KR20140108253A

KR20140108253A - 코팅 관련 작업에서 이용하기 위한 다기능 툴링 고정구 조립체

Info

Publication number: KR20140108253A
Application number: KR1020147018441A
Authority: KR
Inventors: 알버트 퓨어스타인; 엔드류 토마스 웨스트폴; 토마스 에프 3세 루이스; 데이빗 에이 맥퍼슨; 아디 클레이먼; 돈 레멘
Original assignee: 프랙스에어 에스.티. 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-09-05
Also published as: CA2858188C; SG11201402975SA; KR102120964B1; US9381537B2; US20130177707A1; CA2858188A1; WO2013086339A3; WO2013086339A2; EP2788526A2

Abstract

모듈형의 로티서리 타입의 다기능 툴링 고정구 조립체가 개시된다. 개시된 툴링 고정구 조립체는 프로세스하고자 하는 복수의 공작물을 유지하도록 구성되거나 개조된 복수의 앵커 부재를 가지는 배치 링, 및 배치 링의 앵커 부재와 록킹 결합되고 복수의 공작물을 고정 배향으로 유지하도록 구성된 복수의 유지 부재를 형성하는 유지 베이스를 포함한다. 상기 툴링 고정구 조립체가, 코팅 및 그릿 브래스팅 작업을 포함하는, 여러 가지 코팅 관련 프로세스에서 유용성을 가진다.

Description

코팅 관련 작업에서 이용하기 위한 다기능 툴링 고정구 조립체{MULTIFUNCTION TOOLING FIXTURE ASSEMBLY FOR USE IN A COATING RELATED OPERATIONS}

본 발명은 다양한 코팅 관련 작업에서 이용하기 위한 다기능 툴링 고정구 조립체에 관한 것이고, 보다 특히, 가스 터빈 고압 터빈 블레이드 및 베인(vane)과 같은 복수의 공작물에 대한 표면 처리 및 코팅 중에 복수 프로세스 단계에서 이용하기에 적합한 툴링 고정구 조립체 부분에 관한 것이다.

물리 기상 증착은 전자 비임 증발에 의해서 터빈 에어호일(airfoil) 상에 세라믹 열 배리어 코팅을 도포하기 위해서 광범위하게 이용되는 코팅 프로세스이다. 균일한 코팅을 다양한 에어호일 크기 및 형상에 도포하기 위해서 코팅 프로세스 및 연관된 고정을 설계하기 위한 광범위한 작업이 이루어지고 있다. 균일한 커버리지를 달성하기 위해서, 코팅하고자 하는 공작물이 증기 내에서 조작될 필요가 있고, 코팅을 필요로 하지 않는 공작물의 섹션이 적절하게 마스킹될 필요가 있다. 그러나, 실제 코팅 도포 이전에 및/또는 이후에, 동일한 공작물이 종종 준비 및 마무리 프로세스를 종종 거친다.

미국 특허 제 5,997,947 호는 전자적 비임 물리 기상 증착(EBPVD) 코팅 프로세스에서 이용하기 위한 모듈형의 로티서리(rotisserie) 타입의 코팅 고정구를 개시한다. EBPVD 코팅 프로세스에서 이용되는 툴링 고정구는 일반적으로 지지 구조물 및 상기 지지 구조물을 커플링시키고 제 1 축 주위로 구조물이 회전될 수 있게 하는 수단을 포함한다. 툴링 고정구는 코팅하고자 하는 하나 이상의 공작물을 제 위치에서 홀딩(hold)하기 위한 지지 구조물 내의 카셋트 수단을 더 포함한다. 카셋트 수단은, 상기 카셋트 수단이 제 1 축에 실질적으로 평행한 제 2 축 주위로 회전될 수 있게 허용하고 그에 의해서 코팅되는 각각의 공작물이 그 길이방향 축 주위로 회전될 수 있게 허용하는 스핀들에 의해서 지지 구조물에 결합된다. 코팅하고자 하는 에어호일의 표면이 코팅 공급원에 대해서 실질적으로 평행하게 유지되도록, 카셋트 수단이 각각의 공작물을 지지한다. 이러한 고정구는 코팅 프로세스에 대해서만 유용하고, 일반적으로는 공작물에 대해서 실시될 수 있는 임의의 준비 또는 마무리 단계에 대해서는 유용하지 않다.

