JP6789887B2 - How to mold composite blades - Google Patents
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Description
本発明は、複合材翼の成形方法に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a composite blade.
従来、複合材翼として、翼端から翼根へ向かって延在する翼形部を有するガスタービン翼が知られている（例えば、特許文献１参照）。翼形部は、表面凹みが形成された金属部と、金属部の表面凹みに設けられるフォーム部と、を有し、金属部及びフォーム部は、複合材表皮によって囲まれて、複合材表皮に接合される。また、翼形部には、複合材表皮を覆う壊食被覆が設けられている。 Conventionally, as a composite blade, a gas turbine blade having a blade-shaped portion extending from the blade tip to the blade root is known (see, for example, Patent Document 1). The airfoil portion has a metal portion having a surface recess formed therein and a foam portion provided in the surface recess of the metal portion, and the metal portion and the foam portion are surrounded by the composite skin to form a composite skin. Be joined. Further, the airfoil portion is provided with an erosion coating that covers the skin of the composite material.
ところで、複合材翼には、翼の形状、特に、翼の表面形状に対して、精度の高い寸法精度が求められる。特許文献１に記載の複合材翼は、複合材表皮の内部が金属部であることから、金属部と複合材表皮とを一体に成形する場合には、複合材表皮の外側に成形型を配置すると共に、複合材表皮の内部に金属部を配置することが考えられる。また、金属部と複合材表皮とを別体に成形する場合には、複合材表皮を精度よく成形した後、成形された複合材表皮の内部空間の形状に合わせて、金属部を精度よく加工することが考えられる。
By the way, the composite blade is required to have high dimensional accuracy with respect to the shape of the blade, particularly the surface shape of the blade. In the composite material blade described in
しかしながら、金属部と複合材表皮とを一体に成形する場合、複合材表皮の内部から外側に向かって加圧することができないため、複合材表皮の表面形状を精度よく成形することが難しい場合がある。また、複合材表皮への加圧が行われない場合、複合材表皮の成形時において、複合材表皮の内部に発生するボイドの形成を抑制することが困難となる。一方、金属部と複合材表皮とを別体に成形する場合、金属部を精度良く加工する必要があることから、金属部の加工コストが高くなってしまい、複合材翼の製造コストの抑制を図ることが困難となる。また、いずれの場合においても、複合材翼の内部を金属部とすることから、軽量化を図ることが困難となり、複合材翼の長所である軽量化のメリットが低下してしまう。 However, when the metal part and the composite material skin are integrally molded, it may be difficult to accurately mold the surface shape of the composite material skin because the pressure cannot be applied from the inside to the outside of the composite material skin. .. Further, when the pressure is not applied to the composite material skin, it becomes difficult to suppress the formation of voids generated inside the composite material skin during molding of the composite material skin. On the other hand, when the metal part and the composite material skin are molded separately, the metal part needs to be processed with high accuracy, which increases the processing cost of the metal part and suppresses the manufacturing cost of the composite material blade. It becomes difficult to plan. Further, in any case, since the inside of the composite material blade is a metal portion, it becomes difficult to reduce the weight, and the merit of weight reduction, which is an advantage of the composite material blade, is reduced.
そこで、本発明は、軽量化を図りつつ、寸法精度及び品質の高い複合材翼を容易に成形することができる複合材翼の成形方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a composite material blade capable of easily forming a composite material blade having high dimensional accuracy and high quality while reducing the weight.
本発明の複合材翼の成形方法は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、前記背側部位を成形するための背側成形型に前記強化繊維基材を積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記強化繊維基材を積層して腹側積層体を形成する積層工程と、前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備えることを特徴とする。 The method for molding a composite wing of the present invention is a method for molding a composite wing made of a composite material by curing a reinforcing fiber base material in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin. The material wing is joined by superimposing a dorsal part that is a dorsal part and a ventral part that is a ventral side, and the reinforcing fiber base material is placed in a dorsal molding die for molding the dorsal part. A laminating step of laminating to form a dorsal laminate and laminating the reinforcing fiber base material on a ventral molding die for molding the ventral portion to form a ventral laminate, and the dorsal lamination. The dorsal molding die and the ventral molding die are molded so that the body and the ventral laminate overlap each other, and the dorsal laminate and the ventral laminate are overlapped with each other. By arranging the foaming agent in the internal space and heating the foaming agent to expand the foaming agent, the dorsal laminate and the ventral laminate can be molded from the inside. It is characterized by comprising a curing step of pressurizing toward the ventral molding mold and heating and curing the dorsal laminate and the ventral laminate.
