JP6325545B2 - フランジ付き構成要素を製造するための装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本稿に記述する実施形態は、概して、構成要素を製造するための装置に関し、より具体的に、複合積層材からフランジ付き構成要素を製造するための方法およびシステムに関する。

従来、複合材は、それらの高い強度重量比のために航空宇宙産業において使用されている。複合材から作られる航空宇宙構成要素は、構造的一貫性、性能および疲労寿命等の指標を向上させるために厳密な公差を要求し得る。より具体的に、繊維補強複合材は、例えばファンケース等の航空機構造構成要素に使用され得る。一部の構造構成要素は、構造構成要素の剛性を高める、および／または他の構成要素への構造構成要素の組立を促す、フランジを含む。

仏国特許出願公開第２９５８８７５号明細書

一部の既知のフランジ付き構成要素は、複合層を結合し、続いて複合層を硬化させることによって生成される。しかし、フランジ付き複合構成要素の従来の形成処理は、複合層内における不安定な積層品質および大きな寸法変動をもたらし得る。また、従来の形成処理は、所望の公差を得るために広範な成形後機械加工をもたらし得、このことは、製造のコストを増加させ得る。

複合材を成形するための一部の既知のプレス硬化法の最中、プレスは、硬化段階中に成形型が積層材に近接するときに、複合積層材と均一に接触し得ない。より具体的に、積層材の肉厚部分がプレスと接触し得、干渉のために、または「バルク」として知られる空隙のために、積層材の他の部分よりも大きな圧力を経験し得る。「バルク」は、複合層に存在するエアトラップを意味し得る。プレスが積層材に沿って前進するときに、積層材のより多くの面は、成形型に接触し得、硬化段階中のバルクの圧力および移動は、構成要素を所望の公差で製造するために、硬化後の高価な機械加工を積層材に経験させる。さらに、ファンケース等の構成要素を成形するための一部の既知のプレス硬化法は、ファンケースの前および後フランジの成形を促すために、ファンケースの前端および後端の両方に関して成形処理を繰り返すことを要求する。

一態様において、複合積層材からフランジ付き構成要素を製造するための装置が提供される。装置は、複合積層材に結合される支持構造と、支持構造に結合される成形リングとを含む。成形リングは、リング案内面と、複合積層材に結合するように構成される半径方向接触面とを含む。装置は、成形リングに結合される分割された複数の成形プレートをさらに含む。各成形プレートは、凹面およびプレート案内面を含み、凹面は、複合積層材に結合するように構成され、プレート案内面は、リング案内面に結合するように構成される。装置は、成形リングおよび複数の成形プレートに結合されるオートクレーブも含む。オートクレーブは、成形リングおよび複数の成形プレートに圧力を加えて、プレート案内面をリング案内面に沿って移動させて、複合積層材に圧力を加えて、複合積層材からの空隙の除去を促すように構成される。

別の態様において、複合積層材内に配置された空隙を有する複合積層材からフランジ付き構成要素を製造する方法が提供される。方法は、複合積層材に支持構造、成形リングおよび複数の成形プレートを結合することと、支持構造、成形リングおよび複数の成形プレートに真空バッグを結合することとを含む。方法は、真空バッグ内に負圧を加え、支持構造、成形リングおよび複数の成形プレートに対して負圧を加えることと、複合積層材の外へ空隙を加圧することとをさらに含む。

さらに別の態様において、複合積層材内に配置された空隙を有する複合積層材からフランジ付き構成要素を製造する方法が提供される。方法は、複合積層材に支持構造、成形リングおよび複数の成形プレートを結合することと、支持構造、成形リングおよび複数の成形プレートに真空バッグを結合することとを含む。方法は、真空バッグ内に負圧を加え、支持構造、成形リングおよび複数の成形プレートに対して負圧を加えることをさらに含む。方法は、支持構造、成形リング、複数の成形プレートおよび真空バッグにオートクレーブを結合して、支持構造、成形リングおよび複数の成形プレートに対して熱および圧力を加えて、複合積層材から外へ空隙を加圧することも含む。

