KR101594976B1

KR101594976B1 - 성형형, 성형 지그, 및 성형 방법

Info

Publication number: KR101594976B1
Application number: KR1020137016142A
Authority: KR
Inventors: 토시카즈 사나; 아키히토 사카이; 아키라 무라이; 야스히로 타케나카; 카즈요시 카와노; 토모야 타카하시
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-02-17
Also published as: US20140008009A1; EP2660031A1; WO2012090468A1; JPWO2012090468A1; JP5779593B2; KR20130105876A; EP2660031A4; US20160311177A1; EP2660031B1; US9409361B2

Abstract

본 발명에 따른 성형형(10)은 프리프레그(62)를 적층한 적층체(60)를 경화할 때, 그 표면을 성형하는 성형형으로서, 평면 판 형상을 하고 있고, 해당 평면 판 형상에서 적층체(60)의 형상에 대응하는 형상으로 탄성 변형하여 적층체(60)에 밀착 가능하다. 이에 따라, 취급하기 쉬운 성형형을 제공할 수 있다.

Description

성형형, 성형 지그, 및 성형 방법{MOLDING DIE, MOLDING JIG, AND MOLDING METHOD}

본 발명은, 복합 재료 성형품의 표면을 성형하는 성형형(molding die), 이 러한 성형형을 포함하는 성형 지그(molding jig), 및 이러한 성형형을 이용한 성형 방법에 관한 것이다.

항공기의 동체 외측은 스킨 패널이라고 불리는 얇은 부재로 형성되어 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조). 최근에는, 섬유 강화 수지 복합 재료(이하, 간단히 「복합 재료」라고 칭한다)를 사용하여 이 스킨 패널을 종래에 비하여 훨씬 넓은 범위에서 일체로 형성하는 기술이 개발되어 있다. 예를 들면, 대형 항공기의 동체 중앙 부근에서는 스킨 패널은 원통 형상을 하고 있지만, 이 원통 형상의 스킨 패널을 이음새 없이 일체로 형성하는 것이다.

위에서 언급한 원통 형상의 스킨 패널을 제조하려면, 탄소 섬유 등의 직물에 반경화의 열경화성 수지(에폭시 수지 등)를 함침시킨 시트 모양의 프리프레그(prepreg)를 적층하여(이하, 프리프레그를 적층한 것을 「적층체」라고 칭한다) 원통 형상으로 형성하고, 이 적층체에 압력과 열을 가하여 경화한다. 이때, 적층체의 표면에 매끄러운 표면을 가진 성형형(일반적으로 「컬 플레이트」또는 「커울 플레이트」라고 불리고 있다)을 밀착시켜 경화하고, 경화 후의 부품 표면을 매끄럽게 성형하는 것이 중요하다. 스킨 패널의 외부 표면은 기류에 접하는 면이고, 높은 평활도가 요구되고 있기 때문이다.

상기 성형 방법에서 사용되는 성형형으로는, 스킨 패널의 외주 형상을 반전한 반전 형상, 요컨대, 내부 표면의 단면이 원 형상인 성형형이 사용된다. 단, 대형 항공기의 스킨 패널은 직경이 5~10m로 매우 크기 때문에 한 개의 성형형으로 성형을 행하는 것은 실질적으로 불가능하고, 현실적으로는 단면이 원호 형상(부분 원 형상)인 내부 표면을 가진 성형형을 복수 조합하여 적층체(스킨 패널)의 외주 전체에 설치하고 있다.

그러나 상기 성형형은 다음의 이유로 반드시 취급하기 쉽다고는 말할 수 없었다. 요컨대, 성형형의 무게가 무거운데다가 성형형을 적층체에 설치할 때에 성형형을 수평으로 유지하여야 했다. 그 때문에, 대형 장치나 수평을 유지하기 위한 유지 장치가 필요하고, 또한, 인접한 성형형에 간섭하기 쉬워 정렬 작업도 용이하지 않았다. 또한, 성형형은 겹쳐서 보관할 수 없기 때문에, 단순히 생각하여도 스킨 패널의 전개 면적 정도의 넓은 보관 장소가 필요하였다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 취급하기 쉬운 성형형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명에 따른 성형형은, 프리프레그를 적층한 적층체를 경화할 때, 그 표면을 성형하는 성형형이며, 평면 판 형상을 하고, 해당 평면 판 형상에서 상기 적층체의 형상에 대응하는 형상으로 탄성 변형하여 상기 적층체에 밀착 가능하다. 이러한 구성에 따르면, 성형형을 일단 측에서 매달은 상태로 이동할 수 있기 때문에, 성형형의 설치 작업이 용이하다. 또한, 성형형을 세운 상태로 보관할 수 있기 때문에, 보관 장소도 줄일 수 있다. 또한, 성형형은 탄성 변형의 범위에서 변형하기 때문에, 반복적으로 사용할 수 있다.

또한, 상기 성형형은 섬유 강화 플라스틱을 재료로 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 예를 들면 성형형의 재료가 금속인 경우에 비하여 탄성 변형의 범위가 넓기 때문에 설계 자유도가 높고, 또한 국부 변형을 하기 어렵기 때문에 내구성도 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 성형형은 두께가 1.5mm ± 0.5mm인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 적층체의 표면에 밀착 가능한 가요성을 가지면서도 적층체의 표면을 성형하기 위한 최소한의 강성을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 성형 지그는 상기 성형형과, 상기 성형형을 상기 적층체에 밀착시키는 유지 수단을 구비하고 있다.

또한, 상기 성형 지그에 있어서, 상기 유지 수단은 상기 성형형의 외부 표면 측에 설치되는 조임 가능한 유지 벨트와, 상기 유지 벨트와 상기 성형형 사이에 삽입되는 복수의 스페이서를 갖도록 구성하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 유지 벨트를 단단히 조임으로써 복수의 스페이서가 성형형에 대하여 수직인 방향의 힘을 가할 수 있기 때문에, 성형형을 적층체에 밀착시킬 수 있다.

