NL8903133A - Werkwijze voor het vervaardigen van superplastisch gevormde en diffusiegebonden voorwerpen en aldus verkregen voorwerpen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van suoerolas-tisch gevormde en diffusiecrebonden voorwerpen en aldus verkregen voorwerpen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van superplastisch gevormde en diffusiegebonden voorwerpen en de op de daardoor vervaardigde voorwerpen. Werkwijze en voorwerpen zijn bijzonder geschikt voor opgestijfde, uit cellen bestaande paneelstructuren, die bijvoorbeeld geschikt zijn voor holle aërodynamische vlakken, vleugelpanelen, leidingen, omhulsels (bijvoorbeeld het geflensde buisvormige deel van het omhulsel van de motor) en geraamtes (dat wil zeggen deel van de draagsteun). De werkwijze is bij sommige toepassingsvormen bijzonder geschikt voor de vervaardiging van ingewikkelde kromme aërodynamische structuren, zoals compressor- of turbinebladen en statorvlakken.

Superplasticiteit is de vloeieigenschap, die in anologie met een viskeuze vloeistof, sommige metalen laten zien, die ongebruikelijk grote trekrek vertonen zonder insnoering, dat wil zeggen met gelijkmatige verdunning in doorsnede bij rek binnen beperkte temperatuur en spannings-trajekten. Dit verschijnsel, dat eigen is aan titaan-legeringen en sommige andere metalen en metaallegeringen, is toegepast voor de vervaardiging van een verscheidenheid van voorwerpen, vooral voorwerpen met omslachtige en ingewikkelde vormen met kleine kromtestralen.

Verder is het bekend, dat dezelfde stoffen bij deze zelfde superplastische vormtemperaturen diffusiegebonden kunnen worden onder uitoefening van druk aan de contactoppervlakken .

Diffusiebinding is een proces, waarbij zich een metallurgische binding vormt door toevoer van warmte en uitoefening van druk op metalen voorwerpen, die gedurende een bepaalde tijd in innig contact worden gehouden. De binding treedt, naar men denkt, op door beweging van atomen over de grensvlakken van de voorwerpen en is een functie van tijd, temperatuur en druk. Het proces is uniek, omdat het toelaat metalen aaneen te voegen zonder verandering van betekenis van hun fysische of metallurgische eigenschappen bij de voeg en met minimale geometrische vervorming.

De vervaardiging van voorwerpen door verschillende combinaties van superplastische vorming en diffusie-binding begon in de vroege zeventiger jaren ten gevolge van de behoefte aan zeer sterke en stijve lichtgewicht aërodynamische vlakken ter vermindering van schijfrandbelasting en ook voor leidingen, geraamtes en soortgelijke structuren, vooral voor luchtvaart en ruimtevaart. Volgens een oudere technologie, die thans nog in gebruik is, werden de werkstukken ‘slechts op geselecteerde plekken aan elkaar gebonden en werd binding op niet geselecteerde locaties voorkomen met een bekleding van maskeermiddel of afstop-middel. Dit was nodig om de werkstukken zonder binding op dergelijke locaties door superplastische vorming te kunnen vormen. Een voorbeeld van eerder gebruik van maskeermiddelen geeft het Amerikaanse octrooischrift 3.920.175.

De bekende maskeermiddelen, waarvan boriumnitride en yttriumoxyde het gebruikelijkst zijn, produceren verontreiniging, die de samenhang van de resulterende bindingen ernstig kan benadelen. Er kan ook verbrokkeling ontstaan. In ingewikkelde structuren, in het bijzonder holle kernstructuren, waarin uit cellen bestaande, opstijvende kernen worden gebruikt, is het onmogelijk het maskeermiddel totaal te verwijderen. Aangezien de maskeermiddelen voorts met name op de van binding uit te sluiten gebieden worden opgestreken met de hand, bestaat er de kans, dat er gebieden voorkomen met ongewenste of ondeugelijke binding. Zodoende is het gebruik van maskeermiddelen ook beperkt tot betrekkelijk eenvoudige structuren en brede voeggebieden. Ook bestaat er kans op optredende verontreiniging met maskeermiddel, wat betrouwbare binding verhindert,

De ernstige problemen, die met maskeermiddelen vergezeld gaan, werden tenminste reeds in 1976 in de techniek onderkend in het Amerikaanse octrooischrift 4.087.037 (zie in het bijzonder kolom 1, regels 20-42 en regels 55-58, zie ook het Amerikaanse octrooischrift 4.304.821, kolom 1, regels 45-56), dat een werkwijze en een persmachine beschrijft voor het vervaardigen van superplas-tisch gevormde en diffusiegebonden voorwerpen zonder dat men maskeermiddelen nodig heeft. In dit octrooischrift stelt men voor het noodzakelijk gebruik van maskeermiddelen te vermijden door gebruik van een ingewikkelde pers, die achtereenvolgens de werkwijze voor het laten voltooien van de superplastische vormingstrappen kan regelen alvorens men de onderdelen voor diffusiebinding met elkaar in contact laat komen. Men bereikt dit ten dele door gebruik te maken van een begrenzende matrijs en een bijpassende buigzame matrijs, waarbij het nodig is persvormen alvorens diffusie-bindingstemperaturen worden bereikt. Merk op, dat dit octrooischrift leert, dat men toevallig contact tussen niet te binden oppervlakken moet vermijden, daar ongewenste binding tot aanzienlijke schade kan leiden (kolom 3, regels 29-34). Hoewel het octrooischrift doet geloven, dat de beschreven machine structuren van grote omvang met ingewikkelde kromming kan vormen, is aanvrager zich niet bewust van enig commercieel gebruik van betekenis van een dergelijke machine (of van enige machine of methode, die op dergelijke materie betrekking heeft) voor dit doel.

Een andere benadering tot het vermijden van maskeermiddelen was het met naadlassen aan elkaar bevestigen van twee of meer metaalplaten in een patroon van bindingen, gevolgd door superplastisch vormen van een honingraat van aan elkaar verbonden cellen door opblazing van de gelaste platen bij temperatuur, soms onder gelijktijdige binding aan buitenplaten. Dergelijke lasprocessen worden bijvoorbeeld getoond in de Amerikaanse octrooischriften 4.351.470, 4.304.821 en 4.217.397, waarvan de oudste in 1978 werd ingediend.

Een naadlasbindingspatroon heeft echter enige nadelen, omdat het voor het verkrijgen van bindingen van gelijkmatige breedte niet voldoende nauwkeurig in detail kan worden geregeld, vooral bij gedetailleerde configuraties, en ook een betrekkelijk grote bindingsbreedte nodig heeft, die leidt tot onbruikbare breuksterkte, wanneer de zijwanden van naburige cellen, die in de metaalplaat zijn gevormd, bij de in het midden van de laslijnen optredende opblazing rug tegen rug achteruit moeten. Ook naadlassen heeft de neiging onbetrouwbare binding te produceren, omdat de openingen, die onopzettelijk tussen de lassen overblijven, bij temperatuur diffusiebinding kunnen ondergaan, waardoor de gewenste, ter verkrijging van gelijkmatige superplastische vorming noodzakelijke, vloeistof communicatie wordt uitgesloten. Dientengevolge zijn gelaste structuren in het algemeen niet gewenst geweest voor onderdelen onder hoge spanning, in het bijzonder niet voor de vervaardiging van kritische onderdelen, zoals aërodynamische turbinebladen. Het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 3.451.470, vermeldt kortweg, dat "in plaats van lassen, de platen met andere middelen aan elkaar zouden kunnen worden bevestigd, bijvoorbeeld door diffusiebin-ding." (zin die kolom 2-3 overbrugt.) Niettemin verklaart men niet hoe een dergelijk diffusiebindingspatroon kan worden verkregen. Aangezien men inzag, dat men ervoor moest zorgen contact aan andere oppervlakken dan de te binden oppervlakken te vermijden (zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 4.087.037, kolom 3, regels 29-34 en Amerikaans octrooischrift 4.304.821, kolom 1, regels 39-42), beoogde de aangehaalde zin waarschijnlijk het gebruik van afstopmiddelen of afstandhouders (die dezelfde problemen geven als afstopmiddelen en bovendien nog extra problemen) voor dit doel.