미국 특허 제 7,837,843 호는 물리 기상 증착 코팅 작업에서 이용하기 위한 다른 로티서리 타입의 툴링 고정구 조립체를 개시하고 있으며, 상기 툴링 고정구 조립체는 원형 베이스 부재, 상기 원형 베이스 부재에 대향하는 원형 상단부 부재, 및 상기 상단부 부재를 상기 베이스 부재에 결합시키는 복수의 구조 부재를 포함하는 원통형 타입의 지지 구조물을 포함한다. 공작물은 원통-유사 구조물을 형성하는 상기 지지 구조물의 외측 둘레 주위로 엇갈린(staggered) 수직 방향으로 정렬된 복수의 패널 부재 내에 정렬된다. 다시 이러한 툴링 고정구 조립체는 EBPVD 코팅 프로세스를 위해서 특별하게 디자인되고 그리고 공작물에 대해서 실시될 수 있는 임의의 준비 또는 마무리 프로세스에 대해서는 특히 유용하지 않다.

그에 따라, 공작물을 분해하고 툴링 고정구 조립체 내로 재-조립할 필요가 없이, 몇몇 상이한 준비, 코팅 및 마무리 단계에서 이용될 수 있는 툴링 고정구 조립체 또는 그 부분이 요구되고 있다.

하나의 양태에서, 본 발명은 복수의 상이한 코팅 관련 작업에서 이용하기 위한 모듈형의 로티서리 타입 툴링 고정구 조립체를 특징으로 할 수 있을 것이고, 상기 툴링 고정구 조립체는: (i) 프로세스하고자 하는 복수의 공작물을 유지하도록 구성되거나 개조된(adpated) 복수의 앵커 부재를 가지는 배치 링; 및 (ii) 중앙 개구 및 상기 배치 링의 앵커 부재와 록킹(locking) 결합되고 복수의 공작물을 고정 배향으로 유지하도록 구성된 복수의 유지 부재를 형성하는 유지 베이스를 포함한다.

제 2 양태에서, 발명은 복수의 코팅 관련 단계를 실시하기 위한 방법을 특징으로 하고, 상기 방법은: 배치 링 상에서 중앙 개구로부터 미리 규정된 방사상 배향으로 배치된 앵커 부재 내로 복수의 공작물을 로딩하는 단계로서, 상기 앵커 부재가 코팅하고자 하는 복수의 공작물을 유지하도록 구성된, 복수의 공작물을 로딩하는 단계; 상기 유지 베이스와 상기 배치 링을 록킹된 툴링 고정구 조립체로 결합시키는 단계; 툴링 고정구 조립체를 형성하기 위해서 상기 유지 베이스 및 일체형 마스킹 캡을 함께 록킹하는 단계; 상기 유지 베이스의 중앙 개구를 통해서 그리고 배치 링을 통해서 상향으로 아버(arbor) 또는 프로세스 샤프트를 동작적으로 연결하는 단계; 상기 샤프트의 근위(proximal) 섹션을 제 1 코팅 관련 스테이션으로 동작적으로 연결하는 단계; 복수의 공작물의 노출된 표면 부분을 프로세스하는 단계; 제 2 코팅 관련 스테이션에서의 상기 고정구 조립체의 이용에 앞서서, 상기 복수의 공작물을 상기 툴링 고정구 조립체로부터 분해하고 재-조립하지 않고, 상기 제 1 코팅 관련 스테이션으로부터 상기 툴링 고정구 조립체를 제거하는 단계를 포함한다.

본원 발명의 전술한 그리고 다른 양태, 특징, 및 장점이, 이하의 도면과 함께 제시된, 이하의 보다 구체적인 설명으로부터 보다 자명해질 것이다.
도 1은 본원 발명의 실시예에 따른 다기능 툴링 고정구 조립체의 사시도이다.
도 2는 고정구 조립체의 중앙 개구를 통해서 연장하는 아버 또는 프로세스 샤프트 및 배치 링의 앵커 부재 상에서 유지되는 공작물을 가지는 다기능 툴링 고정구 조립체의 분해도이다.
도 3은 도 2의 조립된 고정구 조립체를 도시한 도면이다.
도 4는 본원 발명의 실시예에 따른 마스킹된 코팅 작업에서 이용하도록 구성되고 공작물이 로딩된 조립된 고정구 조립체를 도시한 도면이다.
도 5는, 아버 샤프트를 도시하지 않은, 도 4의 측면도이다.
도 6은 본원 발명의 실시예에 따른 마스킹된 코팅 작업에서 이용하도록 구성된 다기능 툴링 고정구 조립체의 상면도이다.
도 7은 본원 발명의 실시예에 따른 그릿 브래스팅(grit blasting) 작업에서 이용하도록 구성된 다기능 툴링 고정구 조립체의 사시도이다.