例示的なフランジ付き構成要素の斜視図を図示している。 複合積層材に結合された例示的なフランジ成形装置の断面図を図示している。 図２に示すフランジ成形装置の例示的な支持構造によって支持される、図２に示す複合積層材の側断面図を図示している。 図２に示すフランジ成形装置の例示的な成形リングの断面図を図示している。 図２に示すフランジ成形装置の例示的な成形プレートの断面図を図示している。 図５に示すとともに、例示的なフランジ成形装置の真空デバイスに結合されて示す、成形プレートの第１の位置での断面図を図示している。 図６に示す成形プレートの第２の位置での別の断面図を図示している。 フランジ成形装置の例示的なオートクレーブ内に配置された複合積層材の断面図を図示している。 フランジ付き構成要素の例示的な製造方法を図示するフローチャートを図示している。 フランジ付き構成要素の例示的な製造方法を図示するフローチャートを図示している。

本稿に記述する実施形態は、フランジ付き複合構成要素と、フランジ付き複合構成要素を製造する一方で、成形後機械加工および製造コストを低減する方法に関する。実施形態がガスタービンエンジンのファンケーシングの複合フランジに限定されないことを理解すべきであり、記述および図面がファンケーシングに限定されないことが理解されるであろうし、ファンケーシングを利用する記述および図面が例示にすぎないことがさらに理解されるであろう。本稿に記述する実施形態は、複合材から製作される任意のフランジ付き構成要素に関して利用され得る。

図１は、例示的なフランジ付き構成要素１０２の斜視図を図示している。フランジ付き構成要素１０２は、非限定的に、第１の端部１０８および後端部１１０を有するファンケーシング１０４等の略円筒状の部材を含む。ファンケーシング１０４は、ファン（不図示）を収納する空力ダクト１０５を含み、ファンケーシング１０４は、ファン故障に際して翼および航空機胴体（不図示）の保護を促す弾道要求（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）を含む。例示的な実施形態において、ファンケーシング１０４は、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）ファイバ等の芳香族ポリアミド繊維、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む。代わりに、ファンケーシング１０４は、他の繊維材料から製作され得る。ファンケーシング１０４は、本稿に記述するようにフランジ付き構成要素１０２が機能することを可能にする任意の材料を含み得る。

ファンケーシング１０４は、フランジ１１２および１１４を有する本体１０６を含み、フランジ１１２は、第１の端部１０８に結合され、フランジ１１４は、後端部１１０に結合される。代わりに、本体１０６は、２つのフランジ１１２および１１４よりも多い、あるいは２つのフランジ１１２および１１４よりも少ないフランジを含み得る。例示的な実施形態において、フランジ１１２および１１４は、本体１０６に一体に結合される。

図２は、複合積層材２０２に結合された例示的なフランジ成形装置２００の断面図を図示している。装置２００は、ファンケーシング１０４（図１に示す）の第１の端部１０８および／または後端部１１０（図１に示す）のそれぞれへの端部フランジ１１２および／または１１４（図１に示す）の成形を促し、フランジ１１２および／または１１４の成形後処理の最小化および／または排除を促すように構成される。装置２００は、支持構造２０４、成形リング４０２および円弧状に分割された複数の成形プレート５０２を含む。例示的な実施形態において、円弧状に分割された複数の成形プレート５０２は、ファンケーシング１０４の周りに円が形成されるべく、各プレート５０２が同一のプレート５０２に隣接するように結合される。支持構造２０４は、複合積層材２０２を支持するように構成される一方、成形リング４０２および成形プレート５０２は、複合積層材２０２を成形して、端部フランジ１１２および／または１１４の形成を促すように構成される。

図３は、支持構造２０４によって支持された複合積層材２０２の側断面図を図示している。例示的な実施形態において、支持構造２０４は、成形および硬化の処理中に複合積層材２０２の支持を促すように構成されるマンドレル３０２を含む。マンドレル３０２は、半径方向端部３０４、軸方向端部３０６、および軸方向端部３０６を貫いて形成されたプラグ孔３０８を含む。端部３０４および３０６は、成形リング４０２（図２に示す）に結合するように構成される。

複合積層材２０２は、樹脂３１２に含浸され、追加層３１０および樹脂３１２によって積層された、例えば炭素繊維である層３１０を含む。例示的な実施形態において、樹脂３１２は、エポキシ樹脂であるが、本稿に記述するように複合積層材２０２が機能することを可能にする任意の樹脂であり得る。複合積層材２０２は、第１のフランジ部分３１４および本体部分３１６を含み、第１のフランジ部分３１４は、半径方向端部３０４および軸方向端部３０６を越えて延びるように構成される。第１のフランジ部分３１４は、第１の面３２４、第２の面３２６および第３の面３２８を含む。本体部分３１６は、軸方向外側面３１８および軸方向内側面３２０を含み、軸方向内側面３２０は、マンドレル３０２に結合される。複合積層材２０２は、第１の面３２４と第２の面３２６の間で測定される厚さＴ₁を含む。例示的な実施形態において、厚さＴ₁は、約０．５インチよりも大きい。代わりに、複合積層材２０２は、約０．５インチと同一またはそれよりも小さい厚さＴ₁を含み得る。

