JP4541576B2 - Method for integrally forming superplastic metal - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、チタン合金等の超塑性金属を用いて航空機前縁部などを成形する場合に適した超塑性金属の一体成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
チタン合金等の超塑性金属を用いた航空機前縁部などの従来の成形方法は、図6に示すように、超塑性金属材のシート100a〜100dからなる積層体100のうちのコアシート100b,100cの適宜部位に接合防止材を塗布するなどして、同図では航空機前縁部の形状に成形する成形金型101の上金型101aと下金型101b間に、この積層体100を、その両端が挟持される態様でセットし、拡散接合等による接合工程これに続く超塑性成形工程により一体成形させるものである。尚、同図中の矢印は、超塑性成形されるとき、積層体100の膨張を表したものである。
【0003】
そして、成形後、図7に示すように、成形金型101に挟持された積層体100の両端、とりわけ端部102の方は、航空機前縁部103の先端部103aが形成されるところであり、したがって、離型後、先端部103aに付着している端部102を同図(B)のように切り取って、先端部103aをトリム加工及び手作業をして仕上げる。或いはまた、端部102を切り取る際に、図8に示すように、航空機前縁部103の先端部103aを含む適宜部位(同図(B)のX−Xで示す)で切り取って、切り取られた航空機前縁部103に、機械加工等によって製作された同形の部材104を溶接或いは打鋲などで付設する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記成形方法のうち、成形後にトリム加工及び手作業の追加工程で仕上げる方法では、当該追加工程による工数やコストの増加はもとより、航空機前縁部の先端部がトリム加工による突き合わせとなるためにこの部位での肉厚が十分確保できない場合があり、また、この部位での仕上がり具合によっては空力特性を損なう場合もあり得る。さらに、先端部の内側に鋭い切欠き状の窪みが形成されることが避けられず、この部分の機械的特性の低下が懸念される。
一方、同形の部材を溶接或いは打鋲する追加工程で対応する方法では、上記同様に追加工程による工数やコストの増加はもとより、溶接の熱による形状のゆがみ、打鋲のための専用治具を心配しなければならないし、また、溶接或いは打鋲後のこの部位での仕上がり具合によっては空力特性を損なう場合もあり得る。
【0005】
本発明の目的は、成形後に外表面に特別の追加工程を要せず、製造コストの低減が図れる超塑性金属の一体成形方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る超塑性金属の一体成形方法は、拡散接合する超塑性金属製シート材を複数枚積層して成形金型にセットし、拡散接合や液相拡散接合による接合工程これに続く超塑性成形工程により積層シート材を所望の形状部材に一体に成形する方法であり、成形金型内の所定位置に拡散接合する超塑性金属の他のシート材を配設し、この他のシート材の片面に、例えばTig溶接或いは拡散接合によって結合された積層シート材の一方端部を当接する態様で成形金型にセットし、超塑性成形工程時、他のシート材の片面が、供給ガス圧によって膨らむ積層シート材を介して、成形金型の形状に倣う態様で押接されるとともに、積層シート材と拡散接合により一体化されるようにしたものであり、かかる方法によれば、積層シート材の一方端部が他のシート材と共に成形金型の形状に倣って成形されるために、成形後に特別の追加工程を要せず、ほぼ仕上がり品の形態で成形され、工数的にもコスト的にも従来方法に比べ優れている。
【0007】
また、本発明の請求項2に係る超塑性金属の一体成形方法は、成形金型が上金型と下金型とで構成され、これら上金型と下金型間に積層シート材をセットするとともに、例えばセラミック接着剤等が塗布された金属箔や金属シートを固定し、この金属箔等に接着剤等を介して貼着された他のシート材を成形金型内に配設するようにしたもので、これにより、セット時に、他のシート材に対する積層シート材の一方端部の位置ずれ防止ができる。
尚、上記接着剤等は、成形後容易に取り除けるものが用いられる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の超塑性金属の一体成形方法に係る実施の形態を図1〜5を参照して説明する。
本成形方法に係る実施の形態は、航空機前縁部(所望の形状部材)を成形する場合のものであるが、このようなものに限らないことはもちろんである。
本成形方法による航空機前縁部の成形工程では、まず、図1に示すような状態で、積層体(積層シート材)1及び他のシート材2等が、航空機前縁部の形状に対応した成形金型3にセットされる。即ち、積層体1は、チタン合金(例えば、Ti−6AL−4V)の超塑性金属製材のシート材、本実施の形態では、シート1a〜1dの4枚を積層したものであるが、後の工程で超塑性成形加工を施すために、積層体1のコアシート1b,1cの各両面の適宜な位置に、イットリウムなどの接合防止材を塗布するか又はインサート材でメッキ処理する(尚、図1において、便宜上、シート1a〜1dは隙間を空けて描かれている)。
【0009】
因みに、例えば接合防止材塗布に際しては、同図に示すように、コアシート1bの上面の接合防止材の塗布域Pが、コアシート1cの上面の接合防止材の少なくとも一つの塗布域Qと側断面視互いに重なるように、更に、コアシート1cの上面の接合防止材の塗布域Qが、フェイスシート1dの上面の接合防止材の少なくとも一つの塗布域Rと側断面視互いに重なるようにする。そして、塗布域PとQが重なるところ、及び塗布域QとRが重なるところに、同図に示すように、少なくとも一つのガス孔が、コアシート1c,1dにそれぞれ穿設されていて、これにより、塗布域P〜Rがガス孔を通じて連通する。尚、本実施の形態では、シート1aの、当該シート1aがセットされる後述の上金型3aと下金型3b間の他方側で、シート1bの塗布域Pに通ずるところにガス孔1eが穿孔され、かかるガス孔1eは、上金型3aの他方側に設けられたガス給排孔3cに連通している。
【0010】
このような積層体1は、上述のように上金型3aと下金型3bとで構成される成形金型3に、これら上金型3aと下金型3b間にその端部を当接して挟持されてセットされるのであるが、本発明では、この成形金型3内に、例えばチタン合金の他のシート材2を配設し、この他のシート材2に当該積層体1の一方端部11を当接させ、その端部は成形金型3には直接当接させない態様でセットされるようになっている。即ち、上金型3aと下金型3b間の一方側(図1では左方側)に、例えばチタン合金の金属箔4を挟持し、挟持された側とは反対側の、成形金型3内に突出した当該金属箔4の折曲部4aに、セラミック接着剤5が塗布され、かかる接着剤5を介して貼着された他のシート材2が成形金型3内に配設される。