또한, 상기 성형 지그에 있어서, 상기 복수의 스페이서에는 서로 높이가 다른 스페이서가 포함되어 있고, 상기 적층체가 원통 형상을 하고 또한 상기 유지 벨트가 상기 적층체의 축 방향으로 처졌을 때, 상기 복수의 스페이서에 포함되는 각 스페이서는 상기 유지 벨트의 중앙에 가까워짐에 따라 높아지는 순서로 배치되도록 구성하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 성형형에 대하여 수직인 방향의 힘이 걸리기 어려운 유지 벨트의 중앙 부근에서도 충분히 힘을 가할 수 있어 축 방향에 있어서의 힘의 차이를 줄일 수 있다.

또한, 다른 예로서, 상기 성형 지그에 있어서, 상기 프리프레그는 자성체의 심형(芯型)에 적층되어 있고, 상기 유지 수단은 자력을 발생하고, 상기 성형형 및 상기 적층체를 사이에 두고 상기 심형에 흡착 가능한 복수의 유지 자석을 갖도록 구성하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 복수의 유지 자석이 성형형에 대하여 수직인 방향의 힘을 가할 수 있기 때문에, 성형형을 적층체에 밀착시킬 수 있다.

또한, 상기 성형 지그에 있어서, 상기 유지 자석은 일면에서만 큰 자력이 발생하도록 구성하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 유지 자석에서 발생하는 자력은 성형형을 향하는 방향으로만 작동하기 때문에, 다른 유지 자석 등에 영향을 미치는 것이 아니고 유지 자석에서 성형형에 충분한 힘을 가할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 성형 방법은 프리프레그를 적층하여 적층체를 형성하는 적층 공정과, 평면 판 형상을 가진 가요성 성형형을 상기 적층체의 형상에 대응하도록 변형시키면서 상기 적층체에 밀착시키는 피복 공정과, 상기 성형형을 밀착시킨 상태로 상기 적층체를 경화시키는 경화 공정을 포함하고 있다. 이러한 방법에 따르면, 성형형을 적층체에 밀착시키는 피복 공정을 용이하게 행할 수 있다.

또한, 상기 성형 방법에 있어서, 상기 피복 공정은 상기 성형형의 외부 표면 측에 유지 벨트를 설치함과 동시에 상기 유지 벨트와 상기 성형형 사이에 복수의 스페이서를 배치하고, 상기 유지 벨트를 조임으로써 상기 성형형을 상기 적층체에 밀착시키도록 하여도 좋다. 이러한 방법에 따르면, 유지 벨트를 조임으로써 복수의 스페이서가 성형형에 대하여 수직인 방향의 힘을 가할 수 있기 때문에, 성형형을 적층체에 밀착시킬 수 있다.

또한, 상기 성형 방법에 있어서, 상기 적층체는 원통 형상을 하고 있고, 상기 피복 공정에 있어서, 상기 유지 벨트를 상기 적층체의 축 방향으로 설치하고, 상기 복수의 스페이서를 상기 유지 벨트의 중앙에 가까워짐에 따라 높아지는 순서로 배치하도록 하여도 좋다. 이러한 방법에 따르면, 성형형에 대하여 수직인 방향의 힘이 걸리기 어려운 유지 벨트의 중앙 부근에서도 충분히 힘을 가할 수 있어 축 방향 위치에 있어서의 힘의 차이를 줄일 수 있다.

또한, 다른 예로서, 상기 성형 방법에 있어서, 상기 프리프레그는 자성체의 심형에 적층되어 있고, 상기 피복 공정에 있어서, 자력을 발생하는 복수의 유지 자석을 상기 성형형 및 상기 적층체를 사이에 두고 상기 심형에 흡착시킴으로써 상기 성형형을 상기 적층체에 밀착시키도록 하여도 좋다. 이러한 방법에 따르면, 복수의 자석이 성형형에 대하여 수직인 방향의 힘을 가할 수 있기 때문에, 성형형을 적층체에 밀착시킬 수 있다.

또한, 상기 성형 방법에 있어서, 상기 적층체는 원통 형상을 하고 있고, 상기 피복 공정에 있어서, 상기 복수의 유지 자석을 상기 성형형 상에 있어서 축 방향으로 균일하게 배치함과 동시에 원주 방향으로 균일하게 배치하도록 하여도 좋다. 이러한 방법에 따르면, 복수의 유지 자석에 의해 성형형에 대하여 수직인 방향의 힘을 축 방향 및 원주 방향에 있어서 균일하게 가할 수 있다.

또한, 상기 성형 방법에 있어서, 상기 피복 공정은 상기 적층체의 외주 전체에 상기 성형형을 밀착시킬 때, 상기 적층체를 회전시킴으로써 항상 상기 적층체의 측방 측에서 상기 성형형을 상기 적층체에 밀착시키는 작업을 실시하도록 하여도 좋다. 이러한 방법에 따르면, 예를 들면 적층체의 위쪽에서 작업을 하는 경우에 비하여 더 안전하게 피복 공정의 작업을 수행할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 성형형에 따르면, 성형형을 일단 측에서 매달은 상태로 이동할 수 있기 때문에, 성형형의 설치 작업이 용이하다. 또한, 성형형을 세운 상태로 보관할 수 있기 때문에, 보관 장소도 줄일 수 있다. 요컨대, 본 발명에 따르면, 취급하기 쉬운 성형형을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 지그의 설치 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 방법 중 피복 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 방법 중 피복 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 방법 중 피복 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 방법 중 배깅(bagging) 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 방법 중 배깅 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 방법 중 배깅 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 성형 방법 중 피복 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 성형 방법 중 피복 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 성형 방법 중 배깅 공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 성형 방법 중 배깅 공정의 일부를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 성형 지그 및 성형 방법의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 상응하는 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다.