Naast de problemen, die worden veroorzaakt door gebruik van maskeermiddelen en lassen en problemen, die worden toegeschreven aan plaatselijke verdunning van metaal tijdens het vormen (zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 4.351.470, kolom 1, regel 33-37) ontstaan er ook problemen door de talrijke thermische kringlopen, die de structuuronderdelen bij de bekende werkwijzen ondergaan en een verzwakkend effekt op de resulterende structuur hebben.

Nog een ander ernstig nadeel van sommige bekende werkwijzen, vooral (maar niet uitsluitend), wanneer men daarbij gebruik maakt van afstopmiddelen, is, dat zij het onmogelijk maken de bindingen te inspecteren en een hun samenhang vast te stellen, nadat zij zijn gevormd, aangezien de gebonden delen door het vervaardigingsproces ontoegankelijk worden gemaakt. Dit probleem is bijzonder acuut als de cellenstructuur .wordt gebruikt als een holle kern voor een aërodynamisch vlak, waar de cellenstructuur wordt dichtgelast, wanneer deze wordt gevormd tussen de twee buitenste huidlagen. Aangezien een groot deel van de kosten van de uiteindelijke structuur is verbonden aan het aërodynamische vlak zelf, in tegenstelling tot de opstijvende kern, zijn dergelijke werkwijzen vaak economisch niet uitvoerbaar vanwege het grote aantal mislukkingen.

Ondanks de eerdere pogingen tot het verkrijgen van een commercieel uitvoerbare werkwijze voor het super-plastisch vormen en diffusiebinden van voorwerpen zonder maskeermiddelen of lassen en zonder gebruik van ingewikkelde en dure inrichtingen, is aanvrager zich tot op heden niet bewust van enig commercieel succesvol resultaat. Het gebrek van een succesvolle werkwijze is bijzonder opmerkelijk ten aanzien van de vervaardiging van omslachtig gevormde, ingewikkeld gekromde aërodynamische structuren en van ingewikkelde structuuronderdelen, zoals geraamten, of de structurele bestanddelen van dergelijke onderdelen.

Ruwweg gezegd vervaardigt men ter overwinning van bovenbeschreven nadelen volgens de onderhavige uitvinding structuren, door één of een paar metaalplaten te zetten tussen tenminste één en bij voorkeur een paar tafels, die met de platen in contact komen langs een lintoppervlak, dat in zijn tussenruimten een reeks veelhoekige holten omsluit, die met elkaar in verbinding staan via in het lintoppervlak ge-vormde verhevenheden. Als de platen bij temperatuur door de tafels tegen elkaar worden geperst, vloeit het langs het lintoppervlak in contact komende metaal in de naburige, niet met elkaar in contact staande veelhoekige gebieden van de platen, die ze uit doet vloeien onder vorming van een reeks kussenvormige cellen, onderling verbonden door een netwerk van kanalen, overeenkomend met bovengenoemde verhevenheden. Als de platen aan elkaar worden gebonden, kunnen de cellen worden opgeblazen door gasdruk, die via een inlaatbuis aan de omtrek van de platen wordt uitgeoefend en via het netwerk van kanalen verbinding met alle cellen krijgt.

De uitvinding is ten dele gebaseerd op de ontdekking, dat door de platen aldus tegen een dergelijk lintoppervlak te zetten, men het metaal van de platen in de veelhoekige tussenholtegebieden kan laten vloeien, waardoor men ze kan laten rijzen of (in geval waarin er tegelijkertijd twee platen worden gevormd) uit elkaar kan drijven in een mate, die voldoende is voor het vormen van onderling verbonden, onder druk te zetten kussenvormige cellen, dat zelfs zonder maskeermiddelen, de kussenvormige gebieden van de platen bij diffusiebindingstemperaturen niet aan elkaar gebonden raken en dat dit een nieuwe en bruikbare wijze oplevert voor het vormen van gewapende, metalen opstijf-structuren. Ook werd ontdekt, dat op deze wijze vervaardigde vooraf gevormde voorwerpen verder kunnen worden bewerkt ter vervaardiging van één geheel vormende, samengesteld gekromde wapeningsstructuren voor compressor en turbinebladen of statorvlakken en soortgelijke aërodynamische structuren. Aangenomen wordt, dat elke plaat kussens vormt, die zich naar de naburige tafel uitstrekken vanwege enige affiniteit, toe te schrijven aan een oppervlaktespannings-effekt, tussen de metaalplaat en de naburige tafel tijdens het vormproces. De hier gebruikte uitdrukking "kussen" beoogt een kussenvormige verplaatsing of hobbel in het oppervlak van de metaalplaat te definiëren, die wordt gevormd, wanneer de plaat door een tafel langs een lint-oppervlak wordt opgezet. Elk kussen komt overeen met een van de veelhoekige holten in de overeenkomstige tafel. Op zijn beurt bestaat een "cel uit twee naburige kussens, die rug aan rug tegen elkaar liggen en ontstaan, wanneer er twee metaalplaten tegelijkertijd worden gevormd of anders zodanig op elkaar worden gelegd, dat zij een opblaasbaar volume kunnen vormen. Zodoende moet men, als men alleen één enkele plaat vormt, een tafel en een daar tegenover liggend plat oppervlak gebruiken. Als men op deze wijze twee metaalplaten bij dezelfde bewerking vormt, kan men hetzij een tafel en een tegenoverliggend plat oppervlak gebruiken, hetzij twee tegenover elkaar liggende tafels, als onder beschreven.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de bovenbeschreven opzetvorming uitgevoerd gedurende een tijd, die korter is, of bij een temperatuur, die lager is dan voor diffusiebinding vereist is. De resulterende, gevormde platen kunnen daarna worden gereinigd of gelast of anderzijds langs hun omtrek worden samengevoegd en kan er een fluïdecommunicatiebuis worden tussengevoegd en gelast ter regeling van de druk in het netwerk van onderling verbonden cellen, dat resulteert, wanneer zij samengebonden zijn. Het volume tussen de cellen wordt daarna bij voorkeur onder vacuüm gebracht ter verzekering van volledige binding en de platen worden opnieuw onderworpen aan rechtstreekse mechanische druk tussen de vormtafels bij diffusiebindingstemperatuur, teneinde ze langs het lintoppervlak samen te binden. De tafels worden daarna verwijderd en de resulterende voorlopige vorm, wordt, nog altijd op temperatuur, met een inert gas onder druk gezet teneinde de onderling verbonden cellen te expanderen door superplastische vloeiing.

Eventueel kunnen de platen in één enkele bewerking zowel worden gevormd als gebonden door de tafels voor het toelaten van diffusiebinding bij temperatuur voldoende lang op hun plaats te houden. De tafels worden daarna verwijderd en de voorlopige vorm, nog altijd op temperatuur, wordt onder druk gebracht als boven beschreven teneinde de cellen tot het gewenste volume op te blazen. Deze bewerking wordt bij voorkeur uitgevoerd in een vacuüm-oven teneinde hetzelfde effekt te verkrijgen als het onder vacuüm zetten van het volume tussen de platen (boven beschreven), maar zonder dat men de omtrek van de platen en de inlaatbuis eerst behoeft te lassen. De omtreksbinding kan bij deze uitvoeringsvorm worden gevormd door de tafels of andere vormelementen uit te voeren voor diffusiebinding aan de omtrek van de platen onder overlating van een opening voor gascommunicatie. Ook kan men desgewenst in de opening een buis lassen of door diffusiebinding bevestigen.

