすことができる。

図１１は、側方ブロック５ａ、６ａと、近位ブロック４ａと、マンドレル３ａと、基部２ａとが除去された後のＴＴ形状に成形されたシート７を示した図である。このようにして成形されたシート７は、一般的には、このＴＴ形状部の中で固定するために、これらの異なる要素を除去する前に乾燥されている。

したがって、図１〜図１１は、一般的には、３次元織り繊維、例えば、炭素繊維製の２つの片側プリフォームを製造するための工具および異なる関連ステップを示している。

これらの２つのプリフォームを製造するための上述の工具により、同じ工具の中で所与のプリフォームに対して成形、圧密化、乾燥、およびトリミングの作業を行うことが可能になるので、確実にこれらのプリフォームを正確に成形することができる。

図１２は、図８および図１１に示されている２つの予め成形されているシート１、７から成形されたプリフォームのアセンブリを示した図である。

図１２に示されているように、予め製造されているプリフォームが組み合わされ、２つの部分１１、７１が向かい合うように、またそれぞれの側方フラップ１２、１３、７２、７３によって分離されるように、Ｕ字形シート１がＴＴ形状シート７のフラップ７２、７３間に差し込まれ、シート１をＵ字形に成形するのに使用されるマンドレル３も同様に、２つの部分１１、７１間に位置決めされる。

図１３および図１４は、工具８０（典型的には、射出成形工具）内に成形されたアセンブリの位置決めを示した断面図である。

工具８０は、ＴＴ形状になったシート部分７１を支持する支持体としての役割を果たすように設計された基部８１と、近位係止ブロック８４と、側方ブロック８５、８６と、上方ブロック８７とを含む。

これらのさまざまな要素は、成形されたシート１、７のアセンブリを固定するために所定位置で係止されることにより、中空ターボ機械部品、例えば、ターボ機械の翼プラットフォームを成形することができる射出金型を形成する。

示されているさまざまな工具要素、特に、基部２、２ａ、８１と、マンドレル３、３ａと、近位ブロック４、４ａ、８４と、側方ブロック５、５ａ、６、６ａ、８５、８６と、上方ブロック８７とは、一般的には、ラピッドプロトタイピング技術で製造される場合には、樹脂もしくは熱可塑性プラスチック材料製である、またはアルミニウムもしくは鋼鉄製である。

これらのさまざまな工具要素は、一般的にはコレットもしくは固定ねじを使用して所定位置で係止され、固定は、シート１もしくはシート７を工具のさまざまな要素間で固定するためにシート１もしくはシート７の方向に対して行われる。

したがって、本発明により、中空ターボ機械部品を製造するための複数のプリフォームであって、射出成形工具内に直接配置することができるプリフォームの複雑なアセンブリを製造することができる。

本発明は、ターボ機械の翼プラットフォームを製造する特定の用途に使用される。

Claims (8)

