KR20110053962A - 합성 부품 제조 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

합성 부품 제조 방법과 그 장치가 개시된다. 층들의 스택(1)은 적층 테이블 상에 조립되고, 각 층은 티-섬유(thy-fibres)와 같은 복수의 강화 요소들을 포함한다. 층들의 스택의 제1 부분은 결합되어 부분적으로 결합된 층들의 스택을 형성하고, 층들의 스택의 제2 부분은 결합되지 않은 상태로 남는다. 부분적으로 결합된 층들의 스택은 한 쌍의 몰드 기구들(4, 27) 사이의 몰드 공동 내에 프레스-가공되어 성형된 예비-오린(pre-orin)을 형성하고, 스택의 제2 부분 내의 층들은 프레스-가공 동안 서로에 대하여 미끌어진다. 액체 매트릭스 재료는 몰드 공동 내의 성형된 예비 성형물 내로 주입되고, 이 후 경화된다.

Description

합성 부품 제조 방법 및 그 장치{METHOD OF MANUFACTURING A COMPOSITE ELEMENT AND APPARATUS THEREFORE}

본 발명은 합성 부품 제조 방법에 관한 것이다.

오늘날 합성 대형 항공기 날개 스파(spar)는 통상적으로 자동 테이프 적층(ATL: Automated Tape Laying)된 수지 침투 가공재로부터 제조되어 수(male) 맨드릴 상부에 원하는 형상으로 가열되어 성형된다. 그 후, 상기 스파는 수 기구(male tool) 상에서 또는 암 기구(female tool) 내에서 경화된다. 수지 침투 가공재 제조에는 대규모 자본의 투자가 필요한 가압 처리기(autoclave)의 사용이 요구된다. 또한, 상기 자동 테이프 적층 과정은 작은 두께 변화, 간단한 덧댐 및 얕은 굴곡으로 상대적으로 간단한 구조를 만들 수 있고, 다소 직선형인 접는 선도 만들 수 있다. 더 복잡한 구조 및 섬유 구성은 수동으로 또는 섬유를 배치함으로써 적층되는 수지 침투 가공재를 필요로 한다.

합성 부품을 제조하기 위한 다른 과정은 건조 섬유가 딱딱한 암수 몰드 기구 사이에 액체 수지와 함께 주입되는 소위, 합성수지 전달 성형(RTM: Resin Transfer Moulding)이다. 통상적으로, 복잡한 구조가 요구되는 곳에서, 상기 건조 섬유는 상기 암 몰드 기구 내로 수동으로 적층된다. 이러한 수동 적층 과정은 힘이 들고 시간이 소비된다.

본 발명의 제1 측면은 다음과 같은 단계들을 포함하는 합성 부품의 제조 방법을 제공하는 것이다.

a. 적층 테이블 상에 복수의 강화 요소들을 포함하는 층들의 스택을 조립하는 단계;

b. 상기 층들의 스택의 제1 부분을 함께 결합하여, 상기 층들의 스택의 제2 부분은 결합되지 않은 상태로 남는, 부분적으로 결합된 층들의 스택을 형성하는 단계;

c. 상기 스택의 제2 부분 내의 층들은 프레스-가공동안 서로에 대하여 미끌어지는, 한 쌍의 몰드 기구들 사이의 몰드 공동 내에 상기 부분적으로 결합된 층들의 스택을 프레스-가공하여 성형된 예비-성형물을 형성하는 단계;

d. 액체 매트릭스 재료를 상기 몰드 공동 내의 상기 성형된 예비-성형물 내로 주입하는 단계; 및

e. 상기 액체 매트릭스 재료를 경화시키는 단계.

상기 몰드 기구들 중 하나 대신 적층 테이블 상의 층들을 조립하는 단계는 자동화된 방법에 의해 상기 스택을 조립하기 더 쉽게 만든다. 왜냐하면 상기 적층 테이블은 상대적으로 간단한 형태를 가질 수 있기 때문이다(예를 들어, 그것은 실질적으로 평평할 수 있다).

프레스-가공 동안 상기 스택의 일부 약간의 층들을 서로에 대하여 미끄러져 움직이도록 함으로써, 층들의 구겨짐이 방지되거나 적어도 완화된다.

상기 매트릭스 재료는 열가소성 물질을 포함할 수 있다(이 경우, 상기 매트릭스 재료는 상기 경화 단계 e. 동안 냉각된다). 그 대신, 상기 매트릭스 재료는 화학 반응(중합 반응과 같은)으로 인해 경화하는 두 부분의 화학 시스템을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 매트릭스 재료는 에폭시(epoxy) 수지, 폴리에스테르(polyester) 수지, 페놀(phenolic) 수지, 비닐 에스테르(vinyl ester) 수지 또는 비스말레이미드(BMI: bismaleimide) 수지와 같은 열경화성 수지이다.

통상적으로, 강화 요소들은 유리 또는 탄소 섬유와 같은 섬유들이다. 스택 내의 각 층은 일련의 단일 방향의 섬유들, 주름지지 않은 직물, 또는 다른 적합한 섬유 구조를 포함할 수 있다.

상기 결합 단계 b.는 상기 층들의 스택의 제1 부분을 가열하여 접합제(binder)를 녹이는 단계를 포함한다. 상기 접합제는 녹기 전에 상기 스택 내에 산재될 수 있고, 또는 녹을 때 상기 스택에 스며드는 분리된 층으로서 제공될 수 있다. 다르게는, 상기 스택은 상기 스택의 제1 부분 내의 상기 층들을 함께 묶음으로써 또는, 상기 프레스-가공 단계 동안 상기 층들이 서로에 대하여 미끌어지는 것이 방지되는 다른 적합한 결합 방법에 의해서도 결합될 수 있다.