De expansie van de cellen van de voorlopige vorm als boven beschreven kan vrije expansie zijn of kan worden beperkt door het binnenoppervlak van een vorm, die bij voorkeur het inwendige oppervlak van de gewenste uiteindelijke structuur weergeeft. Indien er vrije expansie optreedt, worden de cellen bij voorkeur niet in zodanige mate opgeblazen, dat hun naburige kanten met elkaar in contact komen en aan elkaar gaan binden, wat wordt overgelaten aan een laatste trap, waarbij de partieel geëxpandeerde kern wordt gebonden aan andere buitenste structuurelementen. Bij beperkte expansie worden de cellen bij voorkeur zodanig opgeblazen, dat hun zijden langs hun gehele oppervlakken aan naburige celwanden gebonden raken en de einden van de cellen een glad, nagenoeg continu oppervlak vormen, dat kan worden gebonden aan een buitenwand (dat wil zeggen buiten de kernstructuur), zoals een aërodynamische huid of een geraamteoppervlak.

Verder kan men volgens de uitvinding de voorlopige vorm onderwerpen aan een aanvankelijke kleine mate van druk, die voldoende is voor het voorkomen van kinken bij gevlochten, gedraaide of andere vorming en daarna verder worden opgeblazen in één of meer omtreksvormen, die de voorlopige een geregelde "draaiing" of tweezijdige kromming geven, die overeenkomt met of leidt naar zijn uiteindelijk gewenste vorm.

Hoewel de tafels hier worden beschreven als of zij veelhoeken omsluiten, wordt de uitdrukking ruwweg gebruikt en houdt ook cirkels in, alsmede veelhoeken met elk aantal zijden. Bij voorkeur is de gekozen veelhoeksvorm een vorm, die een regelmatige opstelling van cellen geeft, die worden gescheiden door een lintoppervlak van constante breedte. De voorkeursuitvoeringsvorm is voor praktische doeleinden het zeshoekige patroon, dat in de bijgaande tekeningen wordt getoond. Voor sommige toepassingen moet een kleiner aantal zijden worden vermeden, omdat de scherpere hoeken, die dan ontstaan, meer kans op falen hebben, wanneer de cellen onder druk worden gebracht en opgeblazen, dan bij veelhoeken met een groter aantal zijden. Achthoeken, tienhoeken en twaalfhoeken zijn ook geschikt, aangezien zij een regelmatige veelhoekige opstelling geven, die een lintoppervlak van constante breedte bepaalt. De geometrie van een vierkant als veelhoek, hoewel voor sommige toepassingen nuttig, levert in het algemeen niet dezelfde gelijkmatige opstijving op als de geometrieën, die de voorkeur verdienen.

De volgens de uitvinding resulterende structuren hebben bij voorkeur gebonden dubbele wanden, waarbij de naburige cellen aan elkaar gebonden zijn en geen inwendige ongebonden holten, zodat het gehele uiteindelijke oppervlak van elke cel aan een naburige huid of wand kan binden. Verder kan het patroon van veelhoekige cellen worden gevarieerd en kan bijvoorbeeld over bepaalde gebieden kleiner of groter worden gemaakt, waardoor wanddikte en afmetingen van de wapeningsstructuur worden "afgestemd" op het vermijden van ongewenste vibratieresonantie, of voor dikkere of dunnere wapeningswanden, of om andere redenen, die door de gewenste eigenschappen van het eindprodukt worden voorgeschreven.

De mate van opzet, die door de tafels aan de metaalplaten tijdens vorming wordt verleend kan vanaf enkele procenten tot ongeveer 10% gaan en bedraagt bij voorkeur ongeveer 5%, waarbij opzet wordt gedefinieerd als het percentage diktevermindering van de metaalplaat bij het > lintoppervlak, dat door de tafels wordt veroorzaakt. Zo is bijvoorbeeld een 0,002" vermindering in een 0,040" plaat is een opzet van 5%. Volgens de uitvinding worden de tafels bijeen gebracht tegen positieve stoppen, zodat de vooraf-bepaalde opzet nauwkeurig en regelbaar wordt bereikt, i Dergelijke stoppen kunnen structurele componenten tussen de tafels zijn, die hun nadering beperken, of kunnen eventueel elektronische of mechanische organen voor het bereiken van hetzelfde eindresultaat zijn. Voor dit doel is slechts nominale druk vereist.

Voor diepe wapenings structuren gebruikt men volgens de uitvinding bij voorkeur een paar tafels, aangezien voor maximum diepte gasdruk dan de cellen gelijkmatig in beide richtingen vanaf het vlak van de metaalplaten doet expanderen. Voor sommige ondiepe structuren verdient echter één enkele tafel, die samenwerkt met een daar tegenoverliggend plat oppervlak de voorkeur, aangezien de resulterende opzet slechts optreedt in de plaats, die in contact komt met de geprofileerde tafel, wat slechts deze plaat (aangezien deze na opzet dunner is) laat opblazen tot een expanderende cel bij onder druk zetten. De resulterende structuur heeft dus slechts de halve diepte ten opzichte van een structuur, waarbij beide tegenover elkaar liggende oppervlakken van elke cel opblazing ondergaan. De mate van opblazing van de cellen hangt af van de gewenste dikte van de celwanden, die afhangt van de structuureisen van bepaalde toepassingen. In het algemeen is 50% vermindering in wanddikte aanvaardbaar, maar voor sommige toepassingen kunnen de wanden worden verdund tot slechts enkele procenten van hun oorspronkelijke dikte.

Bij één uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de uit cellen bestaande paneelstructuur gedraaid ter aanpassing van de holle kern van een aërodynamisch vlak en wordt ingebed en gebonden binnen het aërodynamische vlak. Hiertoe vervaardigt men een paar aërodynamische huidlagen ter vorming van een binnenholte. De gedeeltelijk gevormde, uit cellen bestaande paneelstructuur wordt dan tussen de huidlagen gebracht en de huidlagen worden langs omtrek samengebonden, waarbij gasbuizen toegang geven tot het volume binnen de paneelstructuur en tot het volume tussen de paneelstructuur en de holte binnen het aërodynamische vlak. Men onderwerpt de resulterende structuur aan thermoplastische vloeitemperatuur en stelt de gasdrukken zodanig in, dat er druk wordt uitgeoefend in de paneelstructuur en de druk tussen deze laatste en de holte binnen het aërodynamisch vlak wordt verminderd onder diffusiebinding van de eindwanden van de cel aan de huidlagen, waardoor een hol, integraal, gewapend aërodynamisch vlak ontstaat.

De werkwijze, die gebruikt wordt voor het vervaardigen van de uit cellen bestaande paneel- (of kern-) structuur en de daaruit voortkomende voorwerpen van de onderhavige uitvinding overwinnen de problemen, die vergezeld gaan met maskeermiddelen en lassen en verlichten het probleem van plaatselijke verdunning, dat optreedt bij bekende werkwijzen. Voorts is de inrichting, die voor het uitvoeren van de werkwijze wordt gebruikt, betrekkelijk weinig ingewikkeld en zodoende betrouwbaar en goedkoop. Van belang is, dat aangezien de uit cellen bestaande voorvorm en kern onafhankelijk van het uiteindelijke voorwerp, waarin de kern moet worden opgenomen, worden vervaardigd, deze gemakkelijk toegankelijk zijn voor het vaststellen van de samenhang van de bindingen en de structuur voor opneming in of binding aan de extra structuurcomponenten ter vorming van dit voorwerp.

Men kan de werkwijze van de uitvinding gebruiken voor het vervaardigen van opgestijfde uit cellen bestaande paneel of kernstructuren voor allerlei toepassingen en voor het vervaardigen van structuurelementen, zoals leidingen, geraamtes, stutten, aërodynamische vlakken en dergelijke, waarbij men gebruik maakt van een wapenigskern van lichtge wicht, die integraal aan het element kan worden gebonden. De onderhavige celstructuren hebben hoge verhoudingen van sterkte tot gewicht en zijn zeer stijf en dientengevolge goed geschikt voor gebruik als versterkende kernen voor holle structuurelementen.