도 1은 록킹 또는 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)을 포함하는 본 툴링 고정구 조립체(100)의 실시예를 도시한다. 툴링 고정구 조립체(100)는 실시하고자 하는 특별한 기능 또는 프로세스에 맞춰진 부가적인 구성요소로 보강될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 4-6에서 설명되는 바와 같이, 공작물(125)을 코팅하고자 할 때, 마스킹 요소(140)가 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)과 동작적으로 연관될 수 있다. 다른 예에서, 공작물(125)을 그릿 브래스팅하고자 할 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 밀봉부 및 지지 구조물 등과 조합된 그릿 커버 조립체(240)와 같은 부가적인 구성요소가 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)과 동작적으로 연관될 수 있다. 툴링 고정구 조립체(100)로부터 복수의 공작물을 분해하고 재-조립하지 않고, 본원 발명의 툴링 고정구 조립체(100)가 다양한 코팅 관련 작업에서 이용될 수 있는 능력은 통상적인 툴링 고정구 조립체로 달성될 수 없는 장점이다.

모듈형 툴링 고정구(100)가 코팅 관련 작업을 필요로 하는 임의의 적합한 공작물(125)로 로딩될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 프로세스하고자 하는 공작물(125)이 로터 블레이드, 고정자 베인 또는 에어호일일 수 있다. 보다 바람직한 실시예에서, 본원 발명의 도면 및 실시예에서 보여지는 바와 같이, 공작물(125)이 에어호일 블레이드이다. "공작물" 및 "에어호일 블레이드"라는 용어는, 본원 발명의 원리에 따른 여러 가지 실시예를 설명하고 묘사하기 위한 목적을 위해서 여기에서 상호 교환가능하게 이용될 것이고, 그에 따라, "공작물"의 의미를 협소화하려는 의도는 가지지 않는다.

개시된 툴링 고정구 조립체(100)의 다른 특유의 양태는, 여러 가지 코팅 관련 작업에서 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)의 조합을 재사용할 수 있다는 것이다. 유지 베이스(120)는, 중앙 개구(123)를 가지고 플랫폼(122)의 평면에 직교하는 중앙 축(124)을 형성하는 플랫폼(122)을 포함한다. 유지 베이스(120)는 또한 플랫폼(122)의 표면으로부터 상승하는 복수의 유지 부재(126)를 포함한다. 유지 부재(126)는 중앙 축(124)으로부터 미리 규정된 방사상 배향으로 배치된다. 도면에 도시된 실시예에서, 12개의 유지 부재(126)가 중앙 축(124) 주위로 원형 배향으로 및/또는 방사상으로 배치되어 있다. 각각의 유지 부재(126)는 인접하는(abutting) 관계로 에어호일(125)의 기저(root) 섹션의 부분과 결합하도록 특별하게 구성된다. 도 1-3에 도시된 바와 같이, 12개의 유지 부재(126)의 각각이 바람직하게 상호연결되어, 여러 가지 코팅 관련 작업 중에 로딩된 공작물(125)을 고정된 배향으로 유지할 수 있는 아암(arm)-유사 구조물을 생성한다.

도 2에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 도시된 유지 베이스(120)가 또한, 그릿 브래스팅과 같은 여러 가지 코팅 관련 작업에서 일반적으로 필요로 하는 바와 같은 공기 통로를 제공하는 복수의 환기(vent) 개구부(123)를 포함한다. 도시된 배치 링(130)은 유지 베이스(120)에 대해서 대체로 평행한 배향으로 배치된 원형 링이고 그리고 유지 베이스(120) 상으로 결합 또는 안착(seat)된다. 배치 링(130)은 배치 링(130)의 하우징(149)으로부터 하향 연장하고 유지 베이스(120)의 플랫폼(122)의 둘레를 따라서 정렬 홀(121)과 결합하도록 구성된 몇 개의 정렬 페그(peg)(131)를 포함한다. 배치 링(130)의 디자인 및 구성은 링(130)의 중심을 향해서 내측으로 돌출하는 복수의 앵커 부재(132)를 포함한다. 도 2는, 앵커 부재(132)가 에어호일(125)의 베이스 부분을 수용하도록 구성된다. 앵커 부재(132)는, 에어호일(125)이 내부에 피팅(fit)될 수 있도록, 에어호일(125)의 베이스 부분의 크기 및 기하형태에 상응하는 크기 및 기하형태로 디자인된다. 앵커 부재(132)는 에어호일 또는 공작물(125)을 수용하기 위해서 배치 링(130)의 하우징 부분(149)(도 2) 내에 슬롯형 영역(도 2)을 형성한다. 앵커 부재(132)의 특별한 구성 또는 디자인은 공작물(125)의 베이스 또는 기저 섹션의 구성과 상응하고 그에 따라 복수의 공작물(125)을 고정된 배향으로 수용 및 유지하도록 맞춰진다. 도면에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예에서, 유지 부재(126)와 함께 앵커 부재(132)가 중앙 축(124) 주위로 방사상 배향으로 배치된다. 각각의 앵커 부재(132)는 에어호일 공작물(125)의 기저 섹션을 수용하도록 특별하게 구성된다. 결과적으로, 앵커 부재(132)가 유지 부재(126)와 결합될 때, 공작물(125)이 중앙 축(124) 주위에서 방사상으로 배향된다. 공작물(125)의 방사상 배향은, 공작물(125)의 코팅 커버리지를 최적화하는 구성을 생성한다. 유지 부재(126) 및 앵커 부재(132)의 디자인에 대한 수정을 통해서 베이스(120)로 로딩되는 공작물(125)을 12개 보다 많거나 적게 할 수 있고, 그러한 수정은 본원 발명의 범위 내에 포함된다는 것을 이해하여야 할 것이다.