この構成によれば、背側積層体と腹側積層体とを重ね合わせて形成された内部空間に、発泡剤を配置して膨張させることで、背側積層体を背側成形型へ向かって加圧すると共に、腹側積層体を腹側成形型へ向かって加圧することができる。このため、背側積層体及び腹側積層体を、背側成形型及び腹側成形型に倣って成形することができるため、寸法精度のよい表面形状となる複合材翼を成形することができる。また、背側積層体及び腹側積層体を背側成形型及び腹側成形型へ向かって加圧することにより、ボイドをつぶすことができるため、ボイドの形成を抑制することができ、品質の高い複合材翼を成形することができる。このとき、従来のように金属部を用いることがないため、複合材翼の軽量化を図ることができ、また、金属部を加工する必要もないことから、複合材翼の成形を容易に行うことができる。 According to this configuration, the dorsal laminate is added toward the dorsal molding by arranging and expanding the foaming agent in the internal space formed by superimposing the dorsal laminate and the ventral laminate. Along with pressing, the ventral laminate can be pressurized towards the ventral molding. Therefore, since the dorsal laminate and the ventral laminate can be molded following the dorsal molding die and the ventral molding die, it is possible to form a composite wing having a surface shape with good dimensional accuracy. .. Further, by pressurizing the dorsal laminate and the ventral laminate toward the dorsal molding die and the ventral molding die, the voids can be crushed, so that the formation of voids can be suppressed and the quality is high. Composite blades can be molded. At this time, since the metal portion is not used as in the conventional case, the weight of the composite blade can be reduced, and since it is not necessary to process the metal portion, the composite blade can be easily formed. be able to.
また、前記発泡剤は、加熱されることで発泡する発泡成分と、加熱されることで硬化する樹脂成分と、を含み、前記発泡成分が発泡を開始する発泡温度をＴｆとし、前記樹脂成分が硬化する硬化温度をＴｍとし、前記強化繊維基材に含まれる前記樹脂が硬化する硬化温度をＴｃとすると、前記硬化工程では、前記発泡剤の前記発泡成分、前記発泡剤の前記樹脂成分及び前記強化繊維基材の前記樹脂が、「Ｔｆ＜Ｔｃ≦Ｔｍ」となるものが用いられることが、好ましい。 Further, the foaming agent contains a foaming component that foams when heated and a resin component that cures when heated, and the foaming temperature at which the foaming component starts foaming is defined as T f , and the resin component. When the curing temperature at which is cured is T m and the curing temperature at which the resin contained in the reinforcing fiber base material is cured is T c , in the curing step, the foaming component of the foaming agent and the resin of the foaming agent are used. It is preferable that the component and the resin of the reinforcing fiber base material have "T f <T c ≤ T m ".