Er zullen nu voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding worden beschreven aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarvan figuur 1 een doorsnede is van twee metaalplaten, die zijn aangebracht tussen tegenover elkaar liggende tafels van een gereedschap alvorens superplastische vorming en diffusiebinding plaatshebben, figuur IA een doorsnede is van één enkele metaalplaat, die is aangebracht tussen een tafel en een tegenover liggend plat oppervlak van een gereedschap alvorens superplastische vorming en diffusiebinding plaatshebben, figuur 1B een doorsnede is, gelijk aan die van figuur IA, die het uiterlijk laat zien van de enkele plaat, wanneer deze langs het lintoppervlak is opgezet, figuur 2 een doorsnede is van de plattegrond van de onderste in figuur 1 afgeheelde, figuur 3 een gedeeltelijk perspectiefaanzicht is bij de scheidingslijn van de in figuren 1 en 2 getoonde tafels, zonder dat zich daar metaalplaten tussen bevinden en waarbij de bovenste tafel in denkbeeldige lijn is getoond, figuur 4 een perspectiefaanzicht in doorsnede is van de superplastisch gevormde platen, getoond in figuur 3, die volgens de uitvinding door diffusiebinding aan elkaar bevestigd zijn, figuur 5 een doorsnede is, genomen over lijn 5-5 van figuur 4, figuur 6 een perspectief voorstelling is van een persvorm voor het vormen van een in twee richtingen gekromde uit cellen bestaande paneelstructuur volgens de onderhavige uitvinding, figuur 7 een perspectiefaanzicht is van een aërodynamisch vlak van de onderhavige uitvinding voor de uiteindelijke assemblering teneinde de drie voornaamste structuurcomponenten te laten zien, figuur 8 een perspectiefaanzicht is van het aërodynamische vlak van figuur 7 na assemblering, figuur 9 een doorsnede is, genomen over lijn 9-9 van figuur 8 en figuur 10 een plattegrond is van onderlinge celverbindingen, die kunnen worden gevormd ter verkrijging van een gasweg volgens de uitvinding.

De persvormen, of tafels, die volgens de uitvinding worden gebruikt, worden afgebeeld in figuren 1-3, die een uitvoeringsvorm tonen, waarbij de tafels een zeshoekig patroon vormen. In figuur 1 worden twee tafels, 10, 12 getoond, waartussen zich sandwich-achtig een paar metaalplaten 16, 18 bevindt. Als getoond in figuur 2, biedt tafel 12 (en eveneens tafel 10) een werkend lintoppervlak 20, dat is bedoeld voor het vormen van een overeenkomstig lintoppervlak 22 op de resulterende voorlopige vorm 24, getoond in figuur 4, die op een te beschrijven wijze is gevormd uit metaalplaten 16 en 18. Lintoppervlak 20 van de tafel vormt met zijn tussenholten een reeks veelhoekige holten of ruimten 28. De tafel bevat ook een patroon van verhevenheden 26 in lintoppervlak 20 van de tafel, dat veelhoekige holten 28 onderling verbindt. Het patroon van verhevenheden 26 moet gasdruk, die door een uitwendige buis 14 wordt uitgeoefend, laten communiceren met alle veelhoekige holten, als afgebeeld in figuren 2 en 3.

Een voorbeeld van een patroon van verhevenheden voor dit doel is afgebeeld in figuur 10, maar men kan elk verhevenhedenpatroon gebruiken, dat voor het verkrijgen van de gewenste opblazing voldoende gasdruk door de cellen oplevert. Men kan desgewenst voor dit doel meer dan één buis 14 aanbrengen, hoewel wordt aangenomen, dat één enkele buis voor de meeste toepassingen voldoende is.

Eventueel kan men de hier beschreven uitvinding desgewenst gebruiken voor het superplastisch vormen van één enkele plaat, in plaats van een paar dergelijke platen als bovenbeschreven. De voor het uitvoeren van deze werkwijze gebruikte inrichting wordt afgebeeld en beschreven met betrekking tot figuren IA en 1B. Figuur IA toont één enkele metaalplaat 16, die sandwich-achtig is aangebracht tussen tafel 10 en tegenover liggende platte tafel 13. Als getoond in figuur 1B levert tafel 10 een werkend lintoppervlak, dat is uitgevoerd voor het vormen van een overeenkomstig lintoppervlak plaat 16, wanneer plaat 16 wordt samengedrukt tussen tafel 10 en platte tafel 13 en onderworpen wordt aan temperaturen bij of nagenoeg binnen het superplastische trajekt voor het bepaalde gekozen materiaal. Figuur 1B toont aldus schematisch het uiterlijk van plaat 16, wanneer deze het vormproces ondergaat.

Volgens de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding laat men tafels, als getoond in figuren 1 en 2, rusten op een paar metaalplaten, die superplastisch gevormd en diffusiegebonden kunnen worden en drijft de tafels naar elkaar ter verkrijging van een paar procent tot ongeveer 10% opzet van de platen in het gebied van lintoppervlak 22. Volgens de uitvinding werd ontdekt, dat men op deze wijze een nuttige voorlopige vorm kan vervaardigen zonder gebruik van afstopmiddel of enig ander soort adhesieremmer en zonder dat men de relatieve drukken binnen en buiten de door de metaalplaten gevormde sandwich behoeft te regelen. Opzetten van het metaal in het beschreven patroon laat de overmaat metaal in de naburige veelhoekige holten van de tafel vloeien, waardoor veelhoekige cellen 32 worden gevormd. Insgelijks vloeit het metaal van platen 16 en 18 in het patroon van verhevenheden 26 onder vorming van een overeenkomstig patroon van stroompoorten 30, die cellen onderling 32 verbinden.

Men kan de werkwijze uitvoeren in een gewone pers of vacuümoven, onder zodanig gebruik van gewone persmachines, dat de platen naar elkaar worden gebracht tegen positieve stoppen voor de afstand, die nodig zijn voor de vooraf bepaalde mate van opzet. Indien bijvoorbeeld twee platen van elk 0,004" dikte worden gebruikt, moeten de stoppen worden ingesteld op een grens voor de scheiding tussen de tafels van 0,076", ter verkrijging van een 0,002" of 5% opzet in elke plaat.

Lintoppervlakken 20 worden bij voorkeur smal en met constante breedte uitgevoerd, bij voorkeur ongeveer 0,040-0,060". Zij moeten breed genoeg zijn voor het bewerkstelligen van binding als de tafels naar elkaar gebracht worden en voor sterkte tijdens het vormproces en moeten smal genoeg zijn voor het vermijden van ongewenste buig-spanning, wanneer naburige cellen ruggelings tegen elkaar komen tijdens het onder druk brengen ter ontmoeting langs de bindingslijn. De lintoppervlakken kunnen ook verschillende breedten hebben en men kan zelfs een willekeurige verspreiding van veelhoeken gebruiken, waarbij ze willekeurig verschillen in afmeting, vorm of oriëntatie over het oppervlak van de plaat. De gewenste lintbreedte hangt noodzakelijk af van de dikte van de metaalplaten, de bepaalde gebruikte legering, de afmeting en geometrie van de veelhoeken, de gewenste mate van celgroei en de gewenste eigenschappen van het resulterende produkt. De werkwijze is bijzonder nuttig, omdat zij het toelaat kernstructuren te vervaardigen uit betrekkelijk dunne metaalplaten in de orde van 0,020" onder verkrijging van structuren van zeer licht gewicht zonder ongewenste lokale rek, of insnoering van het metaal van de celwanden.