앵커 부재(132)의 정렬 페그(131)가 유지 베이스(120)의 정렬 홀(121)을 통해서 연장하고 결합할 때, 도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 배치 링(130) 및 유지 베이스(120)가 서로에 대해서 회전되고 그에 따라 앵커 부재(132)를 유지 부재(126)와 상호결합시킨다. 록킹된 구성에서, 앵커 부재(132)가 유지 부재(126)와 정렬된다. 록킹된 구성의 복수의 유지 부재(126)는, 공작물(125)의 베이스의 부분에 대해서 인접하는, 연속적으로 상호연결된 아암-유사 구조물을 제공한다.

배치 링(130) 및 유지 베이스(120)가 록킹 배열로 결합되었을 때, 예를 들어, 코터 핀(cotter pin)(180)과 같은 하나 이상의 보조적인 유지 수단이 조립된 고정구 조립체(100)의 하부측부(underside) 상에 위치된 정렬 페그(131)의 개구를 통해서 고정될 수 있고, 그에 따라 링(130)을 유지 베이스(120)의 플랫폼(122) 상에서 추가적으로 유지할 수 있다.

도 3은 코터 핀(180)이 유지 베이스(120)의 후방측부를 따라서 고정된 상태에서 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)의 결합을 도시한다. 공작물(125)은 직립되어 고정된 그리고 완전히 노출된 배향으로 도시되어 있다. 도 3에서 완전히 조립된 바와 같은 툴링 고정구 조립체(100)는, 중첩되는 임의의 다른 구성요소에 대한 구조적인 지지부 또는 안착부를 제공할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 작업이 코팅 프로세스인 경우에, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 바람직하게, 마스킹 캡(140)이 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)의 조합 위에 배치된다. 프로세스 작업이 그릿 브래스팅 프로세스인 다른 예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)의 조합이, 지지 베이스 매니폴드(220)를 포함하여, 그릿 브래스팅 프로세스를 위해서 특별하게 디자인된 일련의 다른 구조물 위에서 아버(150) 상에 배치된다. 또한, 바람직하게, 그릿 브래스팅 커버(240)가 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)의 조합의 상단부 상에서 또는 그 위에서 아버 상에 배치된다. 내부에 공작물(125)이 로딩된 모듈형의 고정구 조립체(100)는, 툴링 고정구 조립체(100)로부터 복수의 공작물(125)을 분해하고 재-조립하지 않고도, 고정구 조립체(100)가 코팅 스테이션으로부터 그릿 브래스팅 스테이션으로 그리고 그 반대로 이송될 수 있게 한다.

도 2 및 3을 참조하면, 샤프트(150)의 아버는, 다기능 고정구 조립체(100) 내로 통합될 수 있고 원위 섹션(152), 중간 섹션(153), 및 근위 또는 하부 섹션(154)을 포함하는 몇 개의 섹션으로 이루어진 구성요소이다. 아버(150)의 원위 단부(155)가 홀(156)을 가지고, 상기 홀(156)을 통해서 코터 핀이 삽입되어 툴링 고정구 조립체(100)의 여러 가지 구성요소를 함께 록킹한다. 원위 섹션(152)에서의 또는 그 근처에서의 샤프트 직경은 마스킹 캡(140)과 동작적으로 결합하도록 선택된다. 아버(150)의 중간 섹션(153)이 원위 섹션(152)의 샤프트 직경 보다 더 큰 샤프트 직경을 가지고, 그리고 유지 베이스(120)와 동작적으로 결합하도록 그리고 유지 베이스(120)를 아버(150)를 따라서 미리 규정된 위치에서 고정하도록 크기가 결정된다. 아버(150)의 하부 섹션(154)은, 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같은 그릿 브래스팅 스테이션의 도관(280)(도 7) 또는 코팅 장치의 회전 구동부 내에 장착되고 결합되도록 크기가 결정된다.