상기 결합 단계 b.는 통상적으로, 상기 층들의 스택의 선택된 부분에 압력을 가하는 단계를 포함한다. 이러한 압력은 진공 백(vacuum bag) 아래의 카울 플레이트(caul plate)에 의해, 또는 다른 적합한 가압 기구에 의해 상기 프레스-가공 단계 c. 에 다음으로 사용되는 상기 몰드 기구들 중 하나에 의해 가해질 수 있다.

상기 결합 단계 b.는 적층 테이블 상의 상기 층들의 스택과 함께 수행될 수 있거나, 상기 층들의 스택은 결합 전에 상기 적층 테이블로부터 제거될 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법은 두 개 이상의 카세트 부품들 사이에 부가적인 부품을 배치하여 카세트를 형성하는 단계; 상기 카세트를 상기 기구들 중 하나 내의 홈 내부로 삽입하는 단계; 액체 매트릭스 재료를 상기 홈 내의 상기 부가적인 부품 내로 주입하는 단계; 및 상기 부가적인 부품 내의 상기 액체 매트릭스 재료를 경화시키는 단계를 포함한다. 아래에 설명되는 실시예들에서, 합성 부품은 항공기 스파이고 부가적인 부품들은 리브 기둥(rib post)이다. 그러나, 상기 방법은 날개 또는 동체 외피와 같은 또 다른 합성 부품을 형성하기 위해 사용될 수 있고, 이 경우 상기 부가적인 부품들은 예를 들어 상기 외피를 경화시키기 위한 스트링거(stringer)들일 수 있다.

통상적으로, 상기 카세트는 경화 후에 상기 예비-성형물이 상기 기구들 중 하나로부터 해방될 때 예를 들어, 상기 홈의 베이스 내에 수용된 램(ram)에 의해 상기 홈으로부터 추출된다. 이렇게 하여, 상기 램은 어떠한 수동적 개입도 요구하지 않고 상기 기구로부터 예비-성형물을 해방시키기 위한 필요한 힘을 제공할 수 있다.

통상적으로, 상기 부가적인 부품을 축소하기 위하여 상기 부가적인 부품은 상기 카세트 부품들 사이에 압착된다. 상기 카세트 부품들은 어떠한 적합한 수단에 의해서도 함께 힘이 가해질 수 있으나, 바람직하게는 상기 홈은 상기 카세트 부품들이 상기 홈 내로 삽입될 때 상기 카세트 부품들에 함께 힘을 가하는 점점 가늘어지는 홈이다. 상기 홈으로부터 그들을 추출하기 위해 상기 카세트 부품들을 밀어내는 램은 그들에 함께 힘을 가하도록 상기 홈 내로 그들을 당길 수도 있다. 또한, 스프링과 같은 편향 부재가 상기 카세트 부품들을 서로 떨어져 있도록 제공될 수 있다.

본 발명의 제2 측면은 합성 부품을 제조하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 적층 테이블; 한 쌍의 몰드 기구들 사이의 몰드 공동 내에 부분적으로 결합된 층들의 스택을 프레스-가공하여 성형된 예비-성형물을 만들기 위한 한 쌍의 몰드 기구들; 및 액체 매트릭스 재료를 상기 몰드 공동 내의 상기 성형된 예비-성형물 내로 주입하기 위한 주입 포트를 포함한다.

본 발명의 여러 선호되는 측면들은 종속 청구항들에 제시되어 있다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여, 아래에서 설명될 것이다.

도 1은 건조 섬유 스택을 구비하는 적층 테이블의 단면도이다.
도 2는 수 기구, 베이스 플레이트 및 지지 프레임의 사시도이다.
도 3은 리브 기둥을 나타내는 확대도이다.
도 4는 베이스 플레이트 및 수 기구를 나타내는 도면이다.
도 5는 베이스 플레이트의 일단을 나타내는 도면이다.
도 6은 맨드릴(mandrel) 중 하나를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 7b는 L-형상의 리브 기둥의 반의 프레스-가공을 나타내는 도면이다.
도 8 및 9는 들어올려져 수 기구와 접촉하는 스택을 나타내는 도면이다.
도 10은 수 기구에 의해 압축되는 스택의 중앙 스트립을 나타내는 도면이다.
도 11은 부분적으로 결합된 스택을 나타내는 단면도이다.
도 12는 트롤리(trolley)가 제거된 후의 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 13은 적층 테이블의 회전 및 제거 후의 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 14는 스택을 구비하는 수 기구의 측면도이다.
도 15는 가이드 핀을 수용하는 홀들을 나타내는 수 기구 및 성형된 예비-성형물의 단면도이다.
도 16은 제자리로 하강된 암 기구를 나타내는 도면이다.
도 17은 프레스-가공된 스택을 나타내는 단면도이다.
도 18은 암몰드 기구의 제거 후의 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 19는 도 4의 A-A 선을 따라 잘라낸 베이스 플레이트/수 기구의 단면도이다.
도 20은 회전 후의 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 21은 제거되는 맨드릴 중 하나를 나타내는 도면이다.
도 22는 제거된 맨드릴 중 하나를 구비하는 수 기구의 하부측을 나타내는 도면이다.
도 23 내지 25는 스택의 결합 및 성형의 다른 방법을 나타내는 단면도이다.
도 26은 히터 매트(heater mat)들의 열을 구비하는 적층 테이블을 나타내는 도면이다.
도 27은 진공 어셈블리 형성 후의 테이블의 단면도이다.
도 28은 도 27의 중앙부를 나타내는 확대도이다.
도 29는 수 기구와 카세트 부품을 나타내는 확대도이다.
도 30a 및 30b는 카세트가 약간 들어올려진 상태의 수 기구 및 카세트의 단면도들이다.
도 31a 및 31b는 카세트가 리브 기둥 예비-성형물을 구비하고 제자리로 당겨진 상태의, 수 기구 및 카세트의 단면도들이다.
도 32는 카세트가 리브 기둥 예비-성형물을 구비하고 제자리로 당겨진 상태의, 수 기구 및 카세트를 나타내는 사시도이다.