Bij elkaar passende tafels 10 en 12 kunnen een open persvorm vormen, zoals getoond, of kunnen eventueel een gesloten holle vorm vormen (niet getekend) waarin de celgroei kan (maar niet behoeft te) worden beperkt door de nabijheid van het binnenoppervlak van de persvorm. Open vormen zijn natuurlijk goedkoper te vervaardigen.

De tafels kunnen ook een buiten- of omtreksopper-vlak 11 (figuur 3) vormen onder verkrijging van een dif-fusiebindingsbindingsgebied van gewenste breedte, dat nagenoeg de gehele voorlopige vorm omgeeft en is uitgevoerd voor het achterlaten van kanalen 15, als gewenst is voor gascommunicatie, zoals zal worden beschreven. Eventueel kan men een apart paar tafels (niet getekend) in combinatie met de in figuur 1 getekende gebruiken ter verkrijging van de omtreksbinding.

Het metaal of de metaallegeringen, die men volgens de uitvinding kan gebruiken, zijn stoffen, die superplastische vorming en diffusiebinding kunnen ondergaan. Bij voorkeur kunnen zij superplastische temperaturen grote thermoplastische deformatie ondergaan van een paar 100% tot ongeveer 1000% spanning. Elke bepaalde legering ondergaat een superplastische overgang bij een temperatuur, die men gemakkelijk kan meten of bepalen uit bronnen of met werkwijzen, die in de techniek welbekend zijn, waartoe bijvoorbeeld kan worden gewezen op M. Hansen, "Binary Phase Diagrams", McGraw Hill 1978. Superplastisch vervormbare legeringen van aluminium en titaan zijn in de techniek bekend. Een titaanlegering, die de bijzondere voorkeur verdient, bevat aluminium en vanadium, zoals legering TÏ6A1-4V, die superplastisch wordt bij temperaturen van ongeveer 1435° en bindt bij temperaturen van ruwweg 1675-1725°F. Sommige andere legeringen, in hoofdzaak van titaan of aluminium, maar ook van andere metalen, kunnen superplastisch worden door vermindering van hun korrelgrootte, want het is bekend, dat fijne, stabiele korrelgrootte metalen het vermogen tot het vertonen van superplastische vloei geeft.

Ook valt het onder de uitvinding smeltpuntver-lagers of bindingsactivatoren te gebruiken ter verlaging van de diffusiebindingstemperatuur van de metaalplaat. Dergelijke activatoren zijn welbekend en zijn specifiek voor betrokken metaal of legering, bijvoorbeeld nikkel en/of koper met titaanlegeringen. De activator wordt op de platen aangebracht langs het lintoppervlak en hij migreert tijdens het binden in het metaal, zodat de resulterende voeg nagenoeg uit de titaanlegering alleen wordt gevormd. Gebruik van bindingsactivatoren bij de vervaardiging van bladen wordt beschreven in "The Rolls Royce Wide Chord Fan

Blade", G. Fitzpatrick en P. Broughton, aangeboden op de First International Conference of the Titanium Development Association, San Fransisco, California, oktober 1986 en toegezonden aan de leden van de Association.

Bij een voorkeurswerkwijze volgens de uitvinding brengt men twee metaalplaten 16, 18 tussen tafels 10 en 12 in een hete pers of vergelijkbare bekende inrichting en brengt de tafels naar elkaar toe tegen de stoppen ter verkrijging van ongeveer een 5% opzet langs lintoppervlak 20. Dit geschiedt bij voorkeur kort bij superplastische temperaturen, waarbij men beoogt het metaal van platen 16 en 18 te vervormen zonder ze te binden. Bij superplastische temperaturen treedt bijna onmiddellijk deformatie op onder vorming van de kussenvormige cellen 32, getoond in figuur 4. Dit kan in luchtatmosfeer geschieden. Beneden de superplastische overgang is er een aanzienlijk langere tijd nodig. Daarna worden de tafels verwijderd en de aldus gevormde (maar niet gebonden) platen 16 en 18 (de gevormde platen worden getoond in figuur 4 en ze hebben nagenoeg hetzelfde uiterlijk wanneer ze zijn geplaatst als getoond, ongeacht of ze al of niet aan elkaar zijn gebonden) kunnen voor verdere bewerking worden gereinigd. De platen kunnen dan lokaal worden gedeformeerd, bijvoorbeeld onder gebruik van een doorn, teneinde plaats te bieden aan inlaatbuis 14 als aangegeven in figuur 4. De platen worden dan om omtrek gelast onder gebruik van bekende lasmethoden, zoals elektronenbundel (EB) lassen of wolfraam inert gas (WIG) lassen, dat de metaaloppervlakken niet verontreinigt. Buis 14 wordt ook bij voorkeur op zijn plaats gelast onder gebruik van bijvoorbeeld een draadlas, zodat de twee platen een luchtdicht binnenvolume vormen.

Daarna zet men vacuüm op buis 14, ongeveer tot tussen 10'2 en 10'3 Torr en brengt de twee platen weer in de oven op een temperatuur en gedurende een tijd, die voor diffusiebinding voldoende zijn, waarbij men de tafels nagenoeg even dicht bijeen houdt als bij de oorspronkelijke vorming. Het vacuüm tussen de platen zorgt voor voldoende binding langs lintoppervlak 22 onder vermijding van ongebonden gebieden, die anders zouden kunnen worden veroorzaakt door ingevangen gas, zelfs in zeer kleine hoeveelheden. Tegelijkertijd mag het vauüm niet zo hoog zijn, dat de gevormde kussens inzakken.

Merk op, dat indien tafels 10 en 12 gesloten of begrenzende persvormen zijn, de kussens bij de vorming een plat afgestreken zeshoekige vorm met rechte wanden kunnen aannemen. Bij voorkeur voor titaan worden de tafelop-pervlakken gesmeerd met boriumnitridepoeder, een bekend droog smeermiddel, teneinde te voorkomen dat de tafelop-pervlakken gaan schuren door wrijving met de metaalplaten.

Onder gebruik van 0,030" titaanlegering TÏ6A1-4V platen bij bovenbeschreven werkwijze en een 5% opzet met eenzeshoekige tafelconfiguratie met zeshoeken van 1/2" tussen tegenover elkaar liggende zijden en een lintbreedte van 0,040" en bij verhitting op ongeveer 1440°F gedurende 15 minuten, werden, naar werd waargenomen, cellen gevormd als getoond in figuur 4 tot een hoogte van ongeveer 1/16" boven het oorspronkelijke oppervlak van platen 16 en 18 en voor een inwendige celdiepte van ongeveer 1/8". Door verhevenheden 26 ongeveer 3/32-1/8" breed te maken, worden er vloeipoorten 30 gevormd met ongeveer 1/32-1/16" inwendige middellijn, die het netwerk van de aldus gevormde cellen onderling verbinden.

Bovenbeschreven uitvoeringsvorm van de uitvinding is voordelig, omdat hij kan worden uitgevoerd in een standaard hete pers met een kringlooptijd bij temperatuur van ongeveer 1 uur. Eventueel kan men de werkwijze uitvoeren in een duurdere vacuümpers, wat een langere kringlooptijd vereist. Het vacuüm binnen de pers heeft dezelfde functie als bovenbeschreven met betrekking tot het vacuüm in de gelaste voorlopige vorm, namelijk zorgen voor voldoende binding. Ook bij deze uitvoeringsvorm kan men temperatuur en druk bij de begintrap lang genoeg handhaven voor het verkrijgen van zowel binding als vorming van de onderling verbonden cellenstructuur. Voor titaanlegering TÏ6A1-4V en een temperatuur van ongeveer 1700°F ligt de tijd, die voor binding met een 5% opzet nodig is, in de orde van 1 of 2 uur. Bij deze uitvoeringsvorm van de uitvinding kunnen platen 16 en 18 tegelijkertijd diffusie-gebonden worden in een band om hun omtrek, in plaats van te worden gelast. Een buis, zoals buis 14, verdient de voorkeur, maar is niet essentieel en het is voldoende een opening in de omtreksbinding te laten, waardoor het aanvankelijke volume van de voorlopige vorm in verbinding staat met de vacuümomgeving van de oven. Men kan voor een groter procesrendement meerdere gestapelde tafels gebruiken met een pers of oven, elk als bovenbeschreven.