【0011】
そして、他のシート材2は、図2に示すように、幅狭の板状部材が湾曲加工されおり、このような他のシート材2の湾曲内壁(片面)2aの略中央に、例えばTig溶接或いは拡散接合によって結合された積層体1の一方端部11が当接する態様で成形金型3にセットされ、一方、積層体1の他方端部は、上金型3aと下金型3b間の他方側(同図では右方側)に、従来通りセットされる。
【0012】
このようにして成形金型3内にセットされた積層体1に対し、最初に、成形金型3の空間6,7内を不活性ガスで置換するとともに、上金型3aのガス給排孔3cを通じて塗布域P〜Rを真空引きした後、温度900〜920゜Cの加熱炉(図示せず)で加熱する。当該温度に達した後、空間6,7内の不活性ガス圧を所定圧に高めて、積層体1の各シート1a〜1dを拡散接合する。但し、各シート1a〜1d間における上記塗布域P〜Rでは、拡散接合が阻止される。拡散接合の完了後、空間6,7内の不活性ガスを排出する。
【0013】
そして、今度は、成形金型3のガス給排孔3cから積層体1の塗布域P〜Rに不活性ガスを供給して超塑性成形加工を施す。超塑性成形の加工条件は、温度900゜Cの下で、ガス圧力が歪速度10−3〜10−4/秒を得られるように設定することが好ましい。超塑性成形加工では、塗布域P〜Rに供給された不活性ガスによって積層体1が超塑性変形を起こし、成形金型3の空間6,7内に膨張する(図1の矢印で表している)結果、航空機前縁部の形状に対応した形状が形成される。このとき、成形金型3内の他のシート材2は、図3に示すように、積層体1の膨張に従って、同図(A)の状態から同図(B)の状態になって積層体1の最外面が他のシート材2に接触し、次第に積層体1によって他のシート材2の湾曲内壁2aが押し広げられて同図(C)の状態になる。そして、更に、積層体1が膨張し、他のシート材2は、成形金型3の内壁形状に倣うように押接されると同時に、積層体1との間で拡散接合されて同図(D)の状態になる。尚、上記金属箔4の折曲部4aもまた、同時に拡散接合される。
【0014】
超塑性成形加工後、加熱炉から取り出して、不活性ガスを排出し、航空機前縁部の成形品を成形金型3から離型すると、図4のような状態で成形品Aが得られる。このとき、航空機前縁部の成形品Aの先端部Bは、成形後に従来のような特別の追加工程を要せず、ほぼ仕上がり品の形態で得られる。ところで、上記成形品で、同図中、ハニカム構造を形成しているリブ8,9等は、当該形状に対応してコアシート1b,1cに塗布する接合防止材の塗布域P〜Rを、適宜な配置にすることによって定まる。尚、かかるリブ8,9等は、防氷ダクトなどに用いられるものである。そして、成形品の離型後、不要部位を削除したり、或いは適宜なバリ取り処理などしたりして最終の成形品、即ち、航空機前縁部が得られる。
【0015】
ところで、本発明のように他のシート材2を用いると、当該他のシート材2を複数枚重ねたり、その厚みを按配したりして、ある特定の部位、本実施の形態では、航空機前縁部の先端部Bを補強することが容易にでき、強度向上が得られる利点がある。
【0016】
【発明の効果】
本発明の超塑性金属の一体成形方法によれば、成形後に特別の追加工程を要せず、ほぼ仕上がり品の形態で得られ、工数的にもコスト的にも従来方法に比べ安価に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る超塑性金属の一体成形方法を実施する超塑性金属材の成形金型へのセット図である。
【図2】 図2の他のシート材の形状図である。
【図3】 本成形方法での超塑性加工工程の説明図である。
【図4】 本成形方法で成形金型から離型された成形品の側断面図である。
【図5】 従来の成形方法を実施する超塑性金属材の成形金型へのセット図である。
【図6】 従来の成形方法で成形された成形品の追加加工例の説明図である。
【図7】 従来の成形方法で成形された成形品の他の追加加工例の説明図である。
【符号の説明】
1 積層体(積層シート材)
1a〜1d シート
2 他のシート材
2a 湾曲内壁(片面)
3 成形金型
3a 上金型
3b 下金型
4 金属箔
5 接着剤
11 一方端部[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a method for integrally forming a superplastic metal suitable for forming an aircraft leading edge or the like using a superplastic metal such as a titanium alloy.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 6, a conventional forming method of an aircraft leading edge portion using a superplastic metal such as a titanium alloy is a core sheet 100b of a
[0003]
After the molding, as shown in FIG. 7, both ends of the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the conventional molding methods described above, in the method of finishing by trimming and an additional manual process after molding, not only the man-hour and cost of the additional process are increased, but also the leading edge of the aircraft leading edge is matched by the trim process. Therefore, there may be a case where a sufficient thickness cannot be secured at this portion, and the aerodynamic characteristics may be impaired depending on the finish at this portion. Furthermore, it is inevitable that a sharp notch-shaped depression is formed inside the tip portion, and there is a concern that the mechanical characteristics of this portion are deteriorated.