합성 후방 스파를 제조하는 방법이 도 1 내지 22에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 제1 단계에서, 건조-섬유층들의 스택(1)이 적층 테이블(2) 상에서 조립된다. 각 층은 EPR05311 접합제와 함께 12K의 고 긴장력(HTS: High Tensile Strength)의 개선된 단일 방향 위브(AUW: Advanced Unidirectional Weave) 285g/m² 를 포함한다. 더욱 상세하게는, 각 층은 일방향으로 연장되는 탄소 섬유들의 층을 포함한다. 상기 각 층은 상기 탄소 섬유들과 직각으로 연장되는 유리 섬유들과 함께 위브 베틀에서 짜여진다. EPR05311은 헥시온 스페셜티 케미컬(Hexion Specialty Chemical)에 의해 파우더 물질로 제공된다. 상기 파우더는 상기 위브의 상부에 제공되고 적외선 램프에 의해 녹아 작은 방울들을 형성한다.

상기 스택은 레이져 프로젝터로부터 도움을 받아 수동으로 층층이 조립된다. 또 다른 선택은 상기 층들을 커터로부터 집어 올리고 배치시키기 위해 진공 그리퍼(gripper)들을 구비하는 로봇들을 사용하는 것이다. 각 층의 주변부는 상기 층이 적층 테이블 상으로 배치되기 전에 초음파 나이프에 의해 원하는 형상으로 잘려진다. 또한, 위치 홀(36)들(도 15에 도시됨) 및 기준 핀 홀(28)들(도 17에 도시됨)은 상기 층이 적층되기 전에 각 층에 성형된다. 세 번째 선택은 상기 재료가 롤(roll)로부터 내려질 때 상기 적층 테이블의 상부 상에서 작동하여 각 층을 성형하도록 자르는 시스템을 사용하는 것이다.

상기 테이블(2)이 도 1의 단면도에만 도시되었지만, 상기 스택이 적층되는 테이블의 상부면(3)은 실질적으로 수평이고 평평함을 이해하여야 한다.

도 2는 수 성형 기구(4), 베이스 플레이트(12) 및 지지 프레임(13)을 도시한다. 상기 수 성형 기구(4)은 상기 베이스 플레이트(12)에 각각 고정되는 일련의 다섯 개의 분리된 맨드릴들(5 내지 9)을 포함한다. 상기 지지 프레임(13)은 상기 맨드릴들이 상기 베이스 플레이트에 고정된 후 도 3에 도시된 한 쌍의 A-프레임들(23, 24) 상으로 회전가능하게 결합되는 한 쌍의 축(21, 22)들을 구비한다. 이송 트롤리(25)는 상기 지지 프레임(13) 아래에서 회전하고, 상기 A-프레임들(23, 24)의 무게를 경감시키도록 잭으로 들어올려진다.

도 4는 상기 베이스 플레이트(12) 및 수 성형 기구의 하부측을 도시한다. 상기 베이스 플레이트는 그를 통하여 상기 맨드릴들(5 내지 9)이 보이도록 도 4에 도시된 바와 같이 일련의 일곱 개의 홀들을 구비한다. 도 5는 상기 홀들 중 하나(10)를 포함하는 상기 베이스 플레이트(12)의 일단의 상부측을 도시한다. 밀폐 그루브(30), 한 쌍의 원뿔형 핀(31)들 및 한 쌍의 장착 홀(32)들이 상기 홀(10)을 둘러싸고 있다. 점선으로 나타나는 숨은 형태로 맨드릴(5)이 도 6에 나타나 있다. 상기 맨드릴(5)이 상기 베이스 플레이트(12)에 끼워지면, 상기 원뿔형 핀(31)들이 상기 맨드릴의 하부측의 홀(33)들 내에 위치하고, 장착 장치(미도시)가 상기 맨드릴(5)의 하부측 내의 나삿니가 형성된 홀(34)들 내로 고정되어 이를 상기 베이스 플레이트에 고정시킨다. 다른 맨드릴들(6 내지 9)은 유사한 방식으로 상기 베이스 플레이트에 끼워진다.

도 7a 및 7b는 리브 기둥의 반의 프레스-가공을 도시한다. 평면의 건조-섬유 스택(14)은 수 기구(15)과 암 기구(16) 사이에서 프레스 가공되어 L-형상의 예비-성형물(11)을 형성한다. 다음으로, 상기 예비-성형물(11)은 커팅 기구에 의해 원하는 형상으로 잘려진다. 이러한 예비-성형물(11)들 중 하나는 상기 맨드릴(5)이 상기 베이스 플레이트에 고정된 후 단부 맨드릴(5) 상에 배치된다. 그 후, 제2 예비-성형물(11)은 맨드릴(6) 상에 배치되고, 상기 맨드릴(6)은 상기 예비-성형물(11)들이 도 3에 도시된 T-형상의 리브 기둥(17)을 형성하기 위해 겹겹이 배치되도록 상기 베이스 플레이트에 부착된다. 나머지 맨드릴들(7 내지 9) 및 그와 관련된 리브-기둥 반들은 그 후 유사한 방식으로 설치된다. 세 개의 T-형상의 리브 기둥들이 도 3의 참조부호 17 내지 19로 표시되어 있다. 다른 형상을 갖는 네 번째 리브 기둥(20)이 또한 도 3에 도시되어 있다.