Men moet er voor zorgen scherpe randen in de tafels te vermijden. Zo kan bijvoorbeeld bij een lintop-pervlak met eén breedte van 0,040" de dikte van de randen tussen naburige zeshoeken in de tafel met 0,1" zijn afgerond met een straal van 0,032". De hoeken van de zeshoeken zijn eveneens zodanig afgerond, dat scherpe hoeken, die tot sterke lokale spanning kunnen leiden, worden vermeden.

Het verdient de voorkeur, dat buis 14 is vervaardigd uit dezelfde legering als platen 16 en 18, maar de buis kan zijn vervaardigd uit elk materiaal, dat diffusie-gebonden of gelast aan de metaalplaten kan worden, afhankelijk van de uitvoeringsvorm van de te gebruiken werkwijze en een vergelijkbare thermische uitzettingscoëfficiënt heeft en ook overigens verenigbaar met het basismetaal is.

De volgens de uitvinding als bovenbeschreven vervaardigde voorlopige vorm 24 kan daarna worden opgepompt bij superplastische temperaturen en met name bij drukken, van ongeveer 200-300 pound per inch2 van een inert gas, zoals argon, ter vorming van een paneelstructuur, of een kernstructuur van regelmatige of onregelmatige vorm. Wanneer de twee helften van de voorlopige vorm zijn vervaardigd, maar niet worden gebonden, als eerst bovenbeschreven, dan wanneer zij voor binding opnieuw zijn verhit, kunnen zij bovendien desgewenst bij dezelfde verhittingsgang na verwijdering van de tafels worden opgepompt. Oppompen veroorzaakt, dat cellen 32 tot een bepaalde fractie, bijvoorbeeld 70-90%, van de uiteindelijk gewenste mate van rek, in beide richtingen gaan uitsteken uit het vlak van platen 16, 18. Merk op, dat de werkwijze, vergeleken bij bekende werkwijzen toelaat het voor vervaardiging vereiste aantal temperatuurgangen tot een minimum te beperken.

Opblazing van de voorlopige vorm kan worden uitgevoerd, terwijl hij alleen om zijn omtrek wordt vastgehouden, in welk geval de cellen in hun respectievelijke richtingen gelijk expanderen. Eventueel kan de voorlopige vorm worden opgepompt binnen een gesloten persholte, zodat de wanden van de holte de gewenste vorm van de opgeblazen of gedeeltelijk opgeblazen kern beperken en bepalen. Een dergelijke vorm kan bijvoorbeeld expansie beperken tot een aanzienlijke* fractie van de uiteindelijk gewenste. Hij kan eventueel de volledige gewenste mate van expansie toelaten en ook plaatsbieden aan uitwendige panelen of structuurelementen, die aldus diffusiegebonden kunnen worden aan de geëxpandeerde einden van de cellen over het gehele gebied van deze laatste, waarbij het oppervlak tussen de panelen en de kern gebonden wordt en nagenoeg holtevrij wordt gelaten. Eventueel kan men de voorlopige vorm op deze wijze geheel opblazen en vervolgens aan uitwendige elementen binden. Men ziet, dat aangezien de expansie gelijk en gelijkmatig door gasdruk wordt aangedreven, nagenoeg elke willekeurige kernvorm kan worden verkregen door een overeenkomstige uitvoeringsvorm van de persvormholte. Het opblazen kan in lucht geschieden, mits de mate van opblazing klein genoeg is opdat er geen binding optreedt tussen bijvoorbeeld naburige celwanden. Indien elke bewerking in lucht wordt uitgevoerd, moet het metaal van de platen of de voorlopige vorm op bekende wijze, bijvoorbeeld met een zuurbad, van oxyden en andere onzuiverheden worden gereinigd alvorens een juiste binding kan worden bereikt, zoals in de techniek welbekend is.

De werkwijze van de uitvinding is bijzonder geschikt voor het vormen van aërodynamische structuren met samengestelde kromming, zoals turbinebladen of aërodynamische statorvlakken voor turbines en compressoren en integralen bladschijven, waarbij vaak sterk gekromde oppervlakten, grote sterkte en stijfheid, laag gewicht en toegankelijkheid voor inspectie van de kern in een vroeg stadium van vervaardiging nodig zijn. Dit wordt afgeheeld in figuren 6-9.

Voorlopige vorm 24 wordt eerst gedraaid in een vorm, die nagenoeg overeenkomt met de samengestelde kromming van het inwendige holle gedeelte of zak 42 van aërodynamisch vlak 40. De aldus gedraaide kern is aangegeven met 44 en bevindt zich tussen boven- en onderhelften respectievelijk 46, 48, ook aangeduid als boven- en onderhuiden van aërodynamisch vlak 40. Volgens de uitvinding worden boven- en onderhuiden 46, 48 door diffusiebinding samengevoegd langs hun congruente omtreksoppervlakken 50, 52 en de holte of zak 42 tussen hen (die zich bij voorkeur gelijk in beide huiden uitstrekt) wordt volledig gevuld met cellenkern 44, die ter opvulling van dit volume geëxpandeerd is en door diffusiebinding langs zijn buitenoppervlak volledig wordt gebonden aan de overeenkomstige binnenopper-vlakken van de aërodynamische huiden.

Afhankelijk van de mate van samengestelde kromming in het aërodynamische vlak, kan het de voorkeur verdienen de voorlopige vorm in een persvorm eerst enige mate van kromming te verlenen, die alle, of slechts een aanzienlijke fractie kan bedragen van de uiteindelijke vereiste kromming, waarbij de rest wordt verkregen doordat de aërodynamische huiden zelf als persvormen dienen. Indien slechts een geringe mate van samengestelde kromming vereist is, kan deze eventueel aan de voorlopige vorm worden gegeven door de aërodynamische huiden zelf, zonder dat men één of meer voorlopige persvormingen nodig heeft teneinde de gewenste samengestelde kromming steeds verder te bereiken.

Figuur 6 is een perspectief aanzicht, dat een persvorm 56 laat zien met bovenste en onderste tafels 58, 60, die tussen hen een gewoon omtreksoppervlak 52 bepalen, wanneer de persvormhelften zijn aangepast aan de mate van draaiing, of samengestelde kromming, die men bij de bepaalde persvormtrap wenst te bereiken. Voorlopige vorm 24 wordt schematisch weergegeven tussen tafels 58 en 60, terwijl buis 14 zich nog op zijn plaats bevindt teneinde het inwendige van voorlopige vorm 24 onder druk te kunnen brengen. In een oven wordt voorlopige vorm 24 eerst met een inert gas onder druk gebracht tot een paar p.s.i. teneinde "kinken" of scherp buigen van de voorlopige vorm bij het kromme te vermijden. De persvormhelften of tafels 58, 60 worden dan om de voorlopige vorm gesloten bij een temperatuur binnen zijn superplastische trajekt, zodat de voorlopige vorm de gewenste buiging aanneemt. Persvorm 56 kan een persvorm met open holte zijn, eenvoudig voor het buigen van de voorlopige, of kan een persvorm met gesloten holte zijn, waarvan het binnenoppervlak het gewenste buitenoppervlak bepaalt van de door opblazen van voorlopige vorm 24 te vormen kern. Dit kan de uiteindelijk gewenste vorm voor de kern zijn, of kan een aanzienlijke fractie zijn van, maar minder dan de gewenste mate van opblazing. Hoewel enige mate van opblazing kan worden bereikt alvorens de kern alle, of nagenoeg alle draaiing verkregen heeft, houdt men de mate van opblazing bij voorkeur beneden die, waarbij de zijwanden van de cellen aan elkaar beginnen te binden, totdat de uiteindelijke mate van draaiing is bereikt. Dit voorkomt, dat men de kern verdraait, nadat de zijwanden reeds gebonden zijn, wat ze verstoort en ongelijkmatige dikte van de cellen binnen de kern veroorzaakt. Voor sterke maten van samengestelde kromming, kan men een reeks achtereenvolgende persvormen gebruiken.