(제1 실시예)

먼저, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명한다.

<성형 지그의 구성>

먼저, 도 1을 참조하면서 본 실시예에 따른 성형 지그(100)의 구성에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 따른 성형 지그(100)는 대형 항공기의 동체 부분의 스킨 패널을 성형하는 것으로 한다. 또한, 이 스킨 패널은 직경이 약 6m이고 축 방향 길이가 약 7m인 원통 형상을 갖는 것으로 한다. 도 1은 본 실시예에 따른 성형 지그(100)의 사용 상태를 나타낸 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 성형 지그(100)는 성형형(10)과, 축 방향 유지 벨트(20)와 축 방향 스페이서(spacer)(30)와, 원주 방향 유지 벨트(40)와, 원주 방향 스페이서(50)를 구비하고 있다. 이하, 이러한 각 구성 요소에 대하여 차례로 설명한다.

성형형(10)은 적층체(60)(도 2 및 도 3 참조)에 밀착하여 적층체(60)의 표면을 성형하기 위한 구성 요소이다. 사용하는 성형형(10)의 수는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시예에서는 7개의 성형형(10)을 사용한다. 성형형(10)은 주면이 직사각형인 평면 판 형상을 하고 있고(도 2 참조), 가로 폭은 약 7m이며, 경화 후에 잘라 버리는 잉여부를 갖는 적층체(60)의 축 방향의 치수보다 약간 작게 형성되어 있다. 상기 7개의 성형형(10)의 세로 방향 치수를 더한 치수는 성형형을 세트하였을 때에 올라앉지 못하기 때문에 적층체(60)의 외주 치수보다 약간 작다. 본 실시예에서는 각 성형형(10)의 세로 방향 치수는 각각 약간 다르게 형성되어 있지만, 모두 약 3m 정도이다. 또한, 각 성형형(10)을 모두 동일한 세로 방향 치수가 되도록 구성하여도 좋다. 성형형(10)은 가요성을 갖고, 평면 판 형상에서 적층체(60)의 형상(원통 형상의 일부)에 대응하는 형상으로 탄성 변형하여 적층체(60)에 밀착할 수 있다. 각 성형형(10)은 주면이 평활하게 형성되어 있고, 또한, 모두 탄소 섬유 강화 플라스틱(이하, 「CFRP」라고 칭한다)을 재료로 하고 있다. 이와 같이 CFRP를 재료로 하는 것은, CFRP는 탄성 변형의 범위가 넓기 때문에 설계의 자유도가 높고, 또한, 국부 변형하기 어렵기 때문에 내구성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

여기서, 성형형(10)의 제조 방법을 간단하게 설명한다. 먼저, 정반(定盤) 상에서 탄소 섬유 크로스(cloth)재 강화 에폭시 수지 프리프레그 및 탄소 섬유 일방향 강화 에폭시 수지 프리프레그를 교대로 10장 적층한다. 이어서, 적층한 프리프레그를 진공 백으로 감싸서 진공 흡입하고, 그 상태에서 열과 압력을 가하여 경화한다. 그 후에, 경화된 프리프레그를 진공 백에서 꺼내고 소정의 치수로 재단한다. 이에 따라, 성형형(10)이 완성된다. 또한, 여기에서 나타낸 프리프레그의 적층 장수 등은, 어디까지나 일예이며, 성형 대상인 스킨 패널의 치수와 재료에 따라 적절하게 변경된다.

단, 성형형(10)은 적층체(60)(스킨 패널)의 경화 중에 적층체(60)의 변형을 제한함으로써 성형을 행하는 것이기 때문에, 강성이 높으면 그 만큼의 높은 정밀도로 성형할 수 있다. 가요성이 높으면 작용성이 좋지만, 그것만으로는 반드시 높은 정밀도로 성형할 수 없기 때문이다. 이 점을 고려하면, 성형 대상이 직경 5~10m의 대형 항공기용 동체 스킨 패널이며 성형형의 재료가 CFRP인 경우에는, 성형형(10)의 두께는 1mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예와 같이 스킨 패널이 직경 6m 정도일 경우, 그 스킨 패널(적층체(60))의 표면에 밀착 가능한 가요성을 가지면서도 높은 강성을 갖도록 하기 위해서는, 성형형(10)의 두께는 1.5mm ± 0.5mm가 최적이다.

축 방향 유지 벨트(20)는 적층체(60)의 축 방향으로 연장되어 성형형(10)을 적층체(60)에 밀착시키기 위한 구성 요소이며, 축 방향 스페이서(30)와 함께 축 방향 유지 수단(31)을 구성한다. 축 방향 유지 수단(31)은 원주 방향으로 복수로 설치된다. 축 방향 유지 벨트(20)는 띠 모양으로 형성된 벨트부(21)와, 벨트부(21)를 감는 권상부(22)와, 벨트부(21)의 양단에 설치된 장착부(23)를 가지고 있다. 양 장착부(23)를 소정의 2곳(실제로는, 후술하는 맨드릴(61)의 축 방향 양단 부분)에 장착하고, 이 상태에서 권상부(22)에 의해 벨트부(21)를 감으면, 축 방향 유지 벨트(20)를 해당하는 두 곳 사이에 설치할 수 있다.

