JP6262842B2 - 成形中の複合積層体における層のしわを低減するための方法及び装置 - Google Patents

成形中の複合積層体における層のしわを低減するための方法及び装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6262842B2
JP6262842B2 JP2016504294A JP2016504294A JP6262842B2 JP 6262842 B2 JP6262842 B2 JP 6262842B2 JP 2016504294 A JP2016504294 A JP 2016504294A JP 2016504294 A JP2016504294 A JP 2016504294A JP 6262842 B2 JP6262842 B2 JP 6262842B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tensile
molding
laminated
tool
outer edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016504294A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016514634A (ja
JP2016514634A5 (ja
Inventor
ティー. クライン、ウィリアム
ティー. クライン、ウィリアム
ジー. ハリス、クリストファー
ジー. ハリス、クリストファー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of JP2016514634A publication Critical patent/JP2016514634A/ja
Publication of JP2016514634A5 publication Critical patent/JP2016514634A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6262842B2 publication Critical patent/JP6262842B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/56Tensioning reinforcements before or during shaping
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/342Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/541Positioning reinforcements in a mould, e.g. using clamping means for the reinforcement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2309/00Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
    • B29K2309/08Glass
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2009/00Layered products

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

ホットドレープ成形は、補強材(stiffener)などの複合積層部品における、フランジなどの特異部を形成するために用いることができる。ホットドレープ成形は、フレーム内の積層素材(laminate charge)を、固定(clamp)して広げるとともに、成形するのに十分な柔らかさになるまで加熱することにより行われる。その後、差圧(pressure differential)を素材に加えることにより、成形雄ツールにおいて当該素材を成形する。このプロセスの1つのやり方として知られるトップダウン成形(top down forming)では、圧縮された積層素材を加熱し、マンドレル状の雄ツール上で下向きに成形する。このプロセスの他のやり方として、逆成形(inverted forming)と呼ばれるプロセスにおいては、積層素材を成形テーブルに載置し、雄ツールを逆向きにして積層素材の上方に配置する。積層素材を成形温度まで加熱した後、積層素材の下方の真空空洞体(bladder)により、雄ツールに対して上向きに素材を成形する。
上述したいずれの種類のホットドレープ成形を用いるにしても、部品において、比較的鋭いアールコーナーを有する特異部を形成する場合に、問題に直面しうる。例えば、フランジとウェブとの間に内側アールコーナーを有する複合アングル補強材(composite angle stiffener)を形成する際、雄ツールに最も近い層の材料は、まとまったり、寄り集まったりして、ひだやしわを形成する傾向があり、これらは、補強材の機械的性能に影響を及ぼす可能性がある。いくつかのケースでは、完成した補強材を再加工して、折り目/しわを低減するが、他のケースでは、補強材を廃棄しなければならないこともある。どちらのケースであっても、層材料のひだ/しわにより、労力及び/又は材料コストが増す。
従って、アール状の特異部を有する複合積層部品をホットドレープ成形により形成する際に、層材料のひだ/しわを実質的に低減又は排除する方法及び装置が求められている。また、コスト効率が良く、容易に実施可能であり、材料コスト及び/又は人件費を低減しうる、上述したタイプの方法及び装置が求められている。