도 3의 고정구 조립체(100)가 코팅 작업으로 통합될 수 있다. 도 4-6은 본원 발명의 실시예를 도시하고, 그러한 실시예에서 마스킹 캡(140)이 복수의 공작물(125) 및 유지 베이스(120) 및 배치 링(130) 위에서 슬라이딩하도록 디자인된 지지 하우징(142)을 포함한다. 지지 하우징(142)은, 코팅하고자 하는 공작물(125)의 부분을 노출시키는 복수의 개구부(148)를 포함한다. 복수의 중실형(solid) 벽(146)을 가지는 일체형 마스크 구조물(144)이 지지 하우징(142)에 연결된다. 상기 벽(146)은 실질적으로 수직인 배향으로 지지 하우징(142)으로부터 코팅되지 않는 공작물(125)의 부분까지 연장한다.

코팅하고자 하는 공작물(125)이 터빈 에어호일인 경우에, 일체형 마스크 구조물(144)의 중실형 벽 또는 표면(146)은, 코팅하고자 하는 에어호일 블레이드(125)의 부분 또는 표면을 노출시키면서, 예를 들어, 에어호일 블레이드(125)의 볼록한 측부 및 플랫폼의 부분뿐만 아니라 후행(trailing) 엣지를 포함하여, 코팅하지 않는 에어호일 블레이드(125)의 표면의 대부분의 형상과 일치되고 대체적으로 인접하도록 구성된다.

마스킹 캡(140)의 일체형 마스크 구조물(144)의 상단부에 근접하여 중심 정렬 홀 또는 개구(143)(도 6)가 위치되고, 상기 정렬 홀 또는 개구를 통해서 아버(150)가 연장한다. 전술한 바와 같이, 피스의 정렬을 위한 안내부로서 아버(150)를 이용하여, 마스킹 캡(140)이 복수의 로딩된 공작물(125), 유지 베이스(120), 및 배치 링(130) 위에서 슬라이딩한다. 도 4에 도시된 유지 수단(예를 들어, 코터 핀(191))을 가지는 이격부재(190)가 마스킹 캡(140)을 고정구 조립체(100)에 고정한다. 도 4는 또한, 조립체를 제 위치에 록킹하기 위해서 그리고 아버(150)가 코팅 프로세스 중에 회전됨에 따라 전체 툴링 고정구 조립체(100) 및 그 내부의 임의의 공작물(125)이 단일 유닛 또는 조립체로서 회전하도록 보장하기 위해서, 이격부재(190)와 결합시키는 것에 의해서, 아버(150)가 일체형 마스크 구조물(144)의 상단부 위의 위치에 록킹된다.

도 2를 참조하면, 도시된 실시예의 작업에서, 12개의 공작물(125) 또는 에어호일이 배치 링(130)의 앵커 부재(132) 내로 로딩된다. 도 2는, 공작물(125)이 그 공작물의 각각의 앵커 부재(132) 내로 슬라이딩식으로 장착 또는 로딩되는 것을 나타내기 위해서, 공작물(125) 중 하나를 다른 공작물로부터 분리하여 도시한다. 12개의 공작물(125)의 각각을 그 공작물의 각각의 앵커 부재(132) 상으로 장착한 후에, 에어호일(125)이 배치 링(130)으로부터 연장된 상향 배향으로 구성됨에 따라, 공작물(125) 에어호일(125)이 고정된 배향을 획득한다. 이어서, 유지 베이스(120)가 배치 링(130)과 결합되고, 그에 따라 유지 부재(126)가 에어호일의 기저 섹션 내의 노출 표면과 결합한다. 이어서, 유지 베이스(120)가 배치 링(130)에 대해서 약간 회전되고, 그에 따라 베이스(120) 및 링(130)을 함께 록킹하고 그리고 복수의 공작물(125)이 임의 방향으로 회전 운동하는 것을 방지한다. 이어서, 아버(150)가 칼라(128)(도 5) 및 유지 베이스(120)의 중앙 개구(124)(도 5)를 통해서 그리고 배치 링(130)을 통해서 위쪽으로 삽입되어 툴링 고정구 조립체(100)를 형성한다. 도 3은 공작물(125)이 로딩되고 아버(150)에 동작적으로 연결된 결과적인 록킹된 고정구 조립체(100)를 도시한다.

실제 코팅 프로세스에서 이용되는 도 3의 고정구(100)에 대해서, 마스킹 캡(140)(도 4)이 에어호일(125)과 정렬되고 아버(150) 아래로 그리고 위쪽으로 연장하는 에어호일(125)과 배치 링(130) 및 유지 베이스(120)의 조합 위로 슬라이딩된다. 마스킹 캡(140)이 유지 베이스(120) 및/또는 배치 링(130)에 의해서 지지되고 그 상부에 안착된다. 그러한 위치에서, 마스킹 캡(140)의 상부 부분 또는 일체형 마스크 구조물(144)이 마스킹하고자 하는 에어호일 또는 공작물(125)의 부분과 결합 또는 커버하고 그리고 코팅하고자 하는 공작물(125) 또는 에어호일의 표면이 노출되게 한다. 도 4는, 이어서, 툴링 고정구 조립체(100) 및 아버(150)를 마스크 구조물(140)과 록킹시키기 위해서, 코터 핀(191)이 마스킹 캡(140) 위에 배치된 이격부재(190) 내의 홀(182)을 통해서 삽입되는 것을 도시한다.