1. 中空ターボ機械部品用プリフォーム（１、７）の成形方法であって、
   織り繊維で作られたシート（１、７）が長手方向凹部（２２、２２ａ）が設けられた基部（２、２ａ）上に位置決めされ、
   前記長手方向凹部（２２、２２ａ）に、近位端（３１）と遠位端（３２）との間で増加する厚さを有し基部（２、２ａ）に実質的に垂直な２つの長手方向側面を有するマンドレル（３、３ａ）が位置決めされて、基部（２、２ａ）とマンドレル（３、３ａ）との間でシート（１、７）が固定され、
   マンドレル（３、３ａ）の遠位端（３２）が所定位置で係止され、
   近位ブロック（４、４ａ）が、マンドレル（３、３ａ）の近位端（３１）を覆うように基部（２、２ａ）に当てられ配置されて、前記近位ブロック（４、４ａ）が係止され、
   マンドレル（３、３ａ）の側面の周囲にシート（１、７）の２つのフラップ（１２、１３、７２、７３）が成形され、
   ２つの側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）がマンドレル（３、３ａ）の両側で基部（２、２ａ）に載置され、前記側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）とマンドレル（３、３ａ）の１つの側面との間でそれぞれのフラップ（１２、１３、７２、７３）が固定され、
   前記側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）が所定位置で係止され、
   このようにして成形されたアセンブリが乾燥されて、シート（１、７）の形状が固定されることにより、２つのフラップ（１２、１３、７２、７３）が垂直に延びるフラットな基部（１１、７１）を含むプリフォームが成形され、
   フラップ（１２、１３、７２、７３）が過剰な材料をトリミングすることによってマンドレル（３、３ａ）の寸法に調整される、成形方法。
2. マンドレル（３、３ａ）の寸法へのフラップ（１２、１３、７２、７３）の調整が、タッピングブロック（５１）をマンドレル（３、３ａ）の縁部に向かい合って位置決めすることによって行われる、請求項１に記載の方法。
3. 所定位置での係止が、コレットもしくは固定ねじを使用して行われる、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記シート（１、７）が、編目炭素繊維製であり、前記プリフォームは、ターボ機械翼プリフォームを製造するように設計される、請求項１〜請求項３のうちの一項に記載の方法。
5. プリフォームを組み合わせる方法であって、
   第１のＵ字形プリフォーム（１）と第２のＴＴ形状プリフォーム（７）とを製造するために請求項１〜請求項４のうちの一項に記載の方法を使用して、２つのプリフォーム（１、７）の成形ステップが行われ、
   前記２つのプリフォーム（１、７）の基部（１１、７１）が向かい合うように、またそれぞれのフラップ（１２、１３、７２、７３）によって分離されるように、第２のＴＴ形状プリフォーム（７）の２つのフラップ（７２、７３）間に第１のＵ字形プリフォーム（１）を差し込むことによって、製造された２つのプリフォーム（１、７）が結合され、
   成形されたアセンブリが射出成形工具に配置される、方法。
6. 中空ターボ機械部品のプリフォームを圧密化し、乾燥して、トリミングするための工具（８０）であって、
   材料シート（１、７）を支持する支持体としての役割を果たすように設計された基部（２、２ａ）であって、長手方向凹部（２２、２２ａ）を含む基部（２、２ａ）と、
   基部（２、２ａ）に材料シート（１、７）を固定するために、前記長手方向凹部（２２、２２ａ）に位置決めされるように設計されるマンドレル（３、３ａ）であって、マンドレル（３、３ａ）の両側に位置する前記シートの（１、７）２つのフラップ（１２、１３、７２、７３）を画定し、近位端（３１）と遠位端（３２）との間で増加する厚さを有し、基部（２、２ａ）に対して実質的に垂直な２つの長手方向側面を有するマンドレル（３、３ａ）と、
   マンドレル（３、３ａ）に対してシート（１、７）のフラップ（１２、１３、７２、７３）を固定するために、マンドレル（３、３ａ）の両側で基部（２、２ａ）に当てられ位置決めされるように設計された２つの側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）とを含み、
   前記側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）および／またはマンドレル（３、３ａ）は、前記フラップ（１２、１３、７２、７３）のトリミング手段と協働して、前記フラップ（１２、１３、７２、７３）をマンドレル（３、３ａ）もしくは前記側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）の寸法に調整し、前記工具（８０）は、さらにマンドレル（３、３ａ）の近位端（３１）に当てられ位置決めされ、基部（２、２ａ）に対して係止するように設計された近位ブロック（４、４ａ）を含む、工具（８０）。
7. 前記側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）および／またはマンドレル（３、３ａ）が、フラップ（１２、１３、７２、７３）をマンドレル（３、３ａ）もしくは前記側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）の寸法に調整する時に過剰分を吸収するためにタッピングブロック（５１）を収容するように設計された凹部を含む、請求項６に記載の工具（８０）。
8. 基部（２、２ａ）、マンドレル（３、３ａ）、側方ブロック（５、６、５ａ、６ａ）、および近位ブロック（４、４ａ）が、場合により、樹脂、熱可塑性プラスチック、アルミニウム、もしくは鋼鉄製である、請求項６または請求項７に記載の工具（８０）。

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