開示される実施形態では、内側コーナーなどの、アール部(radius features)に沿った層のしわを低減又は排除しうる、複合積層体をホットドレープ成形する方法及び装置が提供される。層のしわは、複合積層素材が成形される成形ツールに最も近い層を圧縮された状態に保つことにより、低減される。層に対する圧縮力の保持は、素材上に引張り材料を載置するとともに、アール部が形成される際に、引張り材料に対する張力を保持することにより、行われる。引張り材料は、アール部の領域における層に対して圧縮力を加えることにより、これらの層がまとまったり、寄り集まったりすることを防止する。層のしわを低減又は排除することにより、複合積層部品を再加工する必要性を低減することができ、この結果、人件費を削減することができる。また、部品の廃棄を低減することもできるため、材料コストを削減することができる。上記方法及び装置は、追加のツールなしに、単純な低コストの材料を用いて容易に実現することができる。
開示する一実施形態によると、複合積層体のホットドレープ成形中の層のしわを低減する方法が提供される。上記方法は、未硬化の複合積層素材上に引張り材料を載置することと、成形ツールにおいて前記積層素材をホットドレープ成形することと、前記積層素材が前記成形ツールにおいて成形されている時に、前記引張り材料を用いて前記積層素材を圧縮することと、を含む。上記方法は、テーブル上で前記積層素材を位置決めすることを更に含んでもよく、前記引張り材料を前記積層素材上に載置することは、前記テーブルに前記引張り材料の外縁を重ねることと、前記テーブルに前記引張り材料の前記外縁を押し付けることと、を含んでもよい。前記引張り材料の前記外縁の押し付けは、前記引張り材料の前記外縁に重量体を置くことにより実行される。ホットドレープ成形は、前記積層素材に可撓性の成形膜を封着することと、前記成形膜と前記ツールとの間で真空を引くことと、前記成形膜を用いて、前記ツールの表面において前記積層素材を成形することと、を含んでもよい。前記引張り材料を用いて前記積層素材を圧縮することは、前記成形膜が前記ツールの表面で前記素材を成形する際に、前記成形膜に対して前記素材を押圧することを含んでもよい。前記積層素材上に前記引張り材料を載置することは、複数のガラス繊維シートを前記積層素材上に載置することを含んでもよく、前記ガラス繊維シートは、前記積層素材の実質的に全領域をまとめて覆い、前記シートの各々は、前記積層素材の外縁を越えて延びている。上記方法は、前記積層素材が、前記ツールにおいてホットドレープ成形されている間、前記シートの各々の前記外縁を固定することを更に含んでもよい。
他の実施形態によると、複合積層部品の内側コーナーに沿った層のしわを低減しつつ、前記複合積層部品をホットドレープ成形により形成する方法が提供され、当該方法は、未硬化の複合積層素材上に、少なくとも一枚の引張り材料を載置することと、前記引張り材料の縁を固定することと、を含む。上記方法は、成形ツールの外側コーナーにおいて、前記積層素材と前記引張り材料との組み合わせをホットドレープ成形することと、前記積層素材が、前記成形ツールの前記外側コーナーにおいてホットドレープ成形されている間、前記引張り材料を用いて、前記積層素材の前記内側コーナーにおいて、前記積層素材に対する圧縮力を維持することと、を更に含む。前記積層素材上に前記少なくとも一枚の引張り材料を載置することは、前記一枚の引張り材料を、前記積層素材に重なって対面接触するように載置することを含む。前記ホットドレープ成形は、前記積層素材に対する圧縮力が前記引張り材料によって維持されている間、前記成形ツールの前記外側コーナーの周辺において、可撓性膜を用いて前記積層素材に力を加えることにより行われる。前記引張り材料の前記縁を動かないように固定することは、前記引張り材料の前記縁に重量体を置くことにより実行される。上記方法は、前記積層素材をテーブル上に載置及び位置決めすることを更に含み、前記積層素材上に前記少なくとも一枚の引張り材料を載置することは、前記少なくとも一枚の引張り材料を、前記テーブルにおいて、前記積層素材と重なり対面接触するように載置することを含んでもよい。
更に他の実施形態によると、少なくとも1つのフランジを有する複合積層部品を形成するためのホットドレープ成形中の層のしわを防止する方法が提供される。当該方法は、支持面に未硬化の複合積層素材を載置することと、前記積層素材を越えて引張り材料の外縁を延出させることを含めて、前記引張り材料の層により前記積層素材を覆うことと、を含む。上記方法は、前記支持面に対して、前記引張り材料の前記外縁に荷重を加えることと、アール状ツールコーナーにおいて前記積層素材の一部分を成形することにより、前記少なくとも1つのフランジを形成することを含めて、ツールにおいて前記積層素材を成形することと、前記引張り材料の層を用いて、前記アール状ツールコーナーに沿って前記積層素材に圧縮力を加えることと、を更に含む。当該方法は、前記引張り材料の前記外縁に対する荷重を解放することと、前記積層素材が成形された後に、前記引張り材料の層を取り除くことを更に含む。上記方法は、前記積層素材の成形中に、前記アール状ツールコーナーにおいて積層素材の前記部分を成形した後、前記積層素材に対する前記圧縮力を取り除くことを更に含んでもよい。前記外縁に対する荷重は、前記外縁に沿って実質的に均等に分布する前記外縁の位置に重量体を載置することにより加えられる。上記方法は、前記ツールにおける前記積層素材の前記部分の成形中に、前記引張り材料を破れさせることを更に含んでもよい。