축 방향 스페이서(30)는 축 방향 유지 벨트(20)와 성형형(10) 사이에 삽입되는 구성 요소이다. 축 방향 유지 벨트(20)와 성형형(10) 사이에는, 복수의 축 방향 스페이서(30)가 삽입된다. 축 방향 유지 벨트(20)의 벨트부(21)를 감아서 전체를 단단히 죄면, 성형형(10)과 축 방향 유지 벨트(20) 사이에 삽입된 축 방향 스페이서(30)에서 성형형(10)에 대하여 수직 방향(반경 방향 안쪽)의 힘이 걸려 성형형(10)은 적층체(60)에 밀착한다. 여기서, 축 방향 스페이서(30)는 서로 높이가 다르고, 축 방향 유지 벨트(20)의 중앙에 가까워짐에 따라 축 방향 스페이서(30)의 높이가 높아지도록 배치된다. 이에 따라, 성형형(10)에 대하여 힘을 가하기 어려운 축 방향 유지 벨트(20)의 중앙 부근에 있어서도 성형형(10)에 충분히 힘을 가할 수 있고, 그 결과, 축 방향 위치에 관계없이 성형형(10)을 균등하게 누를 수 있다.

원주 방향 유지 벨트(40)는 적층체(60)의 원주 방향으로 연장되어 성형형(10)을 적층체(60)에 밀착시키기 위한 구성 요소이며, 원주 방향 스페이서(50)와 함께 원주 방향 유지 수단(51)을 구성한다. 원주 방향 유지 수단(51)은 축 방향으로 복수 설치된다. 원주 방향 유지 벨트(40)는 띠 모양으로 형성된 벨트부(41)와, 벨트부(41)를 감는 권상부(42)를 갖고 있다. 원주 방향 유지 벨트(40)는 벨트부(41)의 일단 측에 권상부(42)가 설치되어 있고, 적층체(60)의 원주 방향에 걸쳐 일주시킨 벨트부(41)의 타단 측을 권상부(42)로 감는다. 이에 따라, 원주 방향 유지 벨트(40) 전체를 단단히 죌 수 있다.

원주 방향 스페이서(50)는 원주 방향 유지 벨트(40)와 성형형(10) 사이에 삽입되는 구성 요소이다. 원주 방향 유지 벨트(40)와 성형형(10) 사이에는 복수의 원주 방향 스페이서(50)가 삽입된다. 원주 방향 유지 벨트(40)의 벨트부(41)를 감아서 전체를 단단히 죄면, 성형형(10)과 원주 방향 유지 벨트(40) 사이에 삽입된 원주 방향 스페이서(50)에서 성형형(10)에 대하여 수직 방향(반경 방향 안쪽)의 힘이 걸려 성형형(10)은 적층체(60)에 밀착한다. 또한, 원주 방향 스페이서(50)는 모두 같은 높이로 형성되어 있다.

이상이 본 실시예에 따른 성형 지그(100)의 구성이다. 위에서 언급한 바와 같이, 실시예의 성형형(10)은, 평면 판 형상을 하고 있다. 그 때문에, 본 실시예의 성형형(10)은, 세운 상태로 보관할 수 있다(도 2 및 도 3 참조). 예를 들면, 칸막이에 의해 연직 방향으로 분할한 스페이스(space)에 복수의 성형형(10)을 나란히 보관하면, 성형형의 보관 장소를 줄일 수 있다. 또한, 적층체(60)의 단면은 엄밀한 원이 아닌 등의 이유로 적층체(60)에 있어서의 각 성형형(10)이 대응하는 부분(덮는 부분)의 면적이나 형상이 다른 경우가 많다. 이와 같은 경우이어도 각 성형형(10)은 모두 평면 판 형상을 하고 있으며, 세로 방향의 길이 치수가 다를 뿐이다. 그 때문에, 가장 큰 성형형(10)을 스페어(spare)로서 보관하여 두면, 어떤 성형형(10)이 파손되더라도, 파손된 성형형(10)의 치수에 맞게 스페어 성형형(10)을 재단하면 즉시 사용할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 성형형(10)에 따르면, 각 성형형(10)을 제조하기 위한 전용의 성형형을 준비할 필요도 없고, 또 전체 제조비용을 줄일 수 있다.

<성형 방법>

다음에, 도 2 내지 도 7을 참조하면서 본 실시예에 따른 성형 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예에 따른 성형 방법에 의해 성형되는 것은 위에서 언급한 대형 항공기의 동체 부분의 스킨 패널이다. 본 실시예에 따른 성형 방법에는 적층 공정과, 피복 공정과, 배깅 공정과, 경화 공정과, 탈형 공정이 포함된다. 이하, 각 공정에 대하여 차례로 설명한다. 또한, 도 2 내지 도 4는 피복 공정을 나타내는 도면이고, 도 5 내지 도 7은 배깅 공정을 나타내는 도면이다. 또한, 도 2 및 도 3은 후술하는 맨드릴(61)의 축 방향에서 본 도면(정면도)이다. 도 4 내지 도 7은 맨드릴(61)의 측면 측에서 본 도면(측면도)이며, 권상부(22,42) 등의 도시를 생략한 개략도이다.

적층 공정은 프리프레그를 적층하여 적층체를 형성하는 공정이다. 먼저, 심형인 원통 성형형(이하, 「맨드릴」이라고 칭한다)(61)을 사용한다. 맨드릴(61)의 표면 상에는 축 방향으로 연장되는 홈(미도시)이 형성되어 있고, 이 홈에 금속제의 스트링거(stringer)(미도시)를 삽입한다. 스트링거는 항공기 동체의 축 방향의 휨 하중을 받는 막대 모양의 보강 부재이며, 스킨 패널과 일체가 되어 이른바 원 피스 배럴(OPB)을 구성한다. 그리고 맨드릴(61)의 홈에 스트링거가 매립된 상태에서 맨드릴(61)의 표면에 프리프레그(62)를 적층한다(위에서 언급한 바와 같이, 프리프레그를 적층한 것을 「적층체」라고 칭한다). 맨드릴(61)은 회전할 수 있도록 구성되어 있으며, 회전하는 맨드릴(61)에 프리프레그(62)를 감는 방식으로 적층하여 전체를 원통 형상으로 만든다. 단, 부분에 따라 적층수를 늘려 해당 부분의 두께를 조정한다. 요컨대, 모든 부분에 있어서 균등하게 프리프레그(62)를 적층하는 것이 아니라 부분적으로 보았을 경우에는 적층체(60)의 표면에는 기복이 존재한다.