複合層３１０は、「バルク」として知られる複数の空隙３２２を含む。例示的な実施形態において、「バルク」は、本稿に記述するように、複合積層材２０２の硬化中に樹脂３１２が軟化するときに複合積層材２０２の外へ圧縮する複合層３１０内に存在するエアトラップを意味する。空隙３２２が複合積層材２０２に存在するときに、厚さＴ₁は、予め定められた指標よりも大きい。例示的な実施形態において、フランジ成形装置２００（図２に示す）は、複合積層材２０２に存在する空隙３２２の除去を促すように構成される。より具体的に、フランジ成形装置２００は、第１のフランジ部分３１４に存在する空隙３２２の除去を促すように構成される。

図４は、成形リング４０２の断面図を図示している。成形リング４０２は、端部フランジ１１２および／または１１４（図１に示す）が本体１０６（図１に示す）から形成されるべく、複合積層材２０２（図２に示す）の成形を促すように構成される。成形リング４０２は、非限定的に、アルミニウムまたは鋼等の金属材料を含む。代わりに、成形リング４０２は、非金属材料を含み得る。成形リング４０２は、本稿に記述するようにフランジ成形装置２００（図２に示す）が機能することを可能にする任意の材料を含み得る。成形リング４０２は、軸方向内側面４０４、軸方向外側面４０６、および軸方向面４０４と４０６の間に位置する案内面４０８を含む。面４０４、４０６および４０８は、マンドレル３０２および成形プレート５０２（図２に示す）の少なくとも一方への成形リング４０２の結合を促すように構成される。また、成形リング４０２は、第１の半径方向接触面４１０、第２の半径方向接触面４１２および軸方向接触面４１４を含む。面４１０、４１２および４１４は、少なくとも複合積層材２０２への成形リング４０２の結合を促すように構成される。

例示的な実施形態において、第１の半径方向接触面４１０および軸方向接触面４１４は、コーナ４１８を形成するように構成される。成形リング４０２は、コーナ４１８に結合されたスペーサ４２０を含み、スペーサ４２０は、複合積層材２０２の硬化中における第１のフランジ部分３１４（図３に示す）の配置を促すように構成される。より具体的に、スペーサ４２０は、第１の半径方向接触面４１０と第１のフランジ部分３１４（図３に示す）の間に形成されるギャップ（不図示）を埋めることを促す。例示的な実施形態において、スペーサ４２０は、曲線形状を有し、非限定的に、溶接、接着およびねじ留め等の締結具（不図示）によってコーナ４１８に結合される。本稿に記述するように装置２００が機能することを可能にする、スペーサ４２０をコーナ４１８に結合する任意の締結デバイスが使用され得る。成形リング４０２は、第１の半径方向接触面４１０を貫いて形成され、軸方向接触面４１４と案内面４０８の間に位置する、軸方向に方向付けられた保持孔４２２も含む。保持孔４２２は、複合積層材２０２の硬化中における所定位置への成形リング４０２の結合を促すべく締結具（不図示）を受容するように構成される。

例示的な実施形態において、案内面４０８は、軸方向外側面４０６から第１の半径方向接触面４１０へ延びるように構成される。より具体的に、案内面４０８は、傾斜して形作られる。案内面４０８は、外側面４０６と第１の半径方向接触面４１０の間に約４５度で傾斜する。代わりに、案内面４０８は、４５度よりも大きいまたは小さい角度で傾斜し得る。案内面４０８は、外側面４０６と第１の半径方向接触面４１０の間に、記述するように装置２００が機能することを可能にする任意の角度で構成され得る。また、案内面４０８は、傾斜していない形状（不図示）を含み得る。案内面４０８は、本稿に記述するように成形リング４０２が機能することを可能にする任意の形状を含み得る。