更に他の実施形態によると、複合積層部品をホットドレープ成形により形成する装置が提供される。当該装置は、前記部品のアールを形成するための少なくとも1つのコーナー部を含み、複合積層素材を成形するツールと、前記ツールにおいて前記積層素材を成形するように適合された成形膜と、前記成形膜と前記積層素材との間の引張り材料とを含み、当該引張り材料は、前記成形中に、前記コーナー部において、前記積層素材に圧縮力を加えることにより、前記アールにおける前記積層素材のしわを低減する。前記引張り材料は、少なくとも1つのシートを含んでもよく、当該シートは、前記積層素材と対面接触して配置されるとともに、前記積層素材の外縁を越えて延びる外縁部を有する。前記引張り材料は、前記ツールにおける前記積層素材の成形中に、前記引張り材料を破れさせる引張り強度を有する。上記装置は、前記シートの前記外縁部に沿って前記シートを固定するために、前記外縁部に沿って配置されるとともに、前記外縁部に荷重を加える重量体を更に含んでもよい。前記引張り材料は、前記積層素材に対して表面粘着性を有するシートを含んでもよい。
上述する特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態において個々に実現可能であり、また、他の実施形態との組み合わせも可能である。詳細については、以下の説明と図面を参照することによって明らかになるであろう。
例示的な実施形態に特有のものと考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、例示的な実施形態、並びに、好ましい使用形態、更にその目的および利点は、以下に示す添付の図面と共に本開示の例示的な実施形態の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるであろう。
複合積層素材の斜視図である。 図1に示す積層素材のホットドレープ成形により製造されるU字溝補強材の斜視図である。 図2の図2Aで示される領域の図である。 図2に示すU字溝補強材を2つ組み合わせて作製されるIビームの斜視図である。 ホットドレープ成形マシンの正面図である。 図4に示すマシンの成形テーブルにおける成形部分の断面図である。 図5と類似しているが、下側成形膜と重ね合わせて成形テーブルに載置された複合積層素材を示す図である。 複合積層素材が載置された成形テーブルの平面図である。 図6Aと類似しているが、積層素材と重ね合わせて成形テーブルに載置された複数の引張り材料のシートを示す平面図である。 図6Bと類似しているが、引張り材料シートの残りが成形テーブルに載置されるとともに、引張り材料の外周に沿って引張り重量体が部分的に置かれていることを示す平面図である。 図6Cと類似しているが、引張り材料の外周に沿って引張り重量の残りが置かれていることを示す平面図である。 図6Dの線7−7に沿って切り取った断面図である。 設置された成形テーブル、雄成形ツール、及び、上側膜を示す断面図である。 図8と類似しているが、成形途中の溝型補強材のフランジを示す図である。 図9において図10で示される領域の図である。 図9と類似しているが、成形が完了したフランジと、部分的に破れた引張り材料を示す図である。 複合積層素材をホットドレープ成形する方法を示すフロー図である。 航空機の製造及び保守方法を示すフロー図である。 航空機を示すブロック図である。
まず図1及び2を参照すると、複数の層からなる、複合積層素材(composite laminate charge)28は、ホットドレープ成形(HDF)プロセスを用いて、U字溝補強材(U-shaped channel stiffener)20などの積層部品に成形することができる。積層素材28は、限定するものではないが、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を含みうる。複合積層補強材20は、様々な用途を有する。例えば、図3に示すように、2つの補強材20を背中合わせに接合して、I型ビームを形成することができる。当該I型ビームは、例えば、限定するものではないが、翼桁30として、航空機産業で用いることができる。補強材20は、ウェブ22と、当該ウェブ22から、内側コーナーアール部(inside corner radius)25に沿って外側に遷移する一対のフランジ24、26とを含む。上述したU字溝補強材20は、HDFプロセス中に、層のしわやひだの原因となりうる内側コーナーアール部25などの特異部を有する様々な複合積層構造体のほんの一例にすぎない。
次に図4を参照すると、図2〜3に示す補強材20は、HDFマシン32において成形することができる。HDFマシン32は、概して、成形部(former)34と、周縁下部フレーム38を有する成形テーブル36と、複合積層素材28(図1)が成形温度まで加熱された後に当該複合積層素材を成形するマンドレル状の雄型成形ツール40とを含む。図5に示すように、成形テーブル36は、積層素材28を成形温度まで加熱するための一体型加熱エレメント46を有する支持台42を含む。図示しないが、支持台42において積層素材28の位置を決定するための位置決め装置(indexing device)を設けてもよい。
図5、6、及び6Aを参照すると、限定するものではないが、例えば、シリコーンなどのフレキシブルな伸縮性材料を含む成形膜48は、下部フレーム38内において、支持台42上に張設されている。HDFプロセスを実行する際、実質的にフラットな複合積層素材28は、成形テーブル36において、複合成形膜48に重なり対面接触するように設けられる。支持台42は、その上方に設けられる積層素材28を支持する面を有する。上述したように、位置決め装置を用いて、支持台42における所望の位置に積層素材28を配置してもよい。次に、図6Bに示すように、引張り材料(tensioning material)52を積層素材28上に配置する。引張り材料52は、積層素材28の外縁55を越えて外方に広がり、成形膜48と重なる。