피복 공정은 성형형(10)을 적층체(60)에 설치하는 공정이다. 먼저, 도 2에 나타내는 바와 같이, 세워진 상태로 보관되어 있는 성형형(10)을 수납 박스(63)에서 빼내고, 그 성형형(10)을 적층체(60)의 측방 측에 위치시킨다. 이상의 작업은 2대(도 2에서는 1대만을 도시하고 있다)의 권상 장치(hoist)(64)와 그 선단에 설치된 리프팅 지그(65)를 사용하여 실행한다. 리프팅 지그(65)는 막대 모양의 본체(66)와 그 본체(66)에 설치된 성형형(10)을 뽑아낼 수 있는 복수의 고정 클램프(67)로 구성되어 있다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 성형형(10) 중 위쪽 부분과 그보다 중앙 부분 측의 2곳에 축 방향 유지 벨트(20)를 설치한다. 더욱 구체적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 축 방향 유지 벨트(20)의 각 장착부(23)를 맨드릴(61)의 축 방향 양단 부분에 각각 장착한 후, 권상부(22)에 의해 벨트부(21)를 감아서 성형형(10)의 외부 표면 측에 축 방향 유지 벨트(20)를 설치한다. 그 상태에서, 축 방향 유지 벨트(20)와 성형형(10) 사이에 축 방향 스페이서(30)를 삽입한다. 이때, 축 방향 유지 벨트(20)의 중앙에 가까워짐에 따라 축 방향 스페이서(30)의 높이가 높아지도록 각 축 방향 스페이서(30)를 배치한다. 이와 같이 배치하는 목적은 전술한 바와 같다. 그 후, 권상부(22)에 의해 벨트부(21)를 더 감아서 단단히 죈다.

계속하여, 리프팅 지그(65)를 떼어 낸 후, 성형형(10)이 위쪽으로 이동하는 방향(도 3에서는 반시계 회전 방향)으로 맨드릴(61)을 회전시켜 성형형(10)의 중앙 부분에서 아래 부분을 적층체(60)의 측방 측에 위치시킨다. 성형형(10)은 가요성을 갖고 있기 때문에, 이때 자체 중량에 의해 휘어서 아래 부분이 적층체(60)에 접근함으로써 다음의 작업을 행하기 쉬워진다. 그리고 성형형(10) 중 아래 부분과 그보다 중앙 부분 측의 2곳에 축 방향 유지 벨트(20)를 더 설치하고 단단히 죈다. 이에 따라, 성형형(10)은 적층체(60)의 형상에 대응하는 형상으로 탄성 변형하여 적층체(60)에 밀착한다. 그리고 도 4에 나타내는 바와 같이 상술한 작업을 복수의 성형형(10)에 대하여 서로 간섭하지 않도록(겹치지 않도록), 적층체(60)의 외주 전체에 걸쳐 실시한다. 또한, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 피복 공정에 있어서의 작업은 모두 적층체(60)의 측방 측에서 실행한다. 이에 따라, 피복 공정에 있어서의 작업을 적층체(60)의 위쪽에서 작업을 할 경우에 비하여 더 안전하게 할 수 있다. 이상이 피복 공정이다.

배깅 공정은 백 필름으로 성형형(10) 전체를 덮는(배깅하는) 공정이다. 본 실시예에서는, 이중으로 배깅하는 더블 백 방법을 채용하고 있다.

(i) 먼저, 도 4에 나타내는 성형형(10)이 적층체(60)에 설치된 상태에서 도 5에 나타내는 바와 같이 원주 방향으로 인접한 성형형(10)끼리의 경계 부분에 띠 모양의 백 필름(68)을 붙여 각 성형형(10) 사이의 모든 간극을 덮는다.

(ii) 다음으로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 성형형(10)의 원주 방향으로 원주 방향 유지 벨트(40)를 걸고 죈다. 이때, 원주 방향 유지 벨트(40)와 성형형(10) 사이에는 원주 방향 스페이서(50)를 삽입한다. 또한, 원주 방향으로 거는 원주 방향 유지 벨트(40)는 축 방향으로 처져 있는 축 방향 유지 벨트(20)보다 내주 측에 위치시킨다.

(iii) 다음으로, 도 7에 나타내는 바와 같이, 축 방향으로 설치한 축 방향 유지 벨트(20)를 떼어낸다. 축 방향 유지 벨트(20)를 떼어내어도 원주 방향 유지 벨트(40)가 성형형을 누르고 있기 때문에, 성형형(10)이 적층체(60)에 밀착하는 상태가 유지된다.

(iv) 다음으로, 마찬가지로 도 7에 나타내는 바와 같이, 성형형(10)의 축 방향 양단 부분을 덮도록 원주 방향으로 띠 모양의 백 필름(68)을 붙여 성형형(10)의 축 방향 양단 부분과 맨드릴(61)의 간극을 덮는다. 이상에 따라, 적층체(60)는 성형형(10) 및 백 필름(68)에 의해 전체가 덮여서 밀폐되게 된다.

(v) 다음으로, 성형형(10) 및 백 필름(68)에 의해 밀폐된 공간을 진공 흡입하여 성형형(10)을 적층체(60)에 더 밀착시킨다. 이에 따라, 내측의 배깅(인너 배깅)이 완료된다.

(vi) 다음으로, 원주 방향으로 설치한 원주 방향 유지 벨트(40)를 떼어낸다. 성형형(10) 및 백 필름(68)에 의해 밀폐된 공간은 진공 흡입되어 있기 때문에, 원주 방향 유지 벨트(40)를 떼어내어도 성형형(10)이 적층체(60)에 밀착하는 상태가 유지된다.