この構成によれば、硬化工程において、発泡剤の樹脂成分及び強化繊維基材の樹脂が硬化する前に、発泡剤の発泡成分が発泡する。発泡成分が発泡すると、発泡成分によって硬化前の樹脂成分が膨張する。このため、硬化前の背側積層体及び腹側積層体は、発泡剤によって、背側成形型及び腹側成形型へ向かって好適に加圧される。そして、発泡成分の発泡後、強化繊維基材の樹脂が先に、または、発泡剤の樹脂成分及び強化繊維基材の樹脂が同時に硬化することで、背側積層体及び腹側積層体は、発泡剤により加圧された状態で硬化する。そして、強化繊維基材の樹脂の硬化後、または、強化繊維基材の樹脂の硬化と同時に、発泡剤の樹脂成分が硬化することで、発泡剤は、背側積層体及び腹側積層体と一体となる。このような硬化工程により、背側積層体及び腹側積層体を加圧した状態で好適に硬化させることできるため、ボイドの形成をより好適に抑制しつつ、寸法精度及び品質のより高い複合材翼を成形することができる。 According to this configuration, in the curing step, the foaming component of the foaming agent foams before the resin component of the foaming agent and the resin of the reinforcing fiber base material are cured. When the foamed component foams, the resin component before curing expands due to the foamed component. Therefore, the dorsal laminate and the ventral laminate before curing are suitably pressurized toward the dorsal molding mold and the ventral molding mold by the foaming agent. Then, after the foaming component is foamed, the resin of the reinforcing fiber base material is cured first, or the resin component of the foaming agent and the resin of the reinforcing fiber base material are simultaneously cured, so that the dorsal laminated body and the ventral laminated body are formed. It cures under pressure from a foaming agent. Then, after the resin of the reinforcing fiber base material is cured, or at the same time as the resin of the reinforcing fiber base material is cured, the resin component of the foaming agent is cured, so that the foaming agent becomes the dorsal laminated body and the ventral laminated body. Become one. By such a curing step, the dorsal laminate and the ventral laminate can be suitably cured in a pressurized state, so that the composite material having higher dimensional accuracy and quality while more preferably suppressing the formation of voids. The wings can be molded.
また、前記発泡剤は、繊維成分をさらに含むことが、好ましい。 Further, it is preferable that the foaming agent further contains a fiber component.
この構成によれば、繊維成分を含むことで、発泡成分による発泡をムラのない安定した発泡形態とすることができる。 According to this configuration, by including the fiber component, foaming by the foaming component can be made into a stable foaming form without unevenness.
また、前記型合わせ工程では、前記内部空間の空間体積に対する前記発泡剤の充填率と、前記発泡材の発泡倍率とを乗算した値が、１．２よりも大きいことが、好ましい。 Further, in the mold matching step, it is preferable that the value obtained by multiplying the filling rate of the foaming agent with respect to the space volume of the internal space by the foaming ratio of the foaming material is larger than 1.2.
この構成によれば、発泡剤の膨張により、背側積層体及び腹側積層体を好適に加圧することができる。 According to this configuration, the dorsal and ventral laminates can be suitably pressurized by the expansion of the foaming agent.
また、前記型合わせ工程では、前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向において、前記内部空間の翼幅方向長さが、前記複合材翼の翼幅方向の全長に対して、３０％から８０％となることが、好ましい。 Further, in the mold matching step, the length in the blade width direction of the internal space is the total length in the blade width direction of the composite material blade in the blade width direction which is the direction connecting the front edge side and the trailing edge side of the composite material blade. On the other hand, it is preferably 30% to 80%.
この構成によれば、適切な大きさの内部空間に対して発泡剤を配置することができるため、発泡剤の膨張による背側積層体及び腹側積層体への加圧を適切に行うことができる。 According to this configuration, the foaming agent can be arranged in an internal space of an appropriate size, so that the dorsal and ventral laminates can be appropriately pressurized by the expansion of the foaming agent. it can.
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. In addition, the components in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same. Further, the components described below can be appropriately combined, and when there are a plurality of embodiments, the respective embodiments can be combined.