用途や、積層素材28のサイズ/形状に応じて、引張り材料52は、複数の独立した引張りシート52aを含むことができる。この図示例では、当該引張りシートは、略矩形状であり、積層素材28の幅を跨ぐように横方向に延びている。シート52aの隣り合うエッジは、互いに接触したり重なり合ったりしてもよい。引張り材料52は、所定の引張り強度を有する伸縮性材料を含んでおり、この強度を超えると、引張り材料52は、破れたり裂けたりする。また、引張り材料52は、粘着性を有して、下位の成形膜48に付着することができる。一実施形態では、引張り材料52は、例えば、限定するものではないが、エポキシ樹脂が含浸されたガラス繊維織布などの樹脂含浸布を含みうる。
次に図6Cを参照すると、引張り材料52が積層素材28上に設けられており、成形プロセス中、この引張り材料52の外周65は固定される。一実施形態では、引張り材料52の固定は、複数の独立した重量体54を引張り材料52上に設置することにより行う。これらの重量体により、成形膜48及び支持台42に対して引張り材料52の外周65が押し付けられる。重量体54は、例えば、限定するものではないが、鉛玉(lead shot)などの比較的重い材料が詰まったショットバッグを含みうる。上述した以外の技術を用いて、引張り材料52の外周65を固定してもよい。図6Dに示すように、用途に応じて、個々の重量体54を用いることにより、引張り材料52の外周65全体に荷重が加えられる。図7から最もよく分かるように、重量体54の荷重により、引張り材料52に張力が働き、当該引張り材料が積層素材28に当接して下方に引っ張られる。
次に図8〜11に注目すると、これらの図は、図4に示すHDFマシン32を用いて、積層素材28をU字溝補強材20(図2)にホットドレープ成形するプロセスを順番に示している。図8に示すように、成形ツール40を成形テーブル36へと移動させ、積層素材28上に設置して、ツール40の底面53と、積層素材28との間に引張り材料52を挟む。成形ツール40は、反対方向に向く側面40bと、横方向に延びる一対のフランジ40aとを更に含む。成形ツール40が積層素材28上に設置された状態で、上部フレーム44を下げて、下部フレーム38に封着する。上部フレーム44に張架及び封着された膜50は、成形膜48と共に、実質的に気密なキャビティ56を形成する。図には示していないが、ホットドレープ成形マシン32(図4)は、キャビティ56を排気するシステムを含む。
HDFプロセスの準備として、積層素材28を所望の成形温度まで加熱するために、加熱エレメント46を作動させる。次に、キャビティ56内を真空引きする。特に図9を参照すると、キャビティ56内の真空により、膜50は、下方へ引っ張られて成形ツール40に当接する一方、成形膜48は、上方に引っ張られて外側フランジ40aに当接する。成形膜48は、更に、積層素材28のフランジ24、26の成形を開始し、当該フランジをツール40のコーナー40cを支点として折り曲げることにより、コーナーアール部25を形成する。成形膜48は、上方及び外側に伸長及び移動して、下部フレーム38に沿った形状となり、引張り材料52及び重量体54は、どちらも上方に移動する。このような引張り材料52の上方への移動により、引張り材料52がツールのフランジ40aに押圧される。
特に図9及び10を参照すると、成形膜48は、上方に伸長及び移動してフランジ24、26を折り曲げる際、材料52を引張り、ある程度、当該材料52に張力60をかける。引張り材料52に対して張力60をかけると、フランジ24、26に圧縮荷重62がかかり、当該フランジが成形膜48に押圧される。フランジ24、26に圧縮荷重62をかけて、当該フランジを成形膜48に押し付けることにより、フランジ24、26の層(特に、ツールに近い層)を実質的にフラットに維持することができる。この結果、フランジ24、26の成形過程において、これらの層がしわやひだになったり、面から外れたりする可能性を低減又は排除することができる。
次に図11を参照すると、引張り材料52は、フランジ24、26に圧縮荷重62をかけ続けることにより、各コーナーアール部25が実質的に完全に形成されるまで、層にしわが生じることを防止する。キャビティ56内の真空度が増加し、成形膜48が、成形ツール40の側面40b(図9)へ向かってフランジ24、26を形成し続けると、引張り材料52に対して加えられる成形膜48の力も増大する。やがて、張力60が引張り材料の引張り強度を超えると、ツールのフランジ40aの領域において、引張り材料52に破れや裂け66が生じる。このような引張り材料52の破れ又は裂け66により、引張り材料52の張力60が解放される。この結果、成形膜48がツール40へ向かって内側に成形し続けようとする動きに対する抵抗がなくなり、成形ツール40の側面40bに対するフランジ24、26の成形を続行することができる。
次に図12に注目すると、同図は、アール領域における層のしわを低減又は排除しつつ、複合積層部品をホットドレープ成形により形成する方法の一実施形態を更に詳しく示している。まず、開始のステップ70において、適切な多層複合積層素材を、例えば、HDFマシン32などの適切な成形装置に設置及び位置決めする。72において、引張り材料52を所望の長さを有する個々のシート52aに切り分ける。切り分けられる引張りシート52aの数は、積層素材28と、当該積層素材28の各側部における成形膜48とを完全に覆うために十分な数である。ステップ74において、各シート52aを、積層素材28を中心として、当該素材28の外縁から、成形フレームに向かって延出させて配置する。76において、引張り材料52のシート52aを追加して配置することにより、これらのシート52aが所望通り重なって積層素材28を完全に覆うようにする。78において、ショットバッグ(shot bags)などの引張り重量体(tensioning weights)54を、フレーム38の近傍においてそれらの端部同士が対向するように配置することにより、引張り材料52のシート52aを、その全長に沿って固定する。