(vii) 마지막으로, 성형형(10) 및 맨드릴(61)을 전체 백 필름(미도시)으로 더 덮고, 그 전체 백 필름과 맨드릴(61) 사이의 공간을 진공 흡입한다. 이에 따라, 외측의 배깅(아우터 배깅)이 완료된다. 이상이 배깅 공정이다.

경화 공정은 적층체를 경화시키는 공정이다. 구체적으로는, 배깅 공정에 의해 일체로 배깅된 맨드릴(61), 적층체(60), 및 성형형(10)을 오토클레이브(autoclave) (고온 고압 솥)에 넣고, 열과 압력을 동시에 가한다. 이에 따라, 적층체(60)는 경화된다. 그리고 그 경화 중에 있어서의 적층체(60)의 변형을 적층체(60)에 밀착한 성형형(10)이 제한하기 때문에, 적층체(60)(스킨 패널)의 표면에 존재하고 있던 요철과 기복이 없어져 표면이 매끄럽게 형성된다.

탈형 공정은 경화된 적층체(60)(이하, 「복합 재료 성형품」이라고 칭한다)에서 성형형(10)을 떼어 내는 공정이다. 먼저, 경화 공정 후에, 복합 재료 성형품을 오토클레이브에서 꺼내고, 외측 배깅(아우터 배깅)의 백 필름을 떼어 낸다. 그 후에, 상기 성형형(10)의 설치 방법과 반대의 순서로 유지 벨트를 사용하면서 각 성형형(10)을 차례로 복합 재료 성형품에서 떼어내 간다. 이때 맨드릴(61)을 회전시켜 성형형(10)을 떼어내는 작업을 항상 맨드릴(61)의 측방 측에서 행할 수 있도록 조정한다. 성형형(10)을 떼어내는 작업은 권상 장치(64)에 의해 매달은 상태로 행하고, 떼어낸 성형형(10)은 그 상태 그대로 매달은 상태에서 표면에 부착된 이물질을 제거함과 동시에 다음 작업에 대비하여 표면에 이형제를 도포한다. 이 작업은 성형형을 매달은 높이를 올리거나 내려 작업자가 작업하기 쉬운 자세로 작업할 수 있는 점이 이점이다.

이상이 본 실시예에 따른 성형 방법이다. 이상과 같이, 본 실시예에 따른 성형 방법에 따르면, 성형형(10)을 적층체(60)에 설치할 때, 성형형(10)을 수평으로 유지 한 채 설치 작업을 할 필요도 없고, 성형형(10)을 일단 측에서 매달은 상태로 설치 작업을 행할 수 있기 때문에, 정렬 조작이 용이하고, 또한, 작업 공간을줄일 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 성형형(10)에 따르면, 성형형의 형상을 유지하기 위한 골조 부재 및 수평으로 매달기 위한 매달기부를 성형형(10)에 설치할 필요가 없다. 그 때문에, 성형형(10)을 경량화할 수 있어 취급하기 쉽다. 또한, 성형형(10)을 설치하는 작업뿐만 아니라 그 밖의 청소 작업이나 이형 처리 작업에 대해서도 성형형(10)이 일단 측에서 매달린 상태로 행하여지기 때문에 용이하게 행할 수 있다.

(제2 실시예)

다음으로, 도 8 내지 도 11을 참조하면서 본 발명의 제2 실시예에 따른 성형 지그(200)의 구성에 대하여 설명한다. 여기서, 도 8 내지 도 11은 맨드릴(61)의 측면 측에서 본 도면(측면도)이다. 이 중에서 도 8 및 도 9는 본 실시예에 따른 성형 방법의 피복 공정의 일부를 나타낸 도면이다. 또한, 도 10 및 도 11은 본 실시예에 따른 성형 방법의 배깅 공정의 일부를 나타낸 도면이다. 위에서 언급한 바와 같이, 제1 실시예에서는 축 방향 유지 벨트(20) 등을 이용하여 성형형(10)을 유지하고 있었던 반면에, 본 실시예에서는 유지 자석(70)을 이용하여 성형형(10)을 유지한다. 요컨대, 본 실시예에 따른 성형 지그(200)는, 성형형(10)과 유지 자석(70)으로 주로 구성되어 있다. 이하, 유지 자석(70)의 구성 및 본 실시예의 성형 방법에 대하여 설명한다.

유지 자석(70)은 성형형(10)을 적층체(60)에 밀착시키기 위한 구성 요소이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 유지 자석(70)은 자석 본체(71)와 커버 부재(72)로 주로 구성되어 있다. 이 중 자석 본체(71)는 자석 그 자체이며, 영구 자석이어도 좋고, 전자석이어도 좋다. 자석 본체(71)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시예의 자석 본체(71)는 직육면체의 형상을 하고 있다. 또한, 커버 부재 (72)는 자석 본체(71) 중 자극을 구성하는 면의 한 쪽을 제외하고 전체를 덮도록 구성되어 있다. 다른 말로 하면, 커버 부재 (72)는 개구부를 가지고 있으며, 커버 부재(72)에 의해 덮인 자석 본체(71) 중 한 쪽의 자극을 구성하는 면만이 그 개구부에서 노출되어 있다. 또한, 커버 부재(72)는 자력이 투과하기 어려운 재료로 형성되어 있다. 이에 따라, 유지 자석(70)은 한 쪽 측의 면(커버 부재(72)의 개구부)에서만 큰 자력을 발생시킬 수 있다(이하, 이 큰 자력을 발생시키는 면을 「자력면」이라고 칭한다).

이어서, 본 실시예에 따른 성형 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예에 따른 성형 방법에는 제1 실시예의 경우와 마찬가지로, 적층 공정과, 피복 공정과, 배깅 공정과, 경화 공정, 탈형 공정이 포함된다. 이 중에서, 적층 공정, 경화 공정, 및 탈형 공정에 대해서는 제1 실시예에 따른 성형 방법과 기본적으로 동일하다. 따라서 이하에서는, 주로 본 실시예에 있어서의 피복 공정과 배깅 공정에 대하여 설명한다.