図５は、円弧状に分割された複数の成形プレート５０２のうちの１つの断面図を図示している。成形プレート５０２は、端部フランジ１１２および／または１１４（図１に示す）が本体１０６（図１に示す）から一体に形成されるべく、複合積層材２０２（図２に示す）の成形を促すように構成される。プレート５０２は、非限定的にアルミニウム等の金属材料を含む。代わりに、プレート５０２は、非金属材料を含み得る。プレート５０２は、本稿に記述するようにフランジ成形装置２００（図２に示す）が機能することを可能にする任意の材料を含み得る。

各成形プレート５０２は、案内面５０４、面５０６および軸方向フランジ接触面５０８を含む。また、各成形プレート５０２は、半径方向フランジ接触面５１０、オフセット面５１２およびリング接触面５１４を含む。面５０４、５０６および５０８は、少なくとも成形リング４０２への各成形プレート５０２の結合を促すように構成される。また、面５１０、５１２および５１４は、少なくとも複合積層材２０２および成形リング４０２への各成形プレート５０２の結合を促すように構成される。

例示的な実施形態において、案内面５０４は、傾斜面５０６からリング接触面５１４へ延びる。より具体的に、案内面５０４は、傾斜して形作られる。例示的な実施形態において、案内面５０４は、面５０６からリング接触面５１４へ約４５度で傾斜する。代わりに、案内面５０４は、４５度よりも大きいまたは小さい角度で傾斜し得る。案内面５０４は、記述するように成形プレート５０２が機能することを可能にする任意の角度を含み得る。また、案内面５０４は、傾斜していない形状（不図示）を含み得る。案内面５０４は、本稿に記述するように成形プレート５０２が機能することを可能にする任意の形状を含み得る。

オフセット面５１２および半径方向フランジ接触面５１０は、フランジ成形凹部５１６を形成するように構成される。成形凹部５１６は、本稿に記述するように第１のフランジ部分３１４（図３に示す）を受容するように構成される空洞６１２（図６に示す）の形成を促すように構成される。各成形プレート５０２は、傾斜面５０６からリング接触面５１４へプレート５０２を貫いて形成され、軸方向に方向付けられた保持孔５１８も含む。保持孔５１８は、複合積層材２０２の硬化中における所定位置への成形プレート５０２の結合を促すべく締結具（不図示）を受容するように構成される。

図６は、フランジ成形装置２００の真空デバイス６０３に結合されて示される、円弧状に分割された複数の成形プレート５０２のうちの１つの第１の位置６０１での断面図を図示している。図７は、第２の位置７０１で示される成形プレート５０２の別の断面図を図示している。例示的な実施形態において、成形リング４０２は、マンドレル３０２に結合され、軸方向内側面４０４は、軸方向端部３０６に結合され、第２の半径方向接触面４１２は、半径方向端部３０４に結合される。端部３０４および３０６は、各プレート５０２に対する所定位置への成形リング４０２の方向付け、および複合積層材２０２の硬化中における移動からの成形リング４０２の安定化を促すように構成される。成形リング４０２がマンドレル３０２に対して据えられることによって、微細空洞６１２は、第１のフランジ部分３１４を受容するように構成される。また、第１の半径方向接触面４１０は、第１のフランジ部分３１４の第１の面３２４に結合され、スペーサ４２０は、第１のフランジ部分３１４に結合されて、空洞６１２内における第１のフランジ部分３１４の配置を促す。

締結具６０５は、保持孔４２２および５１８を通って成形リング４０２を各成形プレート５０２に結合して、各プレート５０２を成形リング４０２に移動可能に結合するように構成される。より具体的に、締結具６０５は、成形リング４０２に対する各成形プレート５０２の移動を促すように構成される。締結具６０５は、非限定的に、タイラップおよびねじ棒等のデバイスを含む。締結具６０５は、各成形プレート５０２が成形リング４０２に移動可能に結合することを可能にする任意の接合機構を含み得る。成形プレート５０２は、成形リング４０２に結合され、各成形プレート５０２の半径方向フランジ接触面５１０は、第２の面３２６に結合される。硬化処理に先立ってプレート５０２が成形リング４０２に結合されるときに、複合積層材２０２の複合層３１０内の空隙３２２は、成形リング４０２に対して成形プレート５０２が整合しない非一様厚さＴ₁を複合積層材２０２が有するように構成される。より具体的に、第１の半径方向接触面４１０およびリング接触面５１４は、最初は互いに分離され、案内面４０８および５０４は、第１の位置６０１で部分的な重複配置で構成される。