ステップ80において、積層体の加熱及び成形サイクルを開始して、まず、積層素材の加熱を行う。82において、キャビティ56内の所望レベルの真空を引き、HDFマシン32を排気するとともに、引張り重量体54を取り外す。ステップ84において、成形サイクルを開始して、所望の時間継続する。86において、HDFマシン32を通気して、キャビティ56内の真空を解除するとともに、成形ツール40を取り外す。その後、88において、引張り材料52のシート52aを取り外す。最後に、ステップ90において、形成された積層部品にしわが寄っていないか検査する。
本開示における実施形態は、様々な用途に使用される可能性を有し、特に、航空宇宙、船舶、自動車、及びその他の用途を含む輸送業であって、ホットドレープ成形又はこれに類似したプロセスにより複合積層部品を製造する分野に用途を見出すことができる。従って、ここで図13及び14を参照すると、本開示の実施形態は、図13に示す航空機の製造及び保守方法94、並びに、図14に示す航空機96に関連して用いることができる。開示する実施形態の航空機用の用途としては、限定するものではないが、いくつか例をあげると、翼桁、ストリンガー、床ビーム、及び、類似の補強材などがある。生産開始前の工程として、例示的な方法94は、航空機96の仕様及び設計98と、材料調達100とを含む。生産中の工程として、部品及び小組立品の製造102、並びに、航空機96のシステムインテグレーション104が行われる。その後、航空機96は、認可及び納品106の工程を経て、就航108に入る。顧客による運航中は、航空機96は、定例の整備及び保守110のスケジュールに組み込まれ、これは調整、変更、改修なども含む場合もある。
方法94の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び/又は、オペレーター(例えば、顧客)によって実行又は実施することができる。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、航空機メーカー及び主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等であってもよい。
図14に示すように、例示的方法94によって製造される航空機96は、複数のシステム114及び内装116を具備した機体112を含んでもよい。高水準システム114の例として、推進系118、電気系120、油圧系122、及び環境系124のうちの1つ又は複数が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。航空宇宙産業に用いた場合を例として説明したが、本開示の原理は、例えば船舶及び自動車産業等の他の産業に適用してもよい。
本明細書において具現化されているシステム及び方法は、製造及び保守方法94における1つ又は複数のどの段階において採用してもよい。例えば、製造工程102に対応する部品又は小組立品は、航空機96が運航中に製造される部品又は小部品と同様に組み立て又は製造することができる。また、1つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、例えば、実質的に航空機96の組み立て速度を速めたりコストを削減したりすることによって、製造工程102及び104で用いてもよい。同様に、1つ又は複数の装置の実施形態、1つ又は複数の方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、航空機96の運航中に、例えば、限定するものではないが、整備及び保守110に用いてもよい。
本明細書において、「少なくとも1つの」という語句がアイテムのリストについて用いられるときは、リストアップされたアイテムの1つまたは複数の様々な組み合わせを使用してもよいということであり、リストのアイテムの1つだけを必要とする場合もあることを意味する。例えば、「アイテムA、アイテムB、アイテムCの少なくとも1つ」は、限定するものではないが、アイテムA、アイテムAとアイテムB、又は、アイテムBを含む場合がある。また、この例では、アイテムAとアイテムBとアイテムC、又は、アイテムBとアイテムC、を含む場合もある。アイテムは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってもよい。換言すると、「少なくとも1つの」は、あらゆる組み合わせのあらゆる数のアイテムをリストから使用してもよいが、リスト上の全てのアイテムを必要とするわけではないということを意味する。
様々な例示的な実施形態の説明は、例示および説明のために提示したものであり、全てを網羅することや、開示した形態での実施に限定することを意図するものではない。多くの改変または変形が当業者には明らかであろう。また、例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる効果をもたらす場合がある。選択した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。