도 5는, 설명된 유지 베이스(120)가 또한 유지 부재(126)와 반대되는 방향으로 플랫폼(122)으로부터 중앙 축(124)을 따라서 연장하는 칼라(128)를 포함하는 것을 보여주고, 상기 칼라(128)는 아버(150)를 수용하도록 구성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 칼라(128)의 내경은 아버(150)의 부분 상의 직경에 상응하고, 그에 따라 아버(150)를 툴링 고정구 조립체(100) 내에서 수직으로 정렬시킨다.

도 6은 마스킹 캡(140)을 가지는 고정구 조립체(100)의 상면도를 도시한다. 공작물(125)이, 유지 베이스(120) 상으로 록킹된 배치 링(130) 상으로 로딩되어 도시되어 있다. 지지 하우징(142)은, 코팅하고자 하는 공작물(125)의 부분을 노출시키는 개구부(148)를 포함한다. 공작물(125)은 상부 또는 일체형 마스크 구조물(144)을 향해서 상향 연장한다. 마스킹 캡(140)의 상부 부분 또는 일체형 마스크 구조물(144)이 마스킹하고자 하는 에어호일 또는 공작물(125)의 부분을 커버한다. 중심 정렬 홀 또는 개구(143)가 아버(150)를 수용한다.

도 7은 그릿 브래스팅 작업에서 이용하고자 하는 툴링 고정구 조립체(100)를 도시한다. 그러한 조립체 프로세스는 고정구 조립체(100)를 매니폴드 구성요소(250) 상에 배치하는 것을 포함한다. 프로세스 샤프트 또는 아버(150)가 매니폴드의 중앙 축을 통해서 연장한다. 다음에, 공작물(125)을 가지는 유지 베이스(120) 및 배치 링(130)의 조합 및 아버(150)가, 아버(150) 상으로 하강되는 그릿 브래스트 커버(240)와 동작적으로 커플링된다. 이어서, 코터 핀(755)이 커버(240) 위에서 아버(150) 내의 홀(752)을 통해서 삽입되어 그릿 브래스트 툴링 고정구 조립체를 복수의 공작물 주위로 록킹한다. 그릿 브래스팅 중에, 가압 공기가 도관(280)으로부터 매니폴드(250) 내로 상향 유입될 수 있다.

전술한 바와 같이, 이러한 여기에서 설명된 툴링 고정구 조립체(100)는 유지 베이스(120) 및 배치 링(130) 이용하여 복수의 파트 또는 공작물(125)을 단순하고 신속한 방식으로 로딩하고 그에 의해서 툴링 고정구 조립체 내에 복수의 공작물을 로딩 및 고정하는 것과 연관된 노동력 및 노동비를 상당히 감소시킨다. 본 툴링 고정구 조립체(100)의 특별한 장점은, 회전자 블레이드, 고정자 베인, 에어호일 등을 위한 통상적인 툴링 고정구에서 일반적으로 발견되는, 힌지, 걸쇠(clasp), 스프링 등과 같은 이동 파트, 또는 조립 부대용품이 없거나 거의 없다는 것이다. 보다 중요하게, 여기에서 개시된 툴링 고정구 조립체(100)는 모듈형이고 그리고, 각각의 프로세스 단계에서 고정구로부터 공작물을 조립/분해할 필요가 없이, 복수의 상이한 기능에서 유용하다. 그러한 프로세스 단계는 세정, 그릿 브래스팅, 코팅 및 다른 준비 또는 마무리 프로세스를 포함할 수 있을 것이다.

코팅 작업에서 이용될 때, 설명된 실시예는, 복수의 공작물의 동시적인 또는 동시의 마스킹을 허용하는 단일-피스 마스킹 캡을 포함한다. 다시 말해서, 일체형 마스킹 캡을 이용하여, 복수의 공작물의 마스킹이 통상적인 툴링 고정구에서 요구되는 시간의 일부 내에 달성된다.

유사하게, 그릿 브래스팅 작업에서 이용될 때, 설명된 실시예는 일체형 커버, 단일-피스 가스켓 또는 밀봉부, 일체형 지지 베이스, 일체형 매니폴드 등과 같은, 그릿 브래스팅 작업을 위해서 디자인된 여러 가지 일체형 구조물 요소의 이용을 포함한다. 일체형 구조물의 이용은, 유사한 준비 및 마무리 프로세스의 전체적인 그릿 브래스팅 기능을 보다 단순하고 보다 비용 효과적으로 만든다.