누들 필러들(noodle fillers)(미도시)이 상기 리브 기둥들(17 내지 20) 상으로 수동으로 조립되고, 상기 건조-섬유 내의 접합제를 국부적으로 가열함으로써 제자리에 고정되게 한다.

상기 리브 기둥들 및 맨드릴들이 조립된 후, 이송 트롤리(25)가 아래로 내려가고 일 방향으로 회전된다. 다음으로, 상기 지지 프레임(13)은 180°로 회전한다. 상기 스택(1)을 구비하는 적층 테이블(2)은 그 후 상기 이송 트롤리(25) 상에 배치된다. 이는 도 8에 도시된 바와 같이, 회전되어 상기 어셈블리의 아래 위치로 간다.

상기 베이스 플레이트(12)로부터 연장되는 핀(35)들은 상기 적층 테이블 내의 위치 홀들 내로 삽입되어 상기 적층 테이블(2)을 상기 수 기구 아래에 정확히 위치시킨다. 도 9는 상기 과정의 이 단계에서 미도시된 핀(35)들이 구비된 일측으로부터 상기 수 기구(4) 및 적층 테이블(2)을 도시하는 측면도이다. 상기 이송 트롤리(25)는 상기 기구(4)에 대하여 상기 스택(1)을 압착하기 위해 들어올려지고, 상기 테이블(2)은 상기 지지 프레임의 주변부의 홀(39)들과 상기 적층 테이블(2)의 주변부의 홀들(미도시)을 통과하는 나삿니가 형성된 로드들(미도시)에 의해 상기 베이스 플레이트(12)에 고정된다. 상기 수 기구(4)은 도 10에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 상기 스택(1)의 중앙 스트립만 압착한다. 상기 중앙 스트립의 다른 측 상의 스트립들은 실질적으로 압착되지 않은 상태로 남는다.

그 후, 상기 맨드릴들은 가열되어 상기 스택의 중앙 스트립의 접합제를 녹이고, 도 11에 도시된 층들의 결합 스택(1a)을 형성한다. 상기 맨드릴들의 가열은 상기 맨드릴과 상기 베이스 플레이트 사이의, 도 10에 나타난 공동(39) 내의 복사열 히터들(미도시)에 의해 수행된다.

상기 중앙 스트립의 다른 측 상의 스트립들 내의 층들은 결합되지 않고 여전히 서로에 대하여 미끌어질 수 있다. 도 11에 도시되지는 않았지만, 상기 결합 중앙 스트립은 또한 상기 수 기구의 하부면으로부터 다양한 특성의 형상을 가질 수 있다.

다음으로, 상기 트롤리(25)는 아래로 내려가고 제거된다(도 12). 상기 지지 프레임(13)은 180°로 회전하고, 상기 트롤리(25)는 상기 어셈블리 아래로 다시 이동하고 상기 A-프레임들(23, 24)로부터 상기 어셈블리의 무게를 경감시키도록 잭으로 들어올려지며, 상기 적층 테이블(2)은 제거된다(도 13).

도 14는 결합 스택(1a)을 도시하는 수 기구, 베이스 플레이트 및 지지 프레임의 측면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 결합 스택(1a)은 개략적으로만 도시되어 있고, 실제로 길이 방향을 따라 상기 수 기구의 상부면의 윤곽을 따를 것이다.

이러한 점에서, 가이드 핀(26)들이 상기 스택(11)의 길이 방향을 따라 다양한 위치 홀들과 상기 수 기구(4) 내의 보완적인 위치 홀들에 삽입된다. 이러한 위치 홀들은 도 14에 도시되어 있지 않으나, 참조부호 36 및 37로 도 15에서 도시되어 있다(도 15는 상기 핀(26)이 상기 위치 홀들(36, 37)로부터 제거된 후 상기 스택과 기구의 단면도임을 이해하여야 한다).

상기 적층 테이블(2)이 제거된 후, 암 기구(27)은 상기 어셈블리 상부로 들어 올려지고, 도 16에 도시된 위치로부터 도 17에 도시된 위치로부터 아래로 내려간다. 유압 액츄에이터(30)들은 기구들을 서로 가까이 하기 위해 약 2bar의 힘을 가한다. 이는 상기 수 기구 및 암 기구(4, 27) 사이의 몰드 공동 내의 층들의 결합 스택을 프레스-가공하여 도 17에 도시된 바와 같이 총 두께 C-섹션 예비 성형물(1b)을 형성한다.

상기 예비-성형물의 결합 중앙 스트립은 상기 스파의 망(web)을 형성하고, 상기 망의 다른 측 상의 미결합 부분들은 상기 암 기구의 작동에 의해 아래로 굽혀져 상기 스파의 플랜지(flange)들을 형성한다. 상기 미결합 플랜지들의 층들은 그들이 상기 프레스-가공 단계 동안 굽혀질 때 서로에 대하여 미끌어진다. 바람직하게는, 상기 플랜지들이 상기 망과 만나는 곡선 반경 영역들은 또한 상기 층들이 프레스-가공 동안 서로에 대하여 미끌어질 수 있도록 미결합된다.