Claims (10)

  1. 複合積層体のホットドレープ成形中の層のしわを低減する方法であって、
    可撓性の成形膜に配置された未硬化の複合積層素材上に引張り材料を載置することと、
    成形ツールにおいて前記積層素材をホットドレープ成形することと、
    前記積層素材が前記成形ツールで成形されている間、前記引張り材料および前記成形膜を用いて前記積層素材を圧縮することと、を含む方法であって、
    前記積層素材上に前記引張り材料を載置することは、複数のガラス繊維シートを前記積層素材上に載置することを含み、前記複数のガラス繊維シートは、前記積層素材の実質的に全領域をまとめて覆い、前記シートの各々は、前記積層素材の外縁を越えて延びている、方法
  2. テーブル上で前記積層素材を位置決めすることを更に含み、
    前記引張り材料を前記積層素材上に載置することは、前記テーブルに前記引張り材料の外縁を重ねることと、前記テーブルに前記引張り材料の前記外縁を押し付けることと、を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記引張り材料の前記外縁の押し付けは、前記引張り材料の前記外縁に重量体を置くことにより実行される、請求項に記載の方法。
  4. 前記ホットドレープ成形は、
    前記積層素材に前記成形膜を封着することと、
    前記成形膜と前記ツールとの間で真空を引くことと、
    前記成形膜を用いて、前記ツールの表面において前記積層素材を成形することと、を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記引張り材料を用いて前記積層素材を圧縮することは、前記成形膜が前記ツールの表面で前記素材を成形する際に、前記成形膜に対して前記素材を押圧することを含む、請求項4に記載の方法。
  6. 前記積層素材が、前記成形ツールでホットドレープ成形されている間、前記シートの各々の外縁を固定することを更に含む、請求項に記載の方法。
  7. 複合積層部品をホットドレープ成形により形成する装置であって、
    前記部品のアールを形成するための少なくとも1つのコーナー部を含み、複合積層素材を成形するツールと、
    前記ツールにおいて前記積層素材を成形するように適合された成形膜と、
    前記成形膜との間に前記積層素材が配置された引張り材料とを含み、当該引張り材料は、前記成形中に、前記コーナー部において、前記積層素材に圧縮力を加えることにより、前記アールにおける前記積層素材のしわを低減する、装置であって、
    前記引張り材料は、前記積層素材の実質的に全領域をまとめて覆う複数のガラス繊維シートを含み、前記シートの各々は、前記積層素材の外縁を越えて延びている、装置
  8. 前記各シートは、前記積層素材と対面接触して配置されるとともに、前記積層素材の外縁を越えて延びる外縁部を有しており、
    前記各シートは、前記ツールにおける前記積層素材の成形中に、前記各シートを破れさせる引張り強度を有する、請求項に記載の装置。
  9. 前記シートの前記外縁部に沿って前記シートを固定するために、前記外縁部に沿って配置されるとともに、前記外縁部に荷重を加える重量体を更に含む、請求項に記載の装置。
  10. 前記各シートは、前記積層素材に対して表面粘着性を有する、請求項に記載の装置。
JP2016504294A 2013-03-19 2014-02-25 成形中の複合積層体における層のしわを低減するための方法及び装置 Active JP6262842B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/847,046 2013-03-19
US13/847,046 US9573301B2 (en) 2013-03-19 2013-03-19 Methodfor reducing ply wrinkling of composite laminates during forming
PCT/US2014/018346 WO2014149428A2 (en) 2013-03-19 2014-02-25 Method and apparatus for reducing ply wrinkling of composite laminates during forming