본 실시예에 따른 피복 공정에서는 먼저, 성형형(10)을 적층체(60)의 측방 측에 위치시키고, 그 후에, 유지 자석(70)을 성형형(10)에 설치한다. 구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같이 성형형(10) 중 위쪽 부분과 그 보다 중앙 부분 측의 높이 방향 위치(원주 방향 위치) 각각에, 복수의 유지 자석(70)을 축 방향으로 나란히 설치한다. 이때, 자력면이 성형형(10)과 마주보도록 유지 자석(70)을 설치한다. 또한, 유지 자석(70)의 설치 순서는 특별히 한정되지 않지만, 성형형(10)의 축 방향 중앙 쪽에서 축 방향 바깥쪽을 향하여 차례로 설치하는 것이 바람직하다.

여기서, 프리프레그가 적층되는 맨드릴(61)(심형)은 자성 재료인 인바 합금 (철에 니켈을 34~36% 합금한 것으로, 열팽창률이 매우 낮은 금속)으로 형성된 자성체이다. 맨드릴(61)이 자성체일 경우, 유지 자석(70)은 맨드릴(61)에 흡착하기 때문에, 성형형(10) 및 적층체(60)는 맨드릴(61)과 유지 자석(70) 사이에 끼워진 상태가 된다. 또한, 본 실시예의 유지 자석(70)은 자력면에서만 큰 자력이 발생하도록 구성되어 있기 때문에, 인접한 유지 자석(70)끼리가 자력의 영향을 서로 끼치는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예의 성형형(10)에는 작업을 효율적으로 수행하기 위하여, 유지 자석(70)의 설치 위치에 프레임 모양의 설치 표식(73)이 그려져 있다. 이 설치 표식(73)은 축 방향 및 원주 방향으로 균일하게 늘어서 있고, 이 설치 표식(73)에 맞추어 유지 자석(70)도 축 방향 및 원주 방향으로 균일하게 설치된다. 본 실시예에서는 제1 실시예와는 달리, 성형형(10)을 누를 때에 축 방향 위치에서의 힘의 균형을 고려할 필요는 없다. 그 때문에, 각 성형형(10) 상에서 동일한 자력을 갖는 유지 자석(70)을 축 방향 및 원주 방향으로 균일하게 배치하면, 성형형(10) 전체를 균일하게 누를 수 있다. 다른 말로 하면, 유지 자석(70)을 균일하게 배치하는 것이라면, 동일한 자력의 유지 자석(70)을 사용할 수 있다.

이어서, 리프팅 지그(65)를 떼어내고, 성형형(10)이 위쪽으로 이동하는 방향으로 맨드릴(61)을 회전시켜 성형형(10) 중 하부 부분과 그 보다 중앙 부분 측의 높이 방향 위치(원주 방향 위치) 각각에, 복수의 유지 자석(70)을 축 방향으로 나란히 설치한다. 이에 따라, 성형형(10)은 적층체(60)의 형상에 대응하는 형상으로 탄성 변형하여 적층체(60)에 밀착한다. 그리고 도 9에 나타내는 바와 같이 위에서 언급한 작업을 복수의 성형형(10)에 대하여, 서로 간섭하지 않도록(겹치지 않도록), 적층체(60)의 외주 전체에 걸쳐 실시한다. 이상이 피복 공정이다.

다음으로, 본 실시예에 따른 배깅 공정에 대하여 설명한다. 본 실시예에 따른 배깅 공정은 제1 실시예와 같이 축 방향 유지 벨트(20)와 원주 방향 유지 벨트(40)를 교체할 필요가 없기 때문에, 제1 실시예에 비하여 작업이 매우 단순하다. 이하, 구체적으로 설명한다.

(i) 먼저, 도 9에 나타내는 성형형(10)이 적층체(60)에 설치된 상태에서, 도 10에 나타내는 바와 같이 원주 방향으로 인접한 성형형(10)끼리의 경계 부분에 띠 모양의 백 필름(768)을 부착하여 각 성형형(10) 사이의 모든 간극을 덮는다.

(ii) 다음으로, 도 11에 나타내는 바와 같이 성형형(10)의 축 방향 양단 부분을 덮도록 원주 방향으로 띠 모양의 백 필름(68)을 부착하여 성형형(10)의 축 방향 양단 부분과 맨드릴(61) 사이의 간극을 덮는다. 이상에 따라, 적층체(60)는 성형형(10)과 백 필름(68)에 의해 전체가 덮여서 밀폐되게 된다.

(iii) 다음으로, 성형형(10) 및 백 필름(68)에 의해 밀폐된 공간을 진공 흡입하여 성형형(10)을 적층체(60)에 더 밀착시킨다. 이에 따라, 내측의 배깅(이너 배깅)이 완료된다.

(iv) 다음으로, 모든 유지 자석(70)을 떼어낸다. 성형형(10) 및 백 필름(68)에 의해 밀폐된 공간은 진공 흡입되어 있기 때문에, 유지 자석(70)을 떼어내어도 성형형(10)이 적층체(60)에 밀착하는 상태가 유지된다.

(v) 마지막으로, 성형형(10) 및 맨드릴(61)을 전체 백 필름 (미도시)으로 더 덮고, 그 전체 백 필름과 맨드릴(61) 사이의 공간을 진공 흡입한다. 이에 따라 외측의 배깅(아우터 배깅)이 완료된다. 이상이 배깅 공정이다.