真空デバイス６０３は、弁６０８を介して装置２００に結合される、真空源６０４および真空バッグ６０６を含む。より具体的に、真空バッグ６０６は、支持構造２０４、成形リング４０２、成形プレート５０２および複合積層材２０２のうちの少なくとも１つが真空バッグ６０６によって密封されるべく、装置２００を封入するように構成される。真空源６０４は、真空バッグ６０６内に負圧Ｐ₁を加えるように構成される。例示的な実施形態において、真空源６０４は、平方インチ当たり約１５ポンド（ｐｓｉ）の負圧Ｐ₁を提供するように構成される。代わりに、負圧Ｐ₁は、１５ｐｓｉよりも大きいまたは小さい圧力であり得る。本稿に記述するように装置２００が機能することを可能にする任意の値の負圧Ｐ₁が加えられ得る。

真空バッグ６０６内の圧力Ｐ₁は、案内面５０４を加圧して、案内面４０８に沿って成形リング４０２の方へ移動させるように構成される。また、圧力Ｐ₁は、成形リング４０２を半径方向端部３０４の方へ、第１のフランジ部分３１４の方へ、および第１のフランジ部分３１４に対して押圧するように構成される。圧力Ｐ₁に応答して、案内面５０４は、成形リング４０２の案内面４０８に沿って移動し、各プレート５０２を第１の位置６０１（図６に示す）から第２の位置７０１（図７に示す）へ移動させるように構成される。第１の位置６０１から第２の位置７０１への案内面５０４の移動は、空隙３２２に圧力を加えて、第１のフランジ部分３１４から空隙３２２を外へ加圧または除去することを促すように構成される。また、空隙３２２の除去は、厚さＴ₁（図６に示す）から厚さＴ₂（図７に示す）への低減を促すように構成される。

図８は、フランジ成形装置２００の例示的なオートクレーブ６００に配置された複合積層材２０２の断面図を図示している。オートクレーブ６００は、樹脂３１２の軟化および対向する案内面４０８に沿う案内面５０４の更なる移動を促す圧力および熱を加えることによって、複合積層材２０２を硬化させるように構成される。より具体的に、案内面５０４は、第１のフランジ部分３１４に存在する空隙３２２（図３、図６および図７に示す）の更なる除去を促すべく第２の位置７０１（図７に示す）から第３の位置８０１へ移動するように構成される。第２の位置７０１において、案内面４０８の少なくとも一部は、案内面５０４の少なくとも一部に結合される。

オートクレーブ６００は、真空源６０４および真空バッグ６０６に流体接続状態で結合された開口６１０を含み、真空源６０４は、オートクレーブ６００内に圧力Ｐ₂の印加を促すように構成される。また、オートクレーブ６００は、オートクレーブ６００内およびフランジ成形装置２００および複合積層材２０２の方へ熱Ｈ₁を加えるように構成される加熱素子８０２を含む。

例示的な実施形態において、オートクレーブ６００は、真空源６０４によって従前に加えられ、各成形プレート５０２を成形リング４０２に沿って第１の位置６０１（図６に示す）から第２の位置７０１（図７に示す）へ移動させる負圧Ｐ₁（図６および図７に示す）よりも大きい圧力Ｐ₂まで、装置２００および複合積層材２０２を加圧するように構成される。例示的な実施形態において、オートクレーブ６００は、約１００ｐｓｉの圧力を加えるように構成される。代わりに、オートクレーブ６００は、１００ｐｓｉ超または未満に加圧され得る。圧力Ｐ₂は、案内面５０４を案内面４０８に沿って第３の位置８０１へ移動させる。圧力Ｐ₂は、円形の成形リング４０２と分割された成形プレート５０２とを結合して、第１のフランジ部分３１４からの空隙３２２の押出しを促すように構成される。

また、加熱素子８０２は、フランジ成形装置２００および複合積層材２０２に熱Ｈ₁を提供するように構成される。熱Ｈ₁は、複合積層材２０２内の樹脂３１２の粘性の低下を促すように構成される。より具体的に、オートクレーブ６００内の複合積層材２０２に加えられる熱Ｈ₁および継続的な圧力Ｐ₂は、樹脂３１２を複合積層材２０２から外へ、特に第１のフランジ部分３１４から外へ流動させるように構成される。熱Ｈ₁が圧力Ｐ₂の下で加えられるときに、プレート５０２は、成形リング４０２の方へさらに移動するように構成される。案内面４０８は、各プレート５０２が成形リング４０２にさらに結合されるまで、案内面５０４を第３の位置８０１へ導くように構成される。第１のフランジ部分３１４は、空洞６１２（図６および図７に示す）内で成形および空洞６１２内に収容されて、第１のフランジ部分３１４の成形後機械加工の最小化および／または排除を促す、予め定められた仕様および／または公差を有する厚さＴ₃を形成する。