프로세스 장비의 크기가 툴링 고정구의 최대 크기를 종종 결정하지만, 설명된 실시예는 설명된 모듈형 툴링 고정구를 이용하여 보다 많은 공작물을 프로세스할 수 있는 능력을 제공한다. 이러한 증가된 용량은, 어떠한 힌지형 요소, 와이어, 걸쇠 등도 없이 그리고 공작물들 사이에서 최적의 간격으로 복수의 공작물을 훌륭하게 고정하는 유지 베이스 및 배치 링의 디자인으로부터 직접적으로 기인한 것이다. 또한, 단순성 및 이동하는 파트의 부재로 인해서, 종래 기술의 툴링 조립체에 대비하여, 설명된 툴링 고정구 조립체의 개별적인 구성요소를 세정하고 유지하는 것이 상당히 더 용이하다.

여기에서 개시된 툴링 고정구 조립체 및 그 구성요소의 실시예는 바람직하게 주조 프로세스로 형성된다. 주조될 수 있는 구성요소이기 때문에, 툴링 고정구 조립체 내에 용접부가 존재하지 않는다. 제조 프로세스에서 용접을 배제하는 것은, 고장 또는 오염물질 포집 가능성을 유도할 수 있는 조립체 내의 균열 및 틈의 수 및 크기를 감소시킨다.

여기에서 설명된 툴링 고정구 조립체는 터빈 엔진 에어호일의 코팅에서 특별한 유용성을 가지고 그리고, 종래 기술의 툴링 고정구 조립체에 대비하여, 임의의 준비, 코팅, 및 마무리 프로세스 단계를 포함하는 전체적인 코팅 프로세스와 연관된 비용을 개선할 뿐만 아니라 공작물 품질 및 수득(yield)을 개선한다.

새로운 툴링 고정구 조립체(10)의 추가적인 개선은, 코팅하고자 하는 공작물의 열 질량에 대한 고정구 조립체의 열 질량의 비율의 감소이다. 순수한 결과로서, 가열 시간이 짧아질 수 있고, 이는 생산성 증가로 연결될 수 있다. 전형적으로, 공작물이 코팅에 앞서서 진공 내에서 예열된다. 예열은 예열기 내에서 이루어지고, 그러한 예열기는 코팅하고자 하는 공작물을 약 1900 ℉ 내지 2000 ℉의 온도까지 가열하기 위해서 복사 가열 요소를 이용한다. 공작물을 이러한 높은 온도까지 가열하는데 필요한 시간은 일반적으로, 예열기의 가열 요소에 노출되는 고정구 조립체(10)의 표면적에 의존한다. 그에 따라 더욱, 필요한 가열 시간이 공작물의 열 질량에 상당히 의존할 수 있을 것이다. 결과적으로, 통상적인 고정구-파트 조립체는 필요한 높은 온도를 획득하기 위해서 상당한 예열 시간을 필요로 한다. 예로서, 통상적인 고정구-파트 조립체는 약 2.0의 고정구 대 공작물의 열 질량 비율을 가질 수 있다. 본원 발명은, 열 질량 비율을 1.5 이하의 계수까지 감소시키고, 그에 의해서 완전한 파트-고정구 조립체를 위한 예열 시간을 가속하는 최적화된 고정구 조립체를 위한 특유의 디자인을 제공한다. 이는, 공작물의 예열 시간을 약 10% 내지 15% 만큼 단축할 수 있는 생산성 향상을 초래하는 중요한 디자인 및 프로세스 개선이다.

전술한 내용으로부터, 본원 발명이 복수 코팅 관련 작업에서 이용하기 위한 툴링 고정구 조립체를 제공한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 여기에서 개시된 발명이 특정 실시예 및 그와 연관된 프로세스로 설명되었지만, 청구항에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않고도 또는 발명의 특징 및 장점의 전부를 희생하지 않고도, 당업자에 의해서 발명에 대한 수많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있을 것이다.

