JP4212709B2 - エイジフォーミングの成形方法および成形装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばアルミニウム合金等で形成される航空機の主翼外板のように強い複曲面形状を有する成形品をエイジフォーミングするための成形方法および成形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アルミニウム合金等で形成される航空機の主翼外板等をエイジフォーミングするための成形型は、スプリングバックが見込まれているために、成形しようとするコンターに対して2倍から3倍程度コンターを強めた複曲面になっていることが多い。
【0003】
アルミ外板の上下面を挟み込んで加圧するエイジフォーミング成形型として、先端縁が断面円弧状をなす複数枚の板材を、縦置き状態で並列して配置し、各板材の先端縁で構成される包絡面を複合曲面とし、各板材の先端縁に開口する切欠きおよび板材を貫通する孔を設けて熱風循環通路とし、包絡面に被加工物を押し当ててエイジフォーミングを行なう複合曲面を有するエイジフォーミング成形型は、たとえば、特開昭63−177923号公報に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記エイジフォーミング成形型は、プレッシャープレートと呼ばれるプレートでコンターが決まるので、コンターを修正するには、これらプレートをすべて交換しなくてはならず、事実上コンターの修正が不可能であった。
【0005】
また、上記エイジフォーミング成形型は、上型と下型と加圧装置が必要であるので、製造コストがかかってしまうという問題があった。
【0006】
これに対して、大型のオートクレーブ装置が導入されたことに伴い、下型のみを製作し、下型に載置した被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルム内の空気を排出(真空引き)し、真空バッグフィルムの内外の差圧により被成形板材を下型形状に倣って変形させ、そのままオートクレーブの内部に搬入して成形する成形方法が採用されるようになった。
【0007】
オートクレーブを用いてエイジフォーミング成形型の下型にアルミ板材を押し付けて成形しようとすると、成形型が強い複曲面を持つている場合には、アルミ外板を成形型の表面に倣わせようとする段階で、製品が成形型の曲面になじめきれず、バギングの過程で製品にふくれが発生し、真空引きが終わった段階で、製品にしわなどの局部欠陥として残ってしまうという問題があった。
【0008】
さらに、成形しようとする製品に点検孔などの比較的大きい孔が設けられている場合には、製品の孔の周辺にしわが発生しやすいという問題があった。
【0009】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、製品にしわなどの局部欠陥を生じさせないエイジフォーミングの成形方法および成形装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のエイジフォーミングの成形方法は、被成形板材を成形型の上に載置し、被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きして被成形板材を変形させて成形型に密着させ、真空引きした状態で被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入し、加圧加熱して被成形板材を成形するエイジフォーミングの成形方法において、真空バッグフィルムの内部を真空引きしたときに成形型に密着しない被成形板材の部位の上に板材を配置し、被成形板材を板材とともに真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段を設け、板材を押圧しながら真空バッグフィルムの内部を真空引きすることを特徴とする。
【0011】
本発明のエイジフォーミングの成形装置は、成形型と、この成形型の上に載置された被成形板材の上に配置される板材と、この板材及び被成形板材を覆う真空バッグフィルムと、真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段と、真空バッグフィルム内の空気を排出する空気排出手段と、を備えて構成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0013】
図1において符号1は、本発明によるエイジフォーミングの成形装置を示し、このエイジフォーミングの成形装置1は、成形型台2と、この成形型台2の上に配置された表面板3と、この表面板3の上に載置される被成形板材7の上に配置されたカウルプレート4と、このカウルプレート4の上に配置されカウルプレート4を押圧するコンターバー5と、成形型台2とコンターバー5を連結する締め付け手段6とを有する。表面板3は、図1および図3に示すように、表面形状3aに被成形板材7を拘束する形状をなしている。
【0014】
上記表面板3は、溶接の容易なアルミ合金(6061材)で作られた厚さ約6mm程度の板材をスパン方向(長手方向)に2〜3mの幅で分割した複数の分割片を溶接により接合することで製作される。各分割片は、板材をローラー成形手段等により曲げ成形することで製作される。このため安価な表面板が得られる。
【0015】
上記カウルプレート4は、図2に示すように、ガラスクロス等により形成され、複数の空間8を列設したカウルプレートケース9と、カウルプレートケース9の各空間8に収容されたアルミ合金製の板材10により構成されている。カウルプレート4は、真空バッグフィルム内の空気を排出するときに、被成形板材7を押さえて被成形板材7の表面板3からの浮き上がりを防止する。