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2016514634A JP2016514634A (ja) 2016-05-23
JP2016514634A5 JP2016514634A5 (ja) 2016-10-20
JP6262842B2 true JP6262842B2 (ja) 2018-01-17

Family

ID=50277361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016504294A Active JP6262842B2 (ja) 2013-03-19 2014-02-25 成形中の複合積層体における層のしわを低減するための方法及び装置

Country Status (7)

Country Link
US (2) US9573301B2 (ja)
EP (1) EP2976212B1 (ja)
JP (1) JP6262842B2 (ja)
CN (1) CN105073393B (ja)
CA (1) CA2899074C (ja)
MX (1) MX365743B (ja)
WO (1) WO2014149428A2 (ja)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10150233B2 (en) * 2013-03-19 2018-12-11 The Boeing Company Method and apparatus for reducing ply wrinkling of composite laminates during forming
JP6543577B2 (ja) 2016-01-22 2019-07-10 三菱重工業株式会社 複合材の成形方法及び複合材の成形用治具
US10059065B2 (en) * 2016-04-06 2018-08-28 Spirit Aerosystems, Inc. Method for eliminating radius wrinkles in composite laminates
US10105940B2 (en) * 2016-04-18 2018-10-23 The Boeing Company Formation of composite laminates having one or more divergent flanges
US10889072B2 (en) 2016-05-24 2021-01-12 The Boeing Company Method for pre-preg manufacturing
US10308000B2 (en) * 2016-05-24 2019-06-04 The Boeing Company Method for pre-preg manufacturing
US10155062B2 (en) 2016-05-24 2018-12-18 The Boeing Company Thermoresponsive adhesive material, method of making the material and methods of use
WO2018047869A1 (ja) 2016-09-07 2018-03-15 三菱重工業株式会社 複合材の成形方法及び複合材の成形用治具
CN106564202B (zh) * 2016-09-23 2019-01-25 中航复合材料有限责任公司 一种真空导入成型制备混杂复合材料u型件的方法
US10875232B2 (en) * 2017-04-04 2020-12-29 The Boeing Company Composite part and method for making composite part
CN108327320B (zh) * 2018-03-07 2020-05-01 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种翼梁模具
CN109624353B (zh) * 2018-12-20 2020-12-22 武汉理工大学 一种改善l型复合材料层合板的固化成型质量的方法
US11318689B2 (en) 2018-12-21 2022-05-03 The Boeing Company Ply transporting and compacting apparatus and method therefor
US11780178B2 (en) * 2019-05-31 2023-10-10 Cytec Industries Inc. Controlled shear vacuum forming for shaping preforms
US11511500B2 (en) 2019-10-04 2022-11-29 The Boeing Company Molding system and methods for forming structures
US11518121B2 (en) * 2019-10-14 2022-12-06 The Boeing Company Constrained creep forming of contoured composite stiffeners
US11260607B2 (en) 2020-02-11 2022-03-01 The Boeing Company Forming systems and methods for drape forming a composite charge
US11498288B2 (en) 2020-02-11 2022-11-15 The Boeing Company Forming systems and methods for drape forming a composite charge
US11479002B2 (en) 2020-04-23 2022-10-25 Raytheon Technologies Corporation Compression tool and method of forming gas turbine engine components
JP6764179B1 (ja) * 2020-05-28 2020-09-30 株式会社The MOT Company 金型
US11752711B2 (en) * 2021-01-18 2023-09-12 Spirit Aerosystems, Inc. System and method for promoting inter-ply slippage
US11931975B2 (en) 2021-02-19 2024-03-19 The Boeing Company Forming systems and methods for forming an elongate charge of composite material