상기 결합 망 영역 내의 상기 가이드 핀(26)들은 상기 스택이 프레스-가공 동안 상기 수 기구에 대하여 미끌어지지 않도록 한다. 프레스-가공 전에 상기 망을 결합하는 것은 또한 상기 망 내의 층들이 프레스-가공 동안 서로에 대하여 미끌어지지 않도록 한다.

상기 망 내가 아닌 상기 플랜지들 내의 층들을 프레스-가공 동안 서로에 대하여 미끌어지도록 함으로써, 층들이 주름지는 것이 방지되거나 적어도 완화된다.

상기 암 기구(27)은 각 단에 하나씩 한 쌍의 기준 핀들을 구비하고, 각각의 기준 핀은 상기 암 기구 내의 각각의 홀에 밀어져 끼워진다. 이러한 기준 핀(28)들 중 하나는 상기 암 기구내의 홀(29) 내로 맞춰지는 것으로 도 17에 도시되어 있다. 상기 기준 핀(28)들은 도 17에 도시된 바와 같이, 층들의 스택의 결합 중앙 스트립 내의 예비-성형된 기준 홀(31)들 내로 삽입된다.

다음으로, 주입 및 유출 포트들(미도시)이 에폭시 수지의 서플라이에 연결된다. 상기 예비-성형물의 온도는 상기 암 기구의 외부 상에 탑재된 전기 가열 부품들, 그리고 상기 수 기구 내의 복사열 히터들에 의해 120℃까지 올려진다. 가열되는 동안 상기 몰드 공동에 진공이 가해져 상기 예비-성형물로부터 습기를 제거한다. 그 후, 상기 액체 에폭시 수지는 상기 주입 포트들을 통해 상기 몰드 공동으로 주입되어 상기 예비-성형물과 리브 기둥들에 유입된다. 유입 후에, 상기 기구들은 180℃까지 상승하고 상기 수지는 약 2시간 만에 경화된다.

다음으로, 암 기구는 180℃에서 제거되어 도 18에 도시된 경화된 스파(1c)를 노출시킨다. 도 19는 도 4의 A-A 선을 따라 자른 단면도이다. 이 도면으로부터 상기 맨드릴들(5, 6) 사이의 갭(38)이 수직에 가까운 각도로 연장되는 것을 확인할 수 있다. 결론적으로, 이 홀(38) 내에 수용되는 리브 기둥(17)의 블레이드는 상기 암 기구가 수직으로 들어 올려질 때 상기 스파(1c)가 상기 수 기구로부터 들어 올려지는 것을 방지한다.

그 후, 방호막(미도시)이 상기 경화된 스파(1c)의 상부 상에 배치되고 상기 지지 프레임(13)이 도 20에 도시된 바와 같이 제자리로 180°로 회전된다. 상기 이송 트롤리(25)는 아래로 되돌려지고 상기 스파에 대하여 잭으로 들어올려진다. 상기 수 기구 내의 상기 복사열 가열 부품들은 연결 해제된다. 상기 어셈블리가 냉각되면, 먼저 상기 베이스 플레이트(12)가 상기 맨드릴들로부터 제거되고, 그 후 상기 맨드릴들은 예정된 순서로 상기 스파(1c)로부터 하나씩 제거된다. 상기 순서는 상기 맨드릴들의 정확한 구조에 의존할 것이다. 도 21은 맨드릴(7)이 제거되는 곳의 예를 도시하고, 도 22는 맨드릴(6)이 제거된 곳의 예를 도시한다. 다르게는, 상기 맨드릴들은 9, 8, 7, 6의 순서로 제거될 수 있다.

도 23 내지 25는 결합 단계 동안 적층 테이블을 사용하는 도 10에 도시된 방법의 대안으로서 사용될 수 있는 스택을 결합하고 프레스-가공하는 방법을 나타낸다. 이 경우, 미결합된 층들의 스택은 도 23에 도시된 바와 같이 수 기구(4)의 상부 상에 구비된다. 상기 층들은 상기 평평한 적층 테이블(2) 상에 배치되고, 그 후 앞서 설명된 동일한 방법을 사용하여 상기 수 기구(4) 상으로 이송된다(즉, 상기 스택을 상기 수 기구 하부에 위치시키고, 그 후 둘을 전도시키고, 상기 적층 테이블을 제거함으로써). 상기 암 기구(27)은 분사 중앙 스트립(41)을 갖는 플레이트(40)를 구비한다. 상기 암 기구는 아래로 이동되고 상기 스트립(41)은 상기 스택을 압착한다. 상기 스택은 수 기구에 의해 가열되고, 상기 중앙 스트립(41) 내의 접합제는 녹아서 도 24에 도시된 결합 스택을 형성한다. 그 후 상기 플레이트(40)는 제거되고, 상기 암 기구는 도 25에 도시된 바와 같이 아래로 이동되어 상기 결합 스택을 프레스-가공한다.

도 26 내지 32는 합성 후방 스파를 제조하는 또 다른 방법의 몇 개의 초기 단계들을 나타낸다.

도 26은 적층 테이블(50)을 나타낸다. 상기 테이블(50)은 경량의 트러스 지지 구조물(51) 상에 탑재된다. 상기 테이블은 한 쌍의 측부 매트 스트립들(52, 53), 및 일 열의 다섯 개의 히터 매트(54)들을 구비한다. 상기 매트들은 모두 동일한 재료로 형성되지만, 상기 히터 매트(54)들은 상기 측부 매트 스트립들(52, 53) 내에 존재하지 않는 전기 가열 부품들(미도시)을 가진다.