マンドレル３０２、成形リング４０２および複数の成形プレート５０２のそれぞれは、複合積層材２０２に結合されて、複合積層材２０２の第１のフランジ部分３１４および第２のフランジ部分３１５の少なくとも一方を形成する。円形の成形リング４０２、成形プレート５０２およびマンドレル３０２が除去されるときに、第１および第２のフランジ部分３１４および３１５は、予め定められた公差内で成形されて、フランジ１１２および／またはフランジ１１４（図１に示す）の形成を促す一方で、フランジ１１２および／またはフランジ１１４の成形後製造加工の最小化および／または排除を促す。

図９は、例えば空隙３２２（図３に示す）等の複数の空隙を有するフランジ付き構成要素１０２および複合積層材２０２（図２に示す）等の、複合積層材からフランジ付き構成要素を製造する例示的な方法９０２を図示するフローチャート９００を図示している。方法９０２は、支持構造、例えばマンドレル３０２（図２に示す）を複合積層材に結合すること９０４を含む。また、方法９０２は、軸方向内側面４０４および第２の半径方向接触面４１２（図４に示す）等の、円形の成形リングの軸方向内側面および第２の半径方向接触面が、支持構造の、軸方向端部３０６および半径方向端部３０４（図３に示す）等の、軸方向端部および半径方向端部にそれぞれ結合されるように、成形リング４０２および案内面４０８（図４に示す）等の、案内面を有する成形リングを支持構造および複合積層材に結合すること９０６を含む。円形の成形リングは、第１の半径方向接触面４１０（図４に示す）等の、成形リングの第１の半径方向接触面の一部も、第１の面３２４（図３に示す）等の、フランジの第１の面に結合されるように、支持構造に結合される９０６。

方法９０２は、案内面５０４およびフランジ成形凹部５１６（図５に示す）等の、案内面およびフランジ成形凹部を有する、プレート５０２（図５に示す）等の、円弧状に分割された複数の成形プレートを、成形リングおよび各成形プレートのそれぞれの案内面が互いにスライド可能に結合されるべく構成されるように、成形リングおよび複合積層材に結合すること９０８をさらに含む。例示的な実施形態において、円弧状に分割された複数の成形プレートは、フランジ付き構成要素の周りに円が形成されるべく、各プレートが同一のプレートに隣接するように互いに結合される。

半径方向フランジ接触面５１０および軸方向フランジ接触面５０８（図５に示す）等の、円弧状の各成形プレートの半径方向フランジ接触面および軸方向フランジ接触面が、第２の面３２６（図３に示す）等の、フランジの第２の面、および、軸方向外側面３１８（図３に示す）等の、成形可能な筒状構造の軸方向外側面のそれぞれと接触するように、円弧状に分割された各成形プレートもフランジに結合される９０８。

方法９０２は、締結具６０５（図６に示す）等の締結具によって成形リングを各成形プレートに固定すること９１０も含む。例示的な方法９０２において、円弧状に分割された複数の成形プレートのうちの円弧状に分割された各成形プレートに成形リングを固定すること９１０は、保持孔４２２（図４に示す）等の、成形リングに位置する軸方向に方向付けられた保持孔、および、保持孔５１８（図５に示す）等の、円弧状の各成形プレートに位置する軸方向に方向付けられた相補的な保持孔を通じて、締結具を結合することを含む。

