JP5838091B2 - 構造部品の加工方法 - Google Patents
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Description
厚さ比 = (ew)/(ep)
を使用して厚さ比を計算することによって決定することができ、この式では、epは母材の超塑性伸張後の母材の厚さであり、ewは溶接ナゲットの超塑性伸張後の溶接ナゲットの厚さである。
擬熱比 = (N)2/(fr)
を使用して計算され、この式では、Nは毎分回転数(rpm)で表されるスピンドル速度であり、frは毎分ミリメートル(mm/秒)で表される送り速度である。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
加工方法であって、
複数の金属薄板を溶接して、複数の溶接ナゲットを有する素板を形成することと、
素板を型部分とカバー部分の間に配置し、素板を加熱するために型部分を加熱することと、
カバー部分と型部分の間に加圧気体を導入することにより素板を型部分の鋳型にプレスして構造部品を形成することであって、複数の金属薄板と形成された構造部品とが複数の実質的に同じ性質を有するように、複数の溶接ナゲットが構造部品の形成後に約1.1〜1.25の範囲の所望の厚さ比を有することと
を含む方法。
(態様2)
複数の性質が、強度、疲労特性、破壊靱性性能、耐食性、衝撃損傷許容性、及び粒子構成の群から選択される、態様1に記載の方法。
(態様3)
金属薄板がチタン薄板であり、さらに、型部分によって素板が加熱される時に、約1300〜1750度(華氏)の範囲の素板温度に到達するように素板の加熱及び冷却のうちの少なくとも一つを行うことを含む、態様1又は2に記載の方法。
(態様4)
構造物を形成中の素板の引張速度が、約1×10 −2 〜5×10 −6 インチ/インチ/秒の範囲にある、態様1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
(態様5)
複数の溶接ナゲットの部分ではない素板の部分が金属薄板の母材金属であり、構造部品の形成中に、母材金属が複数の溶接ナゲットよりも約1〜25%長く伸ばされる、態様1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
(態様6)
素板の母材金属と複数の溶接ナゲットとが構造物形成後に複数の実質的に同じ性質を有する、態様5に記載の方法。
(態様7)
金属薄板の金属が、貴金属合金、アルミニウム、チタン、マグネシウム、スチール、アルミ合金、チタン合金、マグネシウム−アルミ合金、アルミ−リチウム合金、ニッケル−クロム−鉄合金、ニッケル−スチール合金、及び超合金のうちの少なくとも一つから選択される、態様1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
(態様8)
第1金属片と、
第2金属片であって、第1金属片と接合されて突き合わせ継手を形成する第2金属片と、
突き合わせ継手に取り付けられたシムと、
アンビル、ピンツール、及び冷却素子を含む摩擦攪拌接合機であって、ピンツールが軸周囲を回転し、軸に対して直角方向に移動し、且つシム及び突き合わせ継手に下向きの力を加えて2つの金属片を互いに溶接して溶接ナゲットを形成し、溶接ナゲットが超塑性成形工程後に約1.1〜1.25の範囲の所望の厚さ比を有し、第1金属片、第2金属片及び溶接ナゲットが超塑性成形工程後に複数の実質的に同じ性質を有する摩擦攪拌接合機と
を含む装置。
(態様9)
複数の性質が、強度、疲労特性、破壊靱性性能、耐食性、衝撃損傷許容性、及び粒子構成の群から選択される、態様8に記載の装置。
(態様10)
溶接された第1金属片及び第2金属片が溶接ナゲットを有する素板を形成する、態様8又は9に記載の装置。
(態様11)
第1金属片及び第2金属片がチタン片であり、素板が超塑性成形工程中に約1300〜1750度(華氏)の範囲の温度に加熱される、態様10に記載の装置。
(態様12)
超塑性成形工程での素板の引張速度が、約1×10 −2 〜5×10 −6 インチ/インチ/秒の範囲である、態様10又は11に記載の装置。
(態様13)