또한, 탈형 공정에 대해서는 위에서 언급한 성형형(10)을 설치하는 순서와는 반대되는 순서로 행하여지는데, 이때도 축 방향 유지 벨트(20) 등을 사용하지 않고 유지 자석(70)을 사용한다. 이상이 본 실시예에 따른 성형 방법이다. 이와 같이, 맨드릴(61)이 자성체일 경우에는 성형형(10)의 유지 수단으로서 상기한 유지 자석(70)을 사용할 수 있으며, 이 경우에는 특히 피복 공정, 배깅 공정, 및 탈형 공정이 용이해진다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 구체적인 구성은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 설계 변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다.

본 발명에 따르면, 취급하기 쉬운 성형형을 제공할 수 있기 때문에, 성형형의 기술분야에서 유익하다.

10: 성형형
20: 축 방향 유지 벨트
30: 축 방향 스페이서
31: 축 방향 유지 수단
40: 원주 방향 유지 벨트
50: 원주 방향 스페이서
51: 원주 방향 유지 수단
60: 적층체
61: 맨드릴
62: 프리프레그
70: 유지 자석
100: 성형 지그

Claims

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프리프레그를 적층한 소정의 형상을 갖는 적층체를 형상을 유지한 채 경화할 때 그 표면을 성형하는 성형형과,
상기 성형형을 상기 적층체의 형상에 대응하도록 상기 적층체에 밀착시키고, 그 상태로 상기 성형형을 백 필름으로 덮기 위한 유지 수단을 구비하며,
상기 성형형은 평면 판 형상을 가지고, 해당 평면 판 형상에서 상기 적층체의 형상에 대응하는 형상으로 탄성 변형하여 상기 적층체에 밀착 가능하고,
상기 유지 수단은 상기 성형형의 외부 표면 측에 설치되는 조임 가능한 유지 벨트와,
상기 유지 벨트와 상기 성형형 사이에 삽입되는 복수의 스페이서를 갖는 것을 특징으로 하는 성형 지그.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 스페이서에는 서로 높이가 다른 스페이서가 포함되어 있고,
상기 적층체가 원통 형상을 하고, 상기 유지 벨트가 상기 적층체의 축 방향으로 처졌을 때, 상기 복수의 스페이서에 포함되는 각 스페이서는 상기 유지 벨트의 중앙에 가까워짐에 따라 높아지는 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 성형 지그.
프리프레그를 적층한 소정의 형상을 갖는 적층체를 형상을 유지한 채 경화할 때 그 표면을 성형하는 성형형과,
상기 성형형을 상기 적층체의 형상에 대응하도록 상기 적층체에 밀착시키고, 그 상태로 상기 성형형을 백 필름으로 덮기 위한 유지 수단을 구비하며,
상기 성형형은 평면 판 형상을 가지고, 해당 평면 판 형상에서 상기 적층체의 형상에 대응하는 형상으로 탄성 변형하여 상기 적층체에 밀착 가능하고,
상기 프리프레그는 자성체의 심형에 적층되어 있고,
상기 유지 수단은 자력을 발생하고, 상기 성형형 및 상기 적층체를 사이에 두고 상기 심형에 흡착 가능한 복수의 유지 자석을 갖는 것을 특징으로 하는 성형 지그.
제 7 항에 있어서,
상기 유지 자석은 일면에서만 자력이 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 성형 지그.
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프리프레그를 적층하여 소정의 형상을 갖는 적층체를 형성하는 적층 공정과,
평면 판 형상을 가진 가요성 성형형을 상기 적층체의 형상에 대응하도록 변형시키면서 유지 수단에 의해 상기 적층체에 밀착시키는 피복 공정과,
상기 적층체의 형상에 대응하도록 상기 유지 수단에 의해 상기 적층체에 밀착된 상기 성형형을 백 필름으로 덮는 배깅 공정과,
상기 성형형을 밀착시킨 상태로 상기 적층체를 형상을 유지한 채 경화시키는 경화 공정을 포함하고,
상기 피복 공정에 있어서, 상기 성형형의 외부 표면 측에 유지 벨트를 설치함과 동시에 상기 유지 벨트와 상기 성형형 사이에 복수의 스페이서를 배치하고, 상기 유지 벨트를 조임으로써 상기 성형형을 상기 적층체에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 적층체는 원통 형상을 하고 있고,
상기 피복 공정에 있어서, 상기 유지 벨트를 상기 적층체의 축 방향으로 설치하고, 상기 복수의 스페이서를 상기 유지 벨트의 중앙에 가까워짐에 따라 높아지는 순서로 배치하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
프리프레그를 적층하여 소정의 형상을 갖는 적층체를 형성하는 적층 공정과,
평면 판 형상을 가진 가요성 성형형을 상기 적층체의 형상에 대응하도록 변형시키면서 유지 수단에 의해 상기 적층체에 밀착시키는 피복 공정과,
상기 적층체의 형상에 대응하도록 상기 유지 수단에 의해 상기 적층체에 밀착된 상기 성형형을 백 필름으로 덮는 배깅 공정과,
상기 성형형을 밀착시킨 상태로 상기 적층체를 형상을 유지한 채 경화시키는 경화 공정을 포함하고,
상기 프리프레그는 자성체의 심형에 적층되어 있고,
상기 피복 공정에 있어서, 자력을 발생하는 복수의 유지 자석을 상기 성형형 및 상기 적층체를 사이에 두고 상기 심형에 흡착시킴으로써 상기 성형형을 상기 적층체에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 적층체는 원통 형상을 하고 있고,
상기 피복 공정에 있어서, 상기 복수의 유지 자석을 상기 성형형 상에 있어서 축 방향으로 균일하게 배치함과 동시에 원주 방향으로 균일하게 배치하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 피복 공정에 있어서, 상기 적층체의 외주 전체에 상기 성형형을 밀착시킬 때, 상기 적층체를 회전시킴으로써 항상 상기 적층체의 측방 측에서 상기 성형형을 상기 적층체에 밀착시키는 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.