方法９０２は、複合積層材、支持構造、成形リングおよび円弧状に分割された成形プレートを、真空バッグ６０６（図６に示す）等の真空バッグに結合すること９１２をさらに含む。方法９０２は、支持構造、成形リングおよび成形プレートに負圧を加えて、第１の位置から第２の位置へリングの側面に沿うプレート案内面の移動を促して、空隙３２２（図３および図６に示す）等の空隙を複合積層材の外へ加圧すること９１４をさらに含む。方法９０２は、複合積層材、支持構造、成形リングおよび成形プレートを収容する真空バッグを、オートクレーブ６００（図６に示す）等のオートクレーブに結合すること９１６を含む。オートクレーブは、次いで加熱され９１８、加圧されて９２０、支持構造、成形リング、成形プレートおよび真空バッグへの熱および圧力の印加を促す。複合積層材を加熱すること９１８は、複合積層材内の、樹脂３１２（図３に示す）等の樹脂の粘性を低下させる一方、オートクレーブを加圧すること９２０は、大気圧超の圧力に複合積層材を晒す。

追加の熱および圧力は、成形リングおよび円弧状に分割された成形プレートを密接に押し付けて９２２、成形リングの案内面によって第３の位置、例えば第３の位置８０１（図８に示す）の方へ成形プレートが案内される９２４ように複合積層材内に存在する空隙を除去して、成形プレートが第３の位置にあるときに成形リングおよび成形プレートのそれぞれのフランジ成形凹部によって形成された、空洞６１２（図６および図７に示す）等の空洞内でのフランジの成形９２６を促す。加圧する工程９２２、案内する工程９２４および成形する工程９２６は、実質的に同時に生じ、オートクレーブを加熱９１８および加圧９２０する効果を伴う。方法９０２は、予め定められた量の圧力および／または時間に亘って、或る温度および圧力にオートクレーブを保持して、複合積層材を硬化させること９２８をさらに含む。

本稿に記述する実施形態は、予め定められた仕様／公差内でフランジ付き構成要素の成形を促して、フランジ付き構成要素の成形後機械加工の最小化および／または排除を促す。成形リングおよびフランジ成形凹部の組合せによって形成された空洞は、フランジが成形後機械加工を最小限で要求し、または要求しないように、予め定められた寸法のフランジの形成を促す。フランジをその所望の指標に成形することによって、本稿に記述する実施形態は、著しい成形後機械加工を最小化および／または排除することによって、複合構成要素を製造するコストの低下を促す。また、本稿に記述する実施形態は、両方の端部フランジの同時成形も促す。より具体的に、本稿に記述する実施形態は、オートクレーブにおいて複合構造体が硬化されるときに端部フランジが同時に成形されるように、両方の端部フランジに適用される。端部フランジの同時成形は、フランジ付き構成要素を製造するために要求される時間および／またはコストを低減させる。

本稿に記述する実施形態は、樹脂の粘性を低下させ、複合層内に滲み込ませることを樹脂に許容する複合積層材の加熱を促し、複合層を結合する圧力を加えることを促す。熱および圧力の組合せは、層を結合し、持続的な圧力の下で層を固くして、層内に存在する空隙を除去することによって、複合構成要素の成形を促す。フランジ成形装置は、硬化処理中にフランジ部分を維持して、非限定的に、フランジを成形するための幾何形状および寸法の指標等、予め定められた指標の取得を促すように構成される。

筒状構造体のフランジを成形するための装置の例示的な実施形態および同フランジを成形するための方法を詳しく上述した。使用のための成形工具および方法は、本稿に記述する具体的な実施形態に限定されず、むしろ、装置の構成要素および／または方法の工程は、独立して、および、本稿に記述する他の構成要素および／または工程とは別に利用され得る。例えば、方法は、他の成形システムおよび方法との組合せでも使用され得、本稿に記述するフランジ成形システムおよび方法のみによる実践に限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の成形用途と関連して実施および利用され得る。

本開示の各種の実施形態の具体的な特徴が一部の図面に示され、他の図面に示されない場合もあるが、これは、便宜上によるものである。本開示の原理に従って、或る図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求され得る。

この明細書は、ベストモードを開示するために、また、任意のデバイスもしくはシステムの製作および使用、組み込まれた任意の方法の実施を含めて本開示を実践することを任意の当業者に可能にさせるために、例を使用している。本開示の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、請求項の文言から相違しない構成要素を有する場合、または、請求項の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、請求項の範囲内であることが意図される。