複数の溶接ナゲットの一部ではない素板の部分が金属薄板の母材金属であり、超塑性成形工程において、母材金属が複数の溶接ナゲットよりも約1〜25%長く伸ばされる、態様10乃至12のいずれか1項に記載の装置。
(態様14)
第1金属片と第2金属片とが、貴金属合金、アルミニウム、チタン、マグネシウム、スチール、アルミ合金、チタン合金、マグネシウム−アルミ合金、アルミ−リチウム合金、ニッケル−クロム−鉄合金、ニッケル−スチール合金、及び超合金のうちの少なくとも一つから選択される、態様8乃至13のいずれか1項に記載の装置。
(態様15)
構造部品を加工する方法であって、
所望の温度で金属薄板を互いに摩擦攪拌接合することにより、溶接ナゲットを有する素板を形成することと、
超塑性成形工程を使用して素板から構造部品を形成することであって、溶接ナゲットが超塑性成形工程後に約1.1〜1.25の範囲の所望の厚さ比を有し、摩擦攪拌接合された溶接ナゲットと金属薄板とが約1×10 −2 〜5×10 −6 インチ/インチ/秒の範囲の引張速度を有し、溶接された金属薄板と溶接ナゲットとが超塑性成形工程後に複数の実質的に同じ性質を有することと
を含む方法。
(態様16)
溶接ナゲットの一部ではない素板の部分が母材金属であり、超塑性成形工程において、母材金属が溶接ナゲットよりも約1〜25%長く伸ばされる、態様15に記載の方法。
(態様17)
複数の性質が、強度、疲労特性、破壊靱性性能、耐食性、衝撃損傷許容性、及び粒子構成から選択される、態様15又は16に記載の方法。
(態様18)
金属薄板がチタン薄板である、態様15〜17のいずれか1項に記載の方法。
(態様19)
構造部品がジェットエンジンのナセル用のリップスキンである、態様15〜18のいずれか1項に記載の方法。
(態様20)
長方形又は正方形ではなく、少なくとも一次元の寸法が大きい形状のうちの少なくとも一つを有するように素板が選択される、態様15〜19のいずれか1項に記載の方法。
(態様21)
複数のチタン薄板を溶接して、複数の溶接ナゲットを有する素板を形成することと、
素板を型部分とカバー部分の間に配置し、素板を加熱するために型部分を加熱することと、
カバー部分と型部分の間に加圧気体を導入することにより素板を型部分の鋳型にプレスして構造部品を形成することであって、複数のチタン薄板と形成された構造部品とが複数の実質的に同じ性質を有するように、複数の溶接ナゲットが約1.1〜1.25の範囲の所望の厚さ比を有することと
を含む加工方法。
(態様22)
チタン構造物を加工する方法であって、
複数のチタン片を互いに摩擦攪拌接合して、所望の超塑性を有する溶接ナゲットを有する素板を形成することと、
素板からチタン構造物を形成することであって、チタン構造物の形成中に溶接ナゲットが素板の他の部分よりも約1〜25%小さく伸ばされることと
を含む方法。
(態様23)
チタン構造物が航空機のエンジン用ナセルのリップスキンであり、前記リップスキンの少なくとも一次元の寸法が約1.2メートルよりも大きい、態様22に記載の方法。
(態様24)
チタン構造物を形成するステップが、超塑性成形工程及び高温クリープ成形工程のうちの一つから選択される工程を使用して行われる、態様22又は23に記載の方法。
(態様25)
複数のチタン片がカスタマイズされた形状を有する、態様22乃至24のいずれか1項に記載の方法。
(態様26)
一枚薄板の少なくとも約75%がセグメントを含むように、複数のチタン片を一枚薄板から切り出す、態様22乃至25のいずれか1項に記載の方法。
(態様27)
素板が、母材チタン薄板の厚さよりも約1〜25%薄い超塑性厚さを有する複数の超塑性接合部を有するドーナツ形状を有する、態様22乃至26のいずれか1項に記載の方法。
(態様28)
空力特性を向上させるようにナセルの吸入口を処理して飛行中の抗力を低減することをさらに含む、態様22乃至27のいずれか1項に記載の方法。
(態様29)
前記処理ステップが、吸入口の外表面を研削、研磨、又はそうでなければ艶出しすることを含む、態様28に記載の方法。
(態様30)