상기 열의 각 단의 두 개의 히터 매트(54)들은 기준 핀 홀(55)들을 가지고, 상기 몇 개의 히터 매트들은 위치 홀(56)들을 가진다. 또한, 상기 히터 매트(54)들은 작은 진공 포트 홀들의 규칙적인 배열을 갖는다. 이들은 도 26에는 도시되지 않았지만, 몇 개는 도 28에 도시되어 있고, 참조번호 57로 표시되어 있다. 상기 측부 매트 스트립들(52, 53) 내에 진공 포트 홀들은 존재하지 않는다는 것을 알아야 한다.

층들의 스택(58)은 도 27 및 28(이는 테이블의 단면도이다)에 도시된 바와 같이 상기 매트들(52 내지 54) 상으로 배치된다. 다음으로, 카울(caul) 플레이트(59)가 다섯 개의 히터 매트(60)들의 제2 열, 펠트(felt) 환기관층(61), 및 진공 백(62)이 뒤따르는 상기 스택의 중앙부 상에 배치된다. 상기 진공 백(62)은 밀폐 테이프(63)에 의해 상기 스트립들(52, 53)에 대하여 그 주변부에서 밀폐되고, G-클램프(64)들에 의해 상기 테이블에 대하여 제자리에 고정된다.

상기 적층 테이블 아래의 진공 챔버(65)에는 그 후 진공이 형성되고, 상기 적층 테이블 내의 진공 포트 홀(66)들과 상기 히터 매트(54)들 내의 진공 포트 홀(57)들을 통해 상기 진공 백과 상기 적층 테이블 사이에 부분 진공을 형성한다. 상기 매트 스트립들(52, 53)과 히터 매트(54)들은 상기 적층 테이블에 결합되어 밀폐를 확실히 한다. 상기 진공 백(60)에는 도 27 및 28에 도시된 바와 같이 상기 테이블에 대하여 진공이 형성되고 상기 카울 플레이트와 적층 테이블 사이의 스택을 압착시킨다. 상기 히터 매트들(54, 60)은 그 후 상기 스택의 중앙부를 결합하도록 전환된다.

도 27 및 28로부터 명확하지 않더라도, 상기 카울 플레이트(59)의 바닥면은 상기 수 기구(67)의 윤곽과 일치하도록 윤곽이 형성된다는 것을 알아야 한다. 그러나, 상기 카울 플레이트(59)의 너비는 상기 수 기구(67)의 너비보다 약간 더 작다는 것을 알아야 한다. 이것은 프레스-가공 동안 상기 층들이 서로에 대하여 미끌어질 수 있도록, 플랜지들이 망과 만나는 곡선 반경 영역들이 결합되지 않는 것을 확실하게 해준다.

결합 단계 후에, 진공은 해제되고, 밀폐 테이프(63), 클램프(64)들, 진공 백(62) 및 상부의 히터 매트(60)들이 제거된다. 상기 카울 플레이트(59)는 상기 히터 매트(54)들 내의 홀들(55, 56)과 함께 정렬된 기준 핀 홀들(미도시) 및 위치 홀들(또한 미도시)을 구비한다. 기준 핀 홀들 및 위치 홀들(도 15 및 17에 도시된 홀들(31, 36)과 유사함)은 2008년 4월에 출원된, 파일 참조번호 XA2833인 동시-계류 중인 특허출원 GB0807639.0의, 여기서 참조문헌으로 제시된 내용으로 묘사된 바와 같이, 튜브 드릴에 의해 상기 카울 플레이트(59) 내의 홀들을 통해 상기 결합 스택 내로 천공된다. 이것은 홀들이 조립되기 전에 개별적으로 층층이 형성되는 이전의 실시예에서 사용된 더 힘든 방법과 대비될 수 있다.

다음으로, 상기 카울 플레이트(59)는 제거되고, 진공으로 전환되면서 상기 결합 스택의 중앙부는 상기 적층 테이블에 고정된다. 상기 스택의 가장자리들은 신속-해제 토글 클램프들 또는 상기 G-클램프(64)들과 유사한 G-클램프들에 의해 상기 적층 테이블에 고정된다. 그 후, 상기 적층 테이블은 플로어-탑재(floor-mounted) 기둥형 턴오버 설비와 회전 액츄에이터에 의해 전도된다(미도시). 진공이 유지되고 상기 결합 스택을 구비하는 상기 적층 테이블은 상기 수 기구의 상부 상으로 아래로 이동된다. 그 후 진공은 해제되고, 상기 히터 매트들을 구비하는 상기 적층 테이블은 제거된다.

상기 적층 테이블(50)은 경량의 합성 적층 구조물로 만들어지고, 상기 스택을 뒤틀리게 하지 않고 쉽게 전도시킬 수 있도록 경량의 트러스 프레임(51) 상에 탑재된다.

이 점에서, 상기 과정은 이전의 실시예의 도 13 및 14에 도시된 것과 동일한 단계에 있다. 그리고, 경화까지의 단계들 및 경화를 포함하는 단계는 이전의 실시예와 동일하다.

도 29는 도 1 내지 22의 실시예에서 설명된 수 기구(4)의 대안으로서 사용될 수 있는 수 기구(67)의 부분을 나타낸다. 상기 수 기구(67)는 단일 조각으로 형성된다. 상기 수 기구(67)는 도 32에 도시된 베이스 플레이트(82)와 일체적으로 형성될 수 있거나 상기 베이스 플레이트(82)에 고정될 수 있다. 상기 베이스 플레이트(82)는 도 29에는 도시되지 않았다.