１０２ フランジ付き構成要素
１０４ ファンケーシング
１０５ 空力ダクト
１０６ 本体
１０８ 第１の端部
１１０ 後端部
１１２、１１４ フランジ
２００ フランジ成形装置
２０２ 複合積層材
２０４ 支持構造
３０２ マンドレル
３０４ 半径方向端部
３０６ 軸方向端部
３０８ プラグ孔
３１０ 層
３１２ 樹脂
３１４ 第１のフランジ部分
３１５ 第２のフランジ部分
３１６ 本体部分
３１８ 軸方向外側面
３２０ 軸方向内側面
３２２ 空隙
３２４ 第１の面
３２６ 第２の面
３２８ 第３の面
４０２ 成形リング
４０４ 軸方向内側面
４０６ 軸方向外側面
４０８ 案内面
４１０ 第１の半径方向接触面
４１２ 第２の半径方向接触面
４１４ 軸方向接触面
４１８ コーナ
４２０ スペーサ
４２２ 保持孔
５０２ 成形プレート
５０４ 案内面
５０６ 傾斜面
５０８ 軸方向フランジ接触面
５１０ 半径方向フランジ接触面
５１２ オフセット面
５１４ リング接触面
５１６ 成形凹部
５１８ 保持孔
６００ オートクレーブ
６０１ 第１の位置
６０３ 真空デバイス
６０４ 真空源
６０５ 締結具
６０６ 真空バッグ
６０８ 弁
６１０ 開口
６１２ 空洞
７０１ 第２の位置
８０１ 第３の位置
８０２ 加熱素子
９００ フローチャート
Ｈ₁ 熱
Ｐ₁ 負圧
Ｐ₂ 圧力
Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃ 厚さ

Claims (9)

1. 複合積層材（２０２）からフランジ付き構成要素（１０２）を製造するための装置（２００）であって、
   前記複合積層材（２０２）に結合される支持構造（２０４）と、
   前記支持構造（２０４）に結合される成形リング（４０２）であり、リング案内面（４０８）および半径方向接触面（４１０）を含み、前記半径方向接触面（４１０）が前記複合積層材（２０２）に結合するように構成される、成形リング（４０２）と、
   前記成形リング（４０２）に結合される分割された複数の成形プレート（５０２）であり、各成形プレート（５０２）が、凹面（５１０）およびプレート案内面（５０４）およびリング接触面（５１４）を含み、前記凹面（５１０）が前記複合積層材（２０２）に結合するように構成され、前記プレート案内面（５０４）が前記リング案内面（４０８）に結合するように構成される、成形プレート（５０２）と、
   前記成形リング（４０２）および前記複数の成形プレート（５０２）に結合されるオートクレーブ（６００）であり、前記成形リング（４０２）および前記複数の成形プレート（５０２）に圧力を加えて、各成形プレート（５０２）の前記プレート案内面（５０４）を前記リング案内面（４０８）に沿って移動させて、前記複合積層材（２０２）からの空隙（３２２）の除去を促すように構成されるオートクレーブ（６００）と
   を備え、
   前記リング案内面（４０８）および前記プレート案内面（５０４）が、傾斜して形作られ、前記プレート案内面（５０４）が、前記半径方向接触面（４１０）とリング接触面（５１４）との間の軸方向距離が減少するように前記リング案内面（４０８）に沿って第１の位置（６０１）から第２の位置（７０１）へ移動し、該第２の位置から前記半径方向接触面（４１０）と前記リング接触面（５１４）とが接触する第３の位置まで移動する、装置（２００）。
2. 前記分割された複数の成形プレート（５０２）が、結合されて円を形成する、請求項１に記載の装置（２００）。
3. 前記半径方向接触面（４１０）および前記凹面（５１０）が、空洞（６１２）を形成するように構成される、請求項１又は２に記載の装置（２００）。
4. 前記オートクレーブ（６００）が、前記成形リング（４０２）および前記分割された複数の成形プレート（５０２）に熱を加えるように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置（２００）。
5. 前記成形リング（４０２）に結合されたスペーサ（４２０）をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置（２００）。
6. 前記半径方向接触面（４１０）に結合され、曲線状端部を有するスペーサ（４２０）をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置（２００）。
7. 前記支持構造（２０４）、前記成形リング（４０２）および前記分割された複数の成形プレート（５０２）に結合される真空バッグ（６０６）をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置（２００）。
8. 前記成形リング（４０２）および前記分割された複数の成形プレート（５０２）に負圧を加えて、前記リング案内面（４０８）に沿った各成形プレート（５０２）の前記プレート案内面（５０４）の移動を促すように構成される真空バッグ（６０６）をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置（２００）。
9. 前記複合積層材（２０２）が、樹脂（３１２）に含浸された複数の層（３１０）を含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置（２００）。