前記処理ステップが、2つの接合された薄板と、気体チューブポータルとを含む密封パックを使用して、吸入口の内表面にアルファケースが実質的に形成されないようにすることにより、真空化すること及び不活性気体を充満させることによって薄板間の空気を不活性気体と入れ替えることを含む、態様28に記載の方法。
(態様31)
形成されたリップスキン内部に分離隔壁を取り付けて、除氷用加熱空気をナセルの前方先端部に集中させることをさらに含む、態様23に記載の方法。
(態様32)
チタン構造物を形成するステップが、突き合わせ継手を摩擦攪拌接合する前に、突き合わせ継手の上面にシムを融接し、次に、超塑性成形又は高温クリープ成形前に、突き合わせ継手の接合部がはじめに母材金属薄板とほぼ同じ厚さ及びほぼ同じ表面粗さを有するように、突き合わせ継手の接合部の上面から過剰分を機械加工で取り除くことを含む、態様22乃至31のいずれか1項に記載の方法。
(態様33)
チタン構造物が、航空機の前縁部、又は翼、尾部、又は制御面用構造部品の構造部材の素板である、態様22に記載の方法。
(態様34)
素板のセグメントを局所的に厚くして、厚みの大きな部分を形成することにより、留め具の要件を満たすか、又は余分な厚さを必要としない他の領域よりも大きい局所応力を分解する、態様22乃至33のいずれか1項に記載の方法。
(態様35)
素板のセグメントを摩擦攪拌接合前に局所的にレーザ溶接して、摩擦攪拌接合及び超塑性成形後に突き合わせ継手の底部での接合部の未貫通を防止する、態様22乃至34のいずれか1項に記載の方法。
Claims (6)
- 加工方法であって、
複数の金属薄板を摩擦攪拌接合することの前に、テスト片上のテストを実行することであって、テストが、
摩擦攪拌接合のための一連のパラメータを入力することと、
テスト片用の突き合わせ継手を形成することと、
突き合わせ継手を摩擦攪拌接合して溶接ナゲットを形成することと、
テスト片を伸ばして溶接ナゲットとテスト片の母材に超塑性歪みを発生させることによりテストを実行することと、
一連のパラメータを調節して母材の厚さに対する溶接ナゲットの厚さの比を1.1〜1.25の範囲となるようにすることを含むことと、
複数の金属薄板を摩擦攪拌接合して、複数の溶接ナゲットを有する素板を形成することであって、超塑性成型工程での素板の厚さ比が約1.1〜1.25の範囲となるようにシムを取り付けた金属薄板の突き合わせ継手に対する接合が調節された一連のパラメータを用いて実行され、厚さ比が素板の母材の厚さに対する溶接ナゲットの厚さの比であることと、
素板を型部分とカバー部分の間に配置し、素板を加熱するために型部分を加熱することと、
カバー部分と型部分の間に加圧気体を導入することにより素板を型部分の鋳型にプレスして構造部品を形成することであって、複数の金属薄板と溶接ナゲットとが複数の実質的に同じ性質を有するように、複数の溶接ナゲットが構造部品の形成後に約1.1〜1.25の範囲の所望の厚さ比を有することと
を含む方法。 - 複数の性質が、強度、疲労特性、破壊靱性性能、耐食性、衝撃損傷許容性、及び粒子構成の群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 金属薄板がチタン薄板であり、さらに、型部分によって素板が加熱される時に、約704〜954℃(約1300〜1750度(華氏))の範囲の素板温度に到達するように素板の加熱及び冷却のうちの少なくとも一つを行うことを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 構造物を形成中の素板の超塑性歪み速度が、約1×10−2〜5×10−6センチ/センチ/秒の範囲にある、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
- 複数の溶接ナゲットの部分ではない素板の部分が金属薄板の母材金属であり、構造部品の形成中に、母材金属が複数の溶接ナゲットよりも約1〜25%長く伸ばされる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- 素板の母材金属と複数の溶接ナゲットとが構造物形成後に複数の実質的に同じ性質を有する、請求項5に記載の方法。
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