Claims

복수의 상이한 코팅 관련 작업에서 이용하기 위한 모듈형의 로티서리(rotisserie) 타입 툴링 고정구 조립체로서:
복수의 공작물을 수용하도록 구성된 복수의 앵커 부재를 갖는 배치 링; 및
중앙 개구, 및 상기 배치 링의 앵커 부재와 록킹(locking) 결합되어 상기 복수의 공작물을 고정 배향으로 유지하도록 구성된 복수의 유지 부재를 형성하는 유지 베이스를 포함하고,
상기 복수의 공작물을 상기 툴링 고정구 조립체로부터 분해 및 재-조립하지 않고, 복수의 상이한 코팅 관련 작업을 위한 하나 이상의 구성요소를 수용하도록 상기 배치 링과 상기 유지 베이스의 결합이 구성되는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 유지 베이스가 플랫폼을 더 포함하고, 상기 복수의 유지 부재가 상기 플랫폼의 표면으로부터 상승하는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 유지 부재가 상기 툴링 고정구 조립체의 중앙 축으로부터 방사상 배향으로 배치되는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 배치 링은 상기 유지 베이스의 상응하는 정렬 홀을 통해서 연장하도록 구성되는 복수의 정렬 페그(peg)를 포함하는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 앵커 부재가 상기 복수의 공작물 중 적어도 하나의 기저(root) 섹션과 결합하도록 구성되는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 툴링 고정구 조립체가 상기 고정구 조립체의 열 질량 대 코팅하고자 하는 공작물의 열 질량의 감소된 비율을 특징으로 하는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 중앙 개구를 통해서 상기 유지 베이스에 동작적으로 커플링되는 아버(arbor)를 더 포함하고, 상기 아버가 하나 이상의 구성요소와 정렬되고 결합되도록 선택적으로 안내되는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 구성요소가 그릿 브래스트 커버(grit blast cover)이고, 상기 그릿 브래스트 커버가 상기 배치 링 위에 배치되는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 구성요소가 일체형 마스킹 캡 구조물이고, 상기 마스킹 캡 구조물이 상기 유지 베이스 및 상기 배치 링 위에 배치되고 상기 유지 베이스 및 상기 배치 링과 결합하며, 상기 마스크 캡 구조물이 마스킹 관계로 상기 복수의 공작물의 부분을 커버하도록 구성된 복수의 중실형(solid) 벽 또는 표면을 포함하는, 고정구 조립체.
제 9 항에 있어서,
상기 캡 구조물이 개구부를 가지고, 상기 개구부를 통해서 아버가 연장하는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 유지 베이스를 상기 배치 링에 고정하기 위한 보조적인 유지 수단을 더 포함하는, 고정구 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공작물이 12개이고, 각각의 앵커 부재가 하나의 공작물을 수용하도록 구성되는, 고정구 조립체.
제 9 항에 있어서,
상기 캡 구조물의 상단부 부분이 상기 공작물 각각의 후방측부의 곡률과 일치하는 윤곽화된 표면을 특징으로 하는, 고정구 조립체.
제 9 항에 있어서,
상기 캡 구조물의 하단부 부분이 코팅하고자 하는 공작물의 부분을 노출시키는 상응하는 개구부를 포함하는 하우징 구조물인, 고정구 조립체.
제 9 항에 있어서,
상기 캡 구조물의 하단부 부분이 복수의 에어호일 공작물의 기저 영역 및 플랫폼의 부분을 마스킹하도록 구성되는, 고정구 조립체.
복수의 코팅 관련 단계를 실시하기 위한 방법으로서:
배치 링 상에서 중앙 개구로부터 미리 규정된 방사상 배향으로 배치된 앵커 부재 내로 복수의 공작물을 로딩하는 단계로서, 상기 앵커 부재가 코팅하고자 하는 복수의 공작물을 유지하도록 구성된, 복수의 공작물을 로딩하는 단계;
유지 베이스와 상기 배치 링을 록킹된 툴링 고정구 조립체로 결합시키는 단계;
툴링 고정구 조립체를 형성하기 위해서 상기 유지 베이스 및 일체형 마스킹 캡을 함께 록킹하는 단계;
상기 유지 베이스의 중앙 개구를 통해서 그리고 배치 링을 통해서 상향으로 아버 또는 프로세스 샤프트를 동작적으로 연결하는 단계;
상기 아버 또는 샤프트의 근위 섹션을 제 1 코팅 관련 스테이션에 동작적으로 연결하는 단계;
복수의 공작물의 노출된 표면 부분을 프로세스하는 단계; 및
제 2 코팅 관련 스테이션에서의 상기 고정구 조립체의 이용에 앞서서, 상기 복수의 공작물을 상기 툴링 고정구 조립체로부터 분해하고 재-조립하지 않고, 상기 제 1 코팅 관련 스테이션으로부터 상기 툴링 고정구 조립체를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 배치 링 위에 일체형 커버를 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 커버가 상기 복수의 공작물의 부분을 커버하도록 구성된 복수의 중실형 벽 또는 표면을 가지는, 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 커버가 마스킹 캡인, 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 커버가 그릿 브래스트 커버인, 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 코팅 관련 스테이션이 그릿 브래스팅 스테이션이고 상기 제 2 코팅 관련 스테이션이 코팅 스테이션인, 방법.