On the other hand, in the method corresponding to the additional process of welding or hammering the same shape member, not only the man-hours and cost of the additional process are increased, but also the shape distortion due to the heat of welding, and a dedicated jig for hammering are provided. You must be worried and the aerodynamic characteristics may be impaired depending on the finish at this part after welding or hammering.
[0005]
An object of the present invention is to provide a method for integrally forming a superplastic metal that does not require a special additional step on the outer surface after forming and can reduce the manufacturing cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a method of integrally forming a superplastic metal according to
[0007]
Also, in the method of integrally forming a superplastic metal according to
In addition, the said adhesive agent etc. which can be removed easily after shaping | molding are used.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment according to the method for integrally forming a superplastic metal of the present invention will be described with reference to FIGS.
The embodiment according to this molding method is for molding an aircraft leading edge portion (desired shape member), but is not limited to this.
In the aircraft leading edge molding step according to this molding method, first, in the state shown in FIG. 1, the laminate (laminated sheet material) 1 and the
[0009]
For example, when applying the anti-bonding material, as shown in the figure, the bonding area P of the anti-bonding material on the upper surface of the core sheet 1b is on the side of at least one application area Q of the anti-bonding material on the upper surface of the core sheet 1c. Further, the application region Q of the anti-bonding material on the upper surface of the core sheet 1c is overlapped with at least one application region R of the anti-bonding material on the upper surface of the face sheet 1d so as to overlap each other in cross-sectional view. As shown in the figure, at least one gas hole is formed in each of the core sheets 1c and 1d where the coating areas P and Q overlap and where the coating areas Q and R overlap. Thus, the coating areas P to R communicate with each other through the gas holes. In the present embodiment, the gas hole 1e is formed on the other side of the sheet 1a between the
[0010]
As described above, the
[0011]
Then, as shown in FIG. 2, the
[0012]
For the laminated
[0013]
Then, this time, an inert gas is supplied from the gas supply /
[0014]
After superplastic forming, the product is removed from the heating furnace, the inert gas is discharged, and the molded product at the front edge of the aircraft is released from the molding die 3 to obtain a molded product A in the state shown in FIG. At this time, the tip B of the molded product A at the front edge of the aircraft can be obtained in the form of a finished product without requiring a special additional step as in the prior art after molding. By the way, in the molded product, the ribs 8, 9 and the like forming the honeycomb structure in FIG. It is determined by appropriate arrangement. The ribs 8 and 9 are used for an anti-icing duct or the like. Then, after the molded product is released from the mold, unnecessary parts are deleted or an appropriate deburring process is performed to obtain the final molded product, that is, the aircraft leading edge.
[0015]
By the way, when another
[0016]
【The invention's effect】
According to the method for integrally forming a superplastic metal of the present invention, a special additional process is not required after forming, and it can be obtained almost in the form of a finished product and can be manufactured at a lower cost than conventional methods in terms of man-hour and cost. .
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a set view of a superplastic metal material on a molding die for performing a superplastic metal integral molding method according to an embodiment of the present invention.
2 is a shape diagram of another sheet material of FIG. 2. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a superplastic processing step in the present forming method.
FIG. 4 is a side sectional view of a molded product released from a molding die by the present molding method.
FIG. 5 is a set view of a superplastic metal material to a molding die for performing a conventional molding method.
FIG. 6 is an explanatory view of an example of additional processing of a molded product molded by a conventional molding method.
FIG. 7 is an explanatory view of another additional processing example of a molded product molded by a conventional molding method.
[Explanation of symbols]
1 Laminate (Laminated sheet material)
1a to
3
Claims (2)
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