상기 단일-조각 수 기구(67)는 일련의 분리된 맨드릴들(5 내지 9)에 의해 형성되는 수 기구(4)와 대비될 수 있다. 그러나, 상기 수 기구(67)의 외부 윤곽은 예를 들어, 곡선 반경 코너(69)들, 융기부들, 함몰부들 등으로 형성된 수 기구(4)의 그것과 유사하다.

수 기구(67)는 일련의 점점 가늘어지는 홈들과 함께 형성된다. 이러한 홈(68)들 중 하나는 도 29에 도시되어 있다. 각 홈(68)의 베이스에서, 한 쌍의 수압 램(74)들이 홀(73)들 내에 수용된다. 한 쌍의 카세트의 부품들(75a, 75b)이 함께 결합하여 도 30a 및 b에 도시된 바와 같이 홈(68) 내부로 삽입되는 카세트를 형성한다. 상기 램(74)들은 그들의 끝에 상기 두 개의 카세트의 부품들(75a, 75b) 내부의 대응하는 노치(77)들에 끼워지는 디스크(76)들을 구비한다.

상기 램들은 도 30a에서 도시된 위치로 상기 카세트의 부품들을 약간 위로 밀어주는 데 사용된다. 상기 카세트 부품들은 이들이 상기 램들에 의해 위로 밀어 올려지도록 스프링 어셈블리(78)에 의해 떨어져 기울어져 있다. 그들은 또한 약간 나뉘어져 그들 사이에 갭이 열린다.

다음으로, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 형성된 한 쌍의 L-형상의 리브-기둥 예비-성형물들(79a, 79b)은 각각의 카세트의 부품들(75a, 75b) 내의 각 홈들(80a, 80b) 내로 배치된다. 그리고 나서, 상기 카세트의 부품들 및 상기 리브 기둥 예비-성형물들은 상기 노치(77)들의 하부면을 구비하는 디스크(76)들의 결합에 의해 공압 램(74)들에 의해 아래 방향으로 당겨진다. 상기 카세트의 부품들은 그들이 도 31 및 32에 도시된 위치로 상기 스프링 어셈블리(78)의 편향력에 대하여 아래로 당겨질 때 상기 홈(68)의 점점 가늘어지는 벽들에 의해 함께 힘을 받는다. 도 7a 및 7b에 묘사된 바와 같은 리브 기둥 예비-성형물의 프레스-가공은 확실한 부피 축소의 효과를 달성하나, 부피를 더 축소하기 위해 에누리 없는 두께를 얻는 것이 요구될 수 있다. 이 경우, 상기 카세트의 부품들을 함께 결합하면 상기 리브 기둥들은 더 압착되고 결국 상기 원하는 에누리 없는 두께로 그들의 부피가 축소된다. 상기 스프링 어셈블리(78)는 이 과정 전체를 통해 리브 기둥의 두 개의 반들의 정렬을 유지하는 가이드 핀(81)을 구비한다.

그 후, 상기 수 기구(67)은 도 10 또는 도 23에 도시된 바와 같은 스택을 결합하기 위한 수 기구(4) 대신 사용될 수 있다. 다르게는, 상기 수 기구(67)는 도 26 내지 28에 도시된 진공 결합 방법과 결합하여 사용될 수 있다.

암 기구가 상기 수 기구(67) 기둥-경화물로부터 제거된 후, 상기 수 기구(67)로부터 상기 경화된 스파를 분리시키는 방법은 도 21 및 22에 도시된 방법과 다르다. 이 경우, 상기 경화된 스파는 상기 홈들로부터 상기 카세트들을 추출하고 상기 스파를 상기 수 기구와 떨어지도록 밀어주는 램(74)들에 의해 상기 수 기구(67)로부터 분리된다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (29)