【0016】
カウルプレート4は、図2では、1つの板材10を空間8から一部突出し、1つの板材10を空間8に収容した状態で示されている。板材10は、例えば、厚さ5〜7mm、幅15〜20cm、長さ2〜3mの板である。板材10は、被成形板材7のふくれやしわを押えるために十分な剛性があればよく、通常3枚重ねた板材10が空間8に収容される。板材としての剛性が不足する場合には、板材10の枚数を増加するか、板材10をさらに厚いものに交換することで剛性を高めるようにする。
【0017】
カウルプレート4は、図2に示すように、一側に取付け部11を有する。取付け部11には間隔を置いて複数の取付孔12が形成されている。カウルプレート4は、図3に示すように、被成形板材7が表面板3に沿って変形させられたときの高圧縮応力が予測される部位の上に配置され、針金フック13により表面板3に固定される。
【0018】
なお、カウルプレート4をガラスクロス等の熱伝導性の悪い材料で形成した場合には、熱伝導性を高めるためにカウルプレート4aを複数の細幅カウルプレートケース9aと板材10aとにより構成することができる。この場合、カウルプレート4aは、図4に示すように、複数のカウルプレートケース9aを各空間8aが同一線上に位置するように間隔を置いて配置し、各カウルプレートケース9aの空間8aに板材10aを挿通することで構成される。各板材10aは、図5に示すように、カウルプレートケース9aに対応した部位にカウルプレートケース9の厚み分の切欠き10bを有する。これにより、カウルプレート4aの被成形板材7側の表面段差を減ずるとともに板材10aのカウルプレートケース9aに対するずれをふせぐことができる。
【0019】
上記コンターバー5は、図1に示すように、表面板3の上に長手方向に間隔を置いて配置されている。コンターバー5は、被成形板材7に配置されたカウルプレート4に対応した位置では一対配置され、その他では1つ配置されてカウルプレート4を被成形板材7に密着させ、また、表面板3の上に配置された被成形板材7を表面板3の面に密着させ真空バッグフィルムがカウルプレート4と被成形板材7との間や被成形板材7と表面板3との間に入らなくする。またカウルプレート4上に配置されたコンターバー5はしわやふくれの発生が予測される部分を他の部分より早く変形させるとカウルプレート4の働きをより効果的なものにする。各コンターバー5の下端面は、表面板3の上面コンターの対応する部位の形状に合う形状をなしている。
【0020】
上記締め付け手段6は、コンターバ5の上面に接合された断面L字状の固定部材14と、成形型台2に固定された断面L字状の固定部材15と、固定部材14と固定部材15を連結するボルト16およびナット17とを有し、コンターバ5を成形型台2に固定する。
【0021】
上記被成形板材7の高圧縮応力が予測される部位は、下記する解析手順により決められる。
(1) 表面板3の数値モデルから表面板3のコンターの座標データを読み取る。
(2) 製品の外形をもつ有限要素モデルを作成する(平板モデル)。
(3) 有限要素モデルの各点に表面板のコンターの座標を強制変位として与え、幾何学的非線型解析を行う。
(4) 有限要素モデルの主応力分布図を図6で示すように出力する。図6で示す有限要素モデルにおいて黒点で示す部分Aが圧縮応力が高い領域であり、これが製品におけるしわが発生する可能性の高い領域に対応する。
【0022】
しかして、有限要素モデルの予め高い圧縮応力がかかる位置を特定しておけば、製品のしわ発生位置を予測することができ、この部分のしわ発生を防ぐことで、製品の不良品の発生を防ぐことができる。
【0023】
つぎに、エイジフォーミングの成形方法を、図7のフローチャートにより説明する。
【0024】
被成形板材7の成形の準備段階として、被成形板材7の成形時に高圧縮応力が加えられる部位Aを特定しておく。
【0025】
つぎに、成形型2の表面板3の上にピールプライ20を置き、被成形板材7をピールプライ20の上に配置し、被成形板材7の上に空気抜きのためにガラスクロス21を置く。
【0026】
ついで、カウルプレート4を被成形板材7のしわの発生が予測される部位Aに対応して配置し、このカウルプレート4の上に空気抜きのためにガラスクロス22を配置する。
【0027】
つぎに、これら全体を真空バッグフィルム23で覆い、真空バッグフィルム23と表面板3と間をシーラント24でシールし、真空バッグフィルム23に設けた口金25を真空ホース26に接続する。
【0028】
つぎに、コンターバー5を被成形板材7の高圧縮応力が予測される部位Aの上に配置し、コンターバー5を軽く締め付けて、被成形板材7を表面板3に押圧する。これに続いて、重り27を被成形板材7のしわが発生する部位Aおよびその周辺部分の上に置く。この重り27は、バギングの初期段階、つまり真空引きを始める前に予測されるしわ発生位置に載せ、製品の初期のふくれをしわの発生しにくい区域に逃がす。重り27は、5〜6kgの砂や小砂利を袋に詰めたものである。重り27を用いるのは、しわの発生が成形型に最もなじみにくい位置で起きるため、押圧力の不足する真空引き初期段階の押圧力の補助として、最もなじみにくいところに必要押圧力に相当する重みを載せ、カウルプレート4と被成形板材7の間に隙間ができないようにするためである。
【0029】