Opgeblazen kern 44 wordt daarna tussen thermo-dynamische helften 46, 48 geplaatst en de resulterende sandwich wordt samengeperst bij temperaturen in het superplastische gebied van zowel de kern als de huiden. De vervaardiging van aërodynamische huiden 46, 48 kan op elke bekende wijze geschieden, bijvoorbeeld door een combinatie van bewerken en heet vormen. Zij zijn bij voorkeur vervaardigd uit dezelfde legering als of uit een legering die verenigbaar is met de kern. In huid 48 wordt een zelfde kanaal 65 als kanaal 64 aangebracht voor het leveren van gascommunicatie tussen de inwendige volumina, die worden gevormd tussen kern 44 en de respectievelijke huiden, zodat er binnen dit volume een vacuüm kan worden opgewekt teneinde volledige binding tussen het oppervlak van kern 44 en de overeenkomstige binnenoppervlakken van huiden 46, 48 te bereiken. Dit kan op verschillende wijzen geschieden als zal worden beschreven. Buis 14 wordt via kanaal 64 op zijn plaats gelaten teneinde een gasweg te leveren voor het onder druk brengen van het inwendige van kern 44 teneinde deze op te blazen tot volledige vulling van het volume, dat bepaald wordt tussen aërodynamische helften 46, 48. Nadat de structuur is gevormd, kunnen de buizen worden verwijderd en kunnen de overblijvende kleine gaten desgewenst worden afgestopt of dichtgelast.

Er worden twee werkwijzen beschreven voor het vormen van het substelsel van de twee aërodynamische helften en kern 44 tot een aërodynamisch geheel. Bij de ene werkwijze worden de trappen uitgevoerd in een vacuüm-persvorm, die de vereiste temperatuur levert en een pers voor het uitoefenen van mechanische druk op de passende omtrekken 50, 52 van de aërodynamische huiden onder vacuüm-omstandigheden. Het driedelige substelsel wordt in een vacuüm-persvorm geplaatst en buis 14 wordt verbonden met een bron van inerte gasdruk, die de cellen van de kern kan opblazen. Bij temperatuur wordt de persvorm gesloten voor het uitoefenen van een ongeveer 5% opzet mechanische druk aan omtrekken 50, 52 van de huiden en wordt er via buis 14 inwendige gasdruk uitgeoefend voor het opblazen van kern 44 tegen de inwendige zakwanden van de aërodynamische huiden. Bij een 5% opzet en een temperatuur tussen ongeveer 1675°F en 1725°F, kan men het vormen en binden in ongeveer 2 uur uitvoeren voor een kenmerkende bladstructuur als getoond in figuren 7-9. Het door de pers geleverde vacuüm ligt bij voorkeur tussen ongeveer 10*4 en 10’6 Torr. In huid 48 wordt een kanaal 65 aangebracht teneinde het door de pers geleverde vacuüm in verbinding te brengen met de inwendige volumes tassen kern en respectievelijke huiden. Een dergelijk kanaal kan worden aangebracht in één of elk van beide op elkaar passende aërodynamische huiden en men kan desgewenst meer dan één dergelijk kanaal aanbrengen. Eventueel kunnen aërodynamische huiden 46, 48 om hun omtrek worden vastgelast en onder vacuüm worden gebracht teneinde een vacuümkamer te vormen, waardoor binding kan plaatshebben in een hete pers in plaats van in een duurdere vacuümoven. Het is voor dit doel goed een in kanaal 5 gelaste buis 67 aan te brengen, die in verbinding kan worden gebracht met een passende vacuümbron van 10‘4-10*6 Torr. Dit kan geschieden door buis 67 met een vacuümbron te verbinden alvorens het substelsel in een pers wordt geplaatst en de buis af te dichten, zodat het gewenste vacuüm gedurende de gehele verhittingsgang wordt gehandhaafd, zonder dat men het vacuüm in de pers behoeft op te krikken. De kern wordt daarna bij diffusiebindingstemperaturen opgeblazen en gevuld en bindt de zak binnen de aërodynamische huiden. Merk op, dat reeds is gezegd, dat op-blazing moet geschieden met een inert gas, zoals argon, teneinde de vorming te vermijden van oxyden en andere verontreinigingen, die niet gemakkelijk kunnen worden verwijderd.

De tijd, waarin de kern onder druk moet worden gehouden teneinde de cellen op te blazen, ligt voor de hand en hangen af van gasdruk, de bepaalde gebruikte legering, de dikte van de platen en de geometrie van de betrokken voorlopige vorm. Merk op, dat gaskanalen of -buizen bij voorkeur langs route 69 van het aërodynamische vlak worden gevoerd, als getoond in figuur 8, of door de punt, zodat zij geen gebieden doorsteken, die onderworpen kunnen zijn aan dwarsspanningsstijging.

Figuren 8 en 9 tonen het volledige aërodynamische vlak met aan elkaar gebonden huiden, die kern 44 omsluiten en binden. Van belang is, dat de tafel en vervolgens kern 44 beschikbaarzijn voor inspectie met allerlei gebruikelijke proefmethoden, alvorens deze wordt ingekapseld in het aërodynamische vlak, waardoor men bindingen en structurele samenhang van de kern tijdens elk stadium van de werkwijze kan inspecteren. Juiste inspectie op deze wijze maakt het onwaarschijnlijk, dat een onjuist gebonden of gevormde kern met een aërodynamisch vlak kan worden verbonden, wat onnodige kosten vermijdt ten gevolge van mislukkingen en een grotere mate van structurele samenhang en veiligheid oplevert dan mogelijk is met werkwijzen, die geen dergelijke vroege, direkte inspectie toelaten.

Merk op, dat twee of meer cellenkernen volgens de uitvinding samen kunnen worden gebonden ter verkrijging van wapenings structuren met grotere diepte of een andere vorm dan uitvoerbaar of wenselijk zijn met één enkele kern alleen.

Claims (38)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een cellenstructuur, met het kenmerk, dat men (a) tenminste één metaalplaat neemt, die super-plastische vorming kan ondergaan, (b) druk uitoefent voor het opzetten van deze plaat langs een lintoppervlak, dat in zijn tussenruimten een reeks veelhoekige holten omsluit, die onderling met elkaar verbonden zijn door verhevenheden in het lintoppervlak, welke druk voldoende is voor het verminderen van de dikte van de plaat langs het lintoppervlak met enige % en tot ongeveer 10%, welke druk men bij een voldoende temperatuur en gedurende een voldoende tijd uitoefent om het metaal te laten vloeien in de gebieden van de veelhoekige holten en daarin kussens te vormen, die onderling zijn verbonden door kanalen, die met de verhevenheden overeenkomen, welke kussens en kanalen zijn verheven ten opzichte van het lintoppervlak.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de temperatuur voor het superplastisch maken van de metaalplaten voldoende is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat men de twee metaalplaten tegenover elkaar plaatst en de druk om ze op te zetten levert met tenminste één tafel, die het lintoppervlak vormt en een tegenover liggend oppervlak, welke tafel en welk tegenover liggend oppervlak tegen positieve stoppen naar elkaar toe gebracht worden tot een scheiding, die overeenkomt met de vermindering in dikte.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het tegenover liggende oppervlak een plat oppervlak is.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het tegenover liggende oppervlak een tweede tafel is, die een tweede lintoppervlak vormt, dat overeenkomt met het eerste lintoppervlak van eerstgenoemde tafel, welke tafels overeenkomstige verhevenheden hebben, zodanig, dat de twee metaalplaten, die onderhevig zijn aan een dergelijke opzetdruk tussen hen, kussens vormen, die in tegenovergestelde richtingen verheven zijn onder vorming van een netwerk van cellen, die onderling verbonden worden door kanalen, die toegankelijk zijn door een opening aan de omtrek van de platen.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het lintoppervlak een nagenoeg constante breedte tussen ongeveer 1/32 en 1/8 inch heeft, waarbij alle randen van de tafels, die het lintoppervlak vormen, voldoende zijn afgerond om scherpe hoeken te vermijden, die ongewenste spanning in de metaalplaten kunnen veroorzaken.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de veelhoekige holten zeshoeken, achthoeken, tienhoeken of twaalfhoeken zijn.

8. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat men de metaalplaten voldoende lang op genoemde temperatuur houdt om ze langs hun lintoppervlakken diffusie te binden.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat men alvorens de platen voor diffusiebinding lang genoeg op genoemde temperatuur te houden, langs hun omtrek samenbindt en voorziet van organen voor het in verbinding brengen van een gasdrukbron met het door de platen gevormde netwerk van cellen.

10. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men een paar genoemde metaalplaten langs hun lintoppervlakken en langs hun omtrek diffusie bindt onder vorming van een zodanige voorlopige vorm, dat de kussens van de respectievelijke platen een netwerk vormen van cellen, die onderling verbonden zijn door de kanalen, communicatieorganen voor het regelen van de gasdruk binnen het netwerk van cellen aanbrengt en via de communicatieorganen gasdruk op de cellen bij superplastische vormtem-peratuur uitoefent teneinde ze in volume te expanderen.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat men de cellen onder druk expandeert tegen een oppervlak, dat hun expansie beperkt.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat men de cellen zodanig laat expanderen, dat nagenoeg alle cellen aan tenminste één kant van het vlak van het lint diffusiegebonden worden aan naburige cellen onder vorming van een uit cellen bestaande wapeningsstructuur, die nagenoeg vrij is van holten tussen naburige cellen.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat men de holle kernwapeningsstructuur aan één of meer extra metalen onderdelen bindt ter vorming van een opgestijfde, gewapende structuur.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat men de één of meer extra metalen onderdelen zodanig diffusie-bindt aan de uiteinden van de cellen, dat nagenoeg het gehele celwandoppervlak van de cellen zonder holtendiffusiegebonden raakt aan naburige celwanden of de metalen onderdelen.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de één of meer metalen onderdelen nagenoeg de gehele uit cellen bestaande wapeningsstructuur omsluiten onder vorming van een holle gewapende kernstructuur.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de extra metalen onderdelen aërodynamische huiden zijn en de resulterende structuur een hol aërodynamisch vlak met gewapende kern is.

17. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat men de voorlopige vorm bij superplastische temperatuur tussen vormmatrijzen brengt, die zijn uitgevoerd voor het aanbrengen van een kromming in het vlak van de voorlopige vorm.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat men een positieve gasdruk in het netwerk van cellen brengt alvorens de voorlopige vorm met de vormmatrijzen te vervormen en de gasdruk na aanbrenging van een dergelijke kromming opvoert teneinde het volume van de cellen superplastisch te expanderen.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de vormmatrijzen zijn uitgevoerd voor het aanbrengen van een samengestelde kromming in de voorlopige vorm.

20. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat men de voorlopige vorm, bij superplastische vormtemperatuur, brengt tussen een paar aërodynamische huiden met daartussen een zak met samengestelde kromming, de cellen van de voorlopige vorm onder druk brengt, de voorlopige vorm in de zak binnen de aërodynamische huiden brengt en de huiden samenbrengt ter vorming van de voorlopige vorm tot een samengestelde kromming, die overeenkomt met die van de zak en de voorlopige vorm opblaast teneinde zijn buitenoppervlak aan te passen en diffusie te binden aan de binnenwanden van de huiden van de zak.

21. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat men de voorlopige vorm of binding en structurele samenhang inspecteert alvorens hem aan één of meer metalen onderdelen te binden.

22. Cellenstructuur, gekenmerkt door twee metaalplaten, die door diffusiebinding aan elkaar zijn bevestigd langs een lintoppervlak, dat in zijn tussenruimten een reeks veelhoekige cellen omsluit, die onderling worden verbonden door door de platen gevormde kanalen.

23. Cellenstructuur volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de cellen onder gasdruk bij superplastische temperatuur zijn geëxpandeerd.

24. Cellenstructuur volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de wanden van naburige cellen door diffusie-binding nagenoeg zonder holten aan elkaar zijn gebonden.

25. Cellenstructuur volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat de structuur een samengestelde kromming heeft.

26. Cellenstructuur volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat de cellenstructuur is ingebed in en gebonden is aan extra structuuronderdelen.

27. Cellenstructuur volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat de cellenstructuur ingebed is in en dif-fusiegebonden is aan aërodynamische huiden en daardoor een aërodynamisch vlak met holle kern en samengestelde kromming vormt.

28. Cellenstructuur, gevormd volgens de werkwijze van conclusie 1.

29. Cellenstructuur, gevormd volgens de werkwijze van conclusie 5.

30. Cellenstructuur volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat de veelhoekige gebieden in tenminste één streek van de structuur van verschillende afmetingen zijn.

31. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de afmeting van de veelhoekige gebieden in tenminste één streek van de structuur anders zijn dan de afmeting van de veelhoekige gebieden in andere streken van de structuur in verband met de spanningen, vibratieëxcita-ties of buigmomenten, waaraan men de structuur beoogt te onderwerpen. Verbetering van errata in de beschrijving behorende bij de octrooi-aanvrage_no.^_89-03133 voorgesteld door aanvrager_d.d. 23_mei_1990 Op blz. 9, regel 20 wordt "als" vervangen door: "of een rechthoek of een andere, onregelmatige". Op blz.12, regel 5. wordt de volgende passage toegevoegd: "Niet regelmatige veelhoeken kunnen worden gebruikt bij toepassingen, waarbij spanningsbelasting op het gevormde onderdeel geen gebruik van regelmatig gevormde veelhoekige cellen vereist. Zo is bijvoorbeeld een langwerpige, rechthoekige celvorm geschikt voor een aantal toepassingen met betrekkelijk lage spanning, zoals leidingwerken, bijvoorbeeld voor uitlaatsystemen en raamwerken." Op blz. 15, regel 16 wordt achter "vorm" toegevoegd: "(bijvoorbeeld regelmatig of onregelmatig)". Op blz. 29, regel 37 wordt achter "onderling" toegevoegd: "nagenoeg ononderbroken". Conclusies toe te voegen aan de beschrijving behorende bij de octrooiaanvrage no.: 89-03133 voorgesteld door aanvrager_d.d. 23 mei 1990 Na conclusie 31 worden de volgende conclusies toegevoegd:

32. Cellenstruktuur volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de veelhoekige gebieden als onregelmatige veelhoeken zijn gevormd.

33. Cellenstruktuur volgens conclusie 32, met het kenmerk, dat de onregelmatige veelhoeken langwerpige rechthoeken zijn.

34. Cellenstruktuur volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat de rechthoeken afgeronde hoeken hebben.

35. Cellenstruktuur volgens conclusie 32, met het ketimerk, dat de veelhoekige gebieden regelmatige en onregelmatige rechthoeken omvatten.

36. Cellenstruktuur volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de struktuur nagenoeg zonder gebruik van lassen is gevormd teneinde zijn gewicht vergeleken bij een overeenkomstige struktuur met dergelijke lassen te verminderen.

37. Cellenstruktuur volgens conclusie 22, met het kenmerk, « dat de struktuur nagenoeg zonder gebruik van een maskeermiddel is gevormd teneinde betrouwbare binding van de metaalplaten te vergemakkelijken.

38. Cellenstruktuur volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat het lintoppervlak een nagenoeg constante breedte heeft.