1. a. 적층 테이블 상에 복수의 강화 요소들을 포함하는 층들의 스택을 조립하는 단계;
   b. 상기 층들의 스택의 제1 부분을 함께 결합하여, 상기 층들의 스택의 제2 부분은 결합되지 않은 상태로 남는, 부분적으로 결합된 층들의 스택을 형성하는 단계;
   c. 상기 스택의 제2 부분 내의 층들은 프레스-가공동안 서로에 대하여 미끌어지는, 한 쌍의 몰드 기구들 사이의 몰드 공동 내에 상기 부분적으로 결합된 층들의 스택을 프레스-가공하여 성형된 예비-성형물을 형성하는 단계;
   d. 액체 매트릭스 재료를 상기 몰드 공동 내의 상기 성형된 예비-성형물 내로 주입하는 단계; 및
   e. 상기 액체 매트릭스 재료를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 부품의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 결합 단계 b.는 상기 층들의 스택의 제1 부분을 가열하여 접합제를 녹이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 결합 단계 b.는 상기 프레스-가공 단계 c.에서 결과적으로 사용되는 몰드 기구들 중 하나에 의해 상기 층들의 스택의 선택된 부분에 압력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 결합 단계 b.는 상기 적층 테이블의 상부 상의 상기 층들의 스택과 함께 수행될 수 있고,
   상기 방법은 단계 b. 및 단계 c. 사이에 상기 부분적으로 결합된 층들의 스택이 상기 몰드 기구의 상부 상에 배치되도록 상기 적층 테이블, 상기 부분적으로 결합된 층들의 스택 및 상기 몰드 기구를 전도시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 층들의 스택은 상기 조립 단계 a.에서 상기 적층 테이블의 실질적으로 평면 상에 조립되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결합 단계 b.는 상기 적층 테이블 상의 상기 층들의 스택과 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 몰드 기구들은 수 기구 및 암 기구를 포함하고, 상기 수 기구는 상기 매트릭스 재료가 단계 e.에서 경화된 후 개별적으로 제거되는 일련의 맨드릴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 부분적으로 결합된 층들의 스택은 상기 수 몰드 기구의 상부에 위치하는 상기 암 몰드 기구와 함께 단계 c.에서 성형-가공되고,
   상기 방법은 단계 c. 후에 상기 암 몰드 기구를 제거하는 단계 및 상기 수 기구가 상기 성형된 예비-성형물 상부에 위치하도록 상기 수 몰드 기구와 성형된 예비-성형물을 전도시키는 단계를 더 포함하고,
   그들이 전도된 후 상기 맨드릴들은 상기 성형된 예비-성형물의 상부로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 일련의 맨드릴들은 상기 액체 매트릭스 재료가 상기 경화 단계 e.에서 경화된 후 미리 예정된 순서로 하나씩 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제7항에 있어서,
    한 쌍의 맨드릴들 사이의 갭 내에 부가적인 부품을 배치하는 단계; 액체 매트릭스 재료를 상기 한 쌍의 맨드릴들 사이의 갭 내의 상기 부가적인 부품 내로 주입하는 단계; 및 상기 부가적인 부품 내의 상기 액체 매트릭스 재료를 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 핀들을 삽입하는 단계를 더 포함하고, 각 핀은 상기 부분적으로 결합된 층들의 스택 내의 각 홀 내에 수용되고, 상기 핀(들)은 상기 프레스-가공 단계 c. 및 상기 주입 단계 d. 동안 제자리에 남아 있는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서,
    각 핀은 상기 몰드 기구들 중 하나에 구비되고, 상기 기구들이 상기 프레스-가공 단계 c.에서 함께 도입될 때 상기 부분적으로 결합된 층들의 스택 내의 홀 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제11항에 있어서,
    각 핀은 상기 기구들이 상기 프레스-가공 단계 c.에서 함께 도입되기 전에 상기 부분적으로 결합된 층들의 스택 내의 상기 홀 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형된 예비-성형물은 망과 상기 망의 다른 측 상의 한 쌍의 플랜지들을 구비하는 C-형상의 단면을 가지고,
    상기 망의 적어도 일부는 단계 b. 동안 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합 단계는,
    상기 스택의 제1 부분 상에 카울 플레이트를 배치하는 단계; 상기 카울 플레이트와 스택 상부에 진공 백을 적층하는 단계; 및 상기 스택을 상기 카울 플레이트와 상기 적층 테이블 사이에 압착하기 위하여 상기 진공 백과 상기 적층 테이블 사이에 부분 진공을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 부분 진공은 상기 적층 테이블 내의 복수의 진공 포트들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 진공 포트들은 상기 스택의 제1 부분에 인접하여 위치하고,
    실질적인 무진공 포트들은 상기 스택의 제2 부분에 인접한 스택 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개 이상의 카세트 부품들 사이에 부가적인 부품을 배치하여 카세트를 형성하는 단계; 상기 카세트를 상기 기구들 중 하나 내의 홈 내로 삽입하는 단계; 액체 매트릭스 재료를 상기 홈 내의 상기 부가적인 부품 내로 주입하는 단계; 및 상기 부가적인 부품 내의 상기 액체 매트릭스 재료를 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제18항에 있어서,
    경화 후에 상기 예비-성형물이 상기 기구들 중 하나로부터 분리될 때 상기 카세트를 상기 홈으로부터 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 카세트는 상기 홈의 베이스 내에 수용된 램으로 상기 카세트를 밀어 냄으로써 상기 홈으로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    부가적인 부품을 상기 카세트 부품들 사이에 압착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈은 카세트 부품들이 상기 홈 내로 삽입될 때 상기 카세트 부품들에 함께 힘을 가하는 점점 가늘어지는 홈인 것을 특징으로 하는 방법.
23. a. 적층 테이블;
    b. 한 쌍의 몰드 기구들 사이의 몰드 공동 내에 부분적으로 결합된 층들의 스택을 프레스-가공하여 성형된 예비-성형물을 만들기 위한 한 쌍의 몰드 기구들; 및
    c. 액체 매트릭스 재료를 상기 몰드 공동 내의 상기 성형된 예비-성형물 내로 주입하기 위한 주입 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 부품 제조 장치.
24. 제23항에 있어서,
    한 쌍의 방향들 사이에서 상기 몰드 기구들을 회전시키도록 배치되는 지지 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제23항에 있어서,
    상기 한 쌍의 몰드 기구들은 수 기구 및 암 기구를 포함하고, 상기 수 기구는 일련의 맨드릴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제23항에 있어서,
    상기 몰드 기구들 중 하나는 상기 기구 내의 홈 내에 수용되는 두 개 이상의 카세트 부품들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
27. 제26항에 있어서,
    상기 카세트 부품들을 상기 홈으로부터 추출하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
28. 제26항에 있어서,
    상기 카세트 부품들을 상기 홈으로부터 추출하기 위한, 홈의 베이스 내에 수용되는 램을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈은 카세트 부품들이 상기 홈 내로 삽입될 때 상기 카세트 부품들에 함께 힘을 가하는 점점 가늘어지는 홈인 것을 특징으로 하는 장치.

Images