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4348602A (en) * 1980-09-15 1982-09-07 National Semiconductor Corporation Current comparator circuit with deadband
CA2026113C (en) 1989-01-25 1998-12-01 Tsunoe Igarashi Prepreg, composite molded body, and method of manufacture of the composite molded body
US5145621A (en) 1990-04-20 1992-09-08 General Electric Company Crossover mold tool for consolidating composite material
US5080851A (en) 1990-09-06 1992-01-14 United Technologies Corporation Method for stabilizing complex composite preforms
US5464337A (en) * 1991-03-27 1995-11-07 The Charles Stark Draper Laboratories Resin transfer molding system
US5348602A (en) * 1993-06-08 1994-09-20 General Electric Company Method for making a bonded laminated article bend portion
US5578158A (en) * 1994-03-01 1996-11-26 Massachusetts Institute Of Technology Method and system for forming a composite product from a thermoformable material
US5851153A (en) * 1994-06-20 1998-12-22 Illinois Tool Works Inc. Method for steel pin manufacture
US5772950A (en) 1994-08-31 1998-06-30 The Boeing Company Method of vacuum forming a composite
US5648109A (en) * 1995-05-03 1997-07-15 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for diaphragm forming
GB0014113D0 (en) 2000-06-10 2000-08-02 Gkn Westland Helicopters Ltd Improvements in or relating to moulding
WO2003061930A2 (en) 2002-01-17 2003-07-31 National Research Council Of Canada Method and apparatus for molding a thermoformable sheet material
US7118370B2 (en) 2002-08-30 2006-10-10 The Boeing Company Composite spar drape forming machine
US6814916B2 (en) 2002-08-30 2004-11-09 The Boeing Company Forming method for composites
GB0719267D0 (en) 2007-10-04 2007-11-14 Airbus Uk Ltd Method of monitoring the performance of a pressure intensifier
GB0719269D0 (en) * 2007-10-04 2007-11-14 Airbus Uk Ltd Method of moulding a charge
US8349105B2 (en) 2008-04-17 2013-01-08 The Boeing Company Curved composite frames and method of making the same
EP2116358B1 (en) 2008-05-09 2016-06-29 Saab Ab Method and apparatus for conforming a blank
GB2472423B (en) 2009-08-05 2012-01-11 Gurit Uk Ltd Fire-retardant composite materials
US8999098B2 (en) 2010-02-05 2015-04-07 Orbital Atk, Inc. Backing for pre-preg material
DE102010043665A1 (de) 2010-11-09 2012-05-10 Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen
WO2012099512A1 (en) 2011-01-21 2012-07-26 Saab Ab A composite article and a method of forming a composite article
US10150233B2 (en) 2013-03-19 2018-12-11 The Boeing Company Method and apparatus for reducing ply wrinkling of composite laminates during forming

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014149428A2 (en) 2014-09-25
CA2899074A1 (en) 2014-09-25
US20140284836A1 (en) 2014-09-25
MX2015011251A (es) 2015-12-03
US10307974B2 (en) 2019-06-04
JP2016514634A (ja) 2016-05-23
EP2976212A2 (en) 2016-01-27
EP2976212B1 (en) 2018-05-30
MX365743B (es) 2019-06-12
CN105073393A (zh) 2015-11-18
US9573301B2 (en) 2017-02-21
CN105073393B (zh) 2017-09-29
CA2899074C (en) 2018-01-23
WO2014149428A3 (en) 2015-01-22
US20170087782A1 (en) 2017-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6262842B2 (ja) 成形中の複合積層体における層のしわを低減するための方法及び装置
EP3115185B1 (en) Reducing wrinkling of contoured hat stiffeners formed from a single composite charge
US10150233B2 (en) Method and apparatus for reducing ply wrinkling of composite laminates during forming
JP5828662B2 (ja) 強化フルオロエラストマーブラダを用いた折り畳み式マンドレル
EP2099602B1 (en) Tensioning method for composite structures
CA2996943C (en) Compacted stringer packages
JP2016088090A (ja) 複合積層体を真空成形するための方法、器具、及び装置
US7588711B2 (en) Method for forming a composite support beam
US10336014B2 (en) Double diaphragm vacuum bagging assembly and method of use
JP2016514634A5 (ja)
WO2019049411A1 (ja) プリフォーム賦形装置
CA2864310A1 (en) Methods for manufacturing an i-stringer of an aircraft and devices for use in such methods
US11806949B2 (en) Bladder mandrel package
US9545758B2 (en) Two piece mandrel manufacturing system
CA2926962C (en) Apparatuses and methods for making reinforcement structures
JP7355529B2 (ja) 複合構造を形成するための可撓性マンドレル
WO2024048125A1 (ja) 複合材の成形方法及び成形装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160902

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160902

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170814

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171212

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171214

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6262842

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250