ついで、コンターバー5をさらに締め付けて、被成形板材7の押圧部分を幾分変形させる。その後、真空バッグフィルム23の内部空間を真空引きする。真空引きにより被成形板材7が徐々に表面板3になじみはじめると、カウルプレート4と被成形板材7の間に隙間が発生し、逃げたふくれが戻る可能性がある。これを防止するために、真空引きした条件下で、コンターバー5をさらに締め付ける。さらに、真空引きを行ない、被成形板材7を表面板3に完全に密着させる。
【0030】
つぎに、被成形板材7が真空引きにより表面板3に完全に密着したら、コンターバー5と重り27を真空バッグフィルム23の内部空間の真空度を維持したまま被成形板材から取り外し、被成形板材を含む成形型1はオートクレーブに搬入され、被成形板材7が真空引きされながら加圧加熱され、製品に成形される。
【0031】
成形された製品は、常温まで冷却され、真空を解除しカウルプレート4を取り外すことで成形型1から取り出される。
【0032】
被成形板材7で点検孔などの開口部を有する製品を成形する場合には、図9 (a)に示すように、被成形板材7に開口部30を形成する際に開口部30を切り抜かずに、図9(b)に示すように、板部分31を残すようにする。これにより、開口部30の周辺部分にしわが発生しにくくなり、また、図10(a)に示すように、しわ32が発生しても、そのしわ32は、図10(b)に示すように、開口部30の板部分31に発生するため、製品にしわの影響がでることがない。板部分31は製品を成形した後にハンドカッタにより切り抜かれる。
【0033】
【発明の効果】
本発明によるエイジフォーミングの成形方法は、被成形板材を成形型の上に載置し、被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きして被成形板材を変形させて成形型に密着させ、真空引きした状態で被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入し、加圧加熱して被成形板材を成形するエイジフォーミングの成形方法において、真空バッグフィルムの内部を真空引きしたときに、成形型に密着しない被成形板材の部位の上に板材を配置し、被成形板材を板材とともに真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きするので、製品の成形時に発生するしわをなくすことができる。
【0034】
本発明のエイジフォーミング成形型は、成形型と、この成形型の上に載置された被成形板材の上に配置される板材と、この板材とともに被成形板材を覆う真空バッグフィルムと、真空バッグフィルム内の空気を排出する空気排出手段とを備えているので、被成形板材を成形型の表面形状に密着することができ、製品の成形時に発生するしわをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエイジフォーミング成形型を示す斜視図。
【図2】本発明のエイジフォーミング成形型のカウルプレートを示す図。
【図3】図2に示すカウルプレートの使用状態を示す図。
【図4】カウルプレートの他の実施例を示す図。
【図5】図4のカウルプレートに用いられる板材を示す図。
【図6】有限要素モデルの主応力分布図。
【図7】本発明のエイジフォーミング成形方法のフローチャート図。
【図8】本発明のエイジフォーミング成形方法の成形前の段階を示す図。
【図9】本発明のエイジフォーミング成形方法の他の実施の態様の成形前の状態を示す図。
【図10】本発明のエイジフォーミング成形方法の他の実施の態様の成形後の状態を示す図。
【符号の説明】
1 エイジフォーミング成形型
2 成形型台
3 表面板
4 カウルプレート
5 コンターバー
6 締付け手段
7 被成形板材
8 空間
23 真空バッグフィルム
Claims (4)
- 被成形板材を成形型の上に載置し、被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きして被成形板材を変形させて成形型に密着させ、真空引きした状態で被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入し、加圧加熱して被成形板材を成形するエイジフォーミングの成形方法において、
真空バッグフィルムの内部を真空引きしたときに成形型に密着しない被成形板材の部位の上に板材を配置し、
被成形板材を板材とともに真空バッグフィルムで覆い、
真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段を設け、
板材を押圧しながら真空バッグフィルムの内部を真空引きすることを特徴とするエイジフォーミングの成形方法。 - 被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入するとき、押圧手段を除去することを特徴とする請求項1に記載のエイジフォーミングの成形方法。
- 成形型と、この成形型の上に載置された被成形板材の上に配置される板材と、この板材及び被成形板材を覆う真空バッグフィルムと、真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段と、真空バッグフィルム内の空気を排出する空気排出手段とを備えたことを特徴とするエイジフォーミングの成形装置。
- 押圧手段は、成形型の形状に平行な先端形状を有し成形型が設置された成形型台に締め付け手段により上下方向に移動可能に取付けられた押圧部材と、重量により板材を押圧する重りとを有することを特徴とする請求項3に記載のエイジフォーミングの成形装置。
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