［本実施形態］
本実施形態に係る複合材翼１０の成形方法は、強化繊維及び樹脂からなる複合材を用いて翼を成形する方法である。複合材翼１０としては、例えば、ガスタービンまたはガスタービンエンジン等に用いられる動翼または静翼が適用可能である。なお、本実施形態では、複合材翼１０として、動翼に適用して説明するが、複合材翼１０の成形方法は、静翼にも適用可能である。
[The present embodiment]
The method for molding the
図１は、本実施形態に係る複合材翼の成形方法により成形される複合材翼を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係る複合材翼の薄肉部分を模式的に示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本実施形態に係る複合材翼の厚肉部分を模式的に示す断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は、本実施形態に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤の説明図である。図５は、発泡剤の発泡倍率及び充填率に応じて変化する複合材翼の内部空間における圧力のグラフである。図６は、複合材翼の内部空間における圧力に応じて変化する各積層体の内部のボイド率のグラフである。図７は、本実施形態に係る複合材翼の成形方法に関する説明図である。 FIG. 1 is a plan view schematically showing a composite material blade formed by the method for forming a composite material blade according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a thin-walled portion of the composite material blade according to the present embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a thick portion of the composite material blade according to the present embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. FIG. 4 is an explanatory view of a foaming agent used in the method for forming a composite material blade according to the present embodiment. FIG. 5 is a graph of the pressure in the internal space of the composite blade, which changes according to the foaming ratio and the filling rate of the foaming agent. FIG. 6 is a graph of the void ratio inside each laminate, which changes according to the pressure in the internal space of the composite blade. FIG. 7 is an explanatory view of a method for forming a composite material blade according to the present embodiment.
先ず、複合材翼１０の成形方法の説明に先立ち、複合材翼１０について説明する。図１に示すように、複合材翼１０は、動翼となっており、固定端となる翼根側から自由端となる翼頂側に向かって延在している。ここで、翼根側と翼頂側とを結ぶ方向が、翼長方向となっており、図１に示すＬ方向となっている。また、複合材翼１０は、図１の翼長方向に直交する方向の一方側が前縁側となっており、他方側が後縁側となっている。そして、前縁側と後縁側とを結ぶ方向が、翼幅方向となっており、図１に示すＷ方向となっている。
First, prior to the description of the molding method of the
また、図２及び図３に示すように、複合材翼１０は、翼幅方向に亘って湾曲して形成されており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凸となる側が背側となっており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凹となる側が腹側となっている。ここで、背側と腹側とを結ぶ方向が、翼厚方向となっており、図２及び図３に示すＴ方向となっている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the
複合材翼１０は、翼厚方向における厚さが、翼根側において厚肉となっており、翼頂側に向かうにつれて薄肉に形成されている。このため、複合材翼１０は、図２に示すように、翼頂側において翼厚方向における厚さが薄い薄肉部分１０ａとなっており、図３に示すように、翼根側において翼厚方向における厚さが厚い厚肉部分１０ｂとなっている。
The thickness of the
この複合材翼１０は、軸中心に回転するローターの外周に、所定の間隔を空けて、周方向に複数並べて設けられている。そして、複合材翼１０同士の間を、流体が前縁側から後縁側に向かって流通する。
A plurality of the
図２及び図３に示すように、複合材翼１０は、背側の部位である背側翼部材（背側部位）１２と、腹側の部位である腹側翼部材（腹側部位）１４と、背側翼部材１２と腹側翼部材１４とにより形成される内部空間２０に設けられる発泡剤１６とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
背側翼部材１２は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材としてのプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。背側翼部材１２は、後述する背側成形型３２によって成形される。背側翼部材１２は、複合材翼１０の外表面が凸となる湾曲形状に形成されている。また、背側翼部材１２は、複合材翼１０の内面が凹となる湾曲形状に形成されており、内部空間２０を構成する内面の一部となっている。
The
腹側翼部材１４は、背側翼部材１２と同様に、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材としてのプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。腹側翼部材１４は、後述する腹側成形型３４によって成形される。腹側翼部材１４は、複合材翼１０の外表面が凹となる湾曲形状に形成されている。また、腹側翼部材１４は、複合材翼１０の内面が凸となる湾曲形状に形成されており、内部空間２０を構成する内面の一部となっている。
Similar to the
そして、背側翼部材１２の翼幅方向における両端部と、腹側翼部材１４の翼幅方向における両端部とは、複合材翼１０の翼厚方向の中心を含む面となる中立面Ｐにおいて接合されている。また、背側翼部材１２の翼幅方向における両端部の間の内面と、腹側翼部材１４の翼幅方向における両端部の間の内面とは、中立面Ｐに対して外表面側に離れて形成されており、これらの内面によって内部空間２０が形成されている。この内部空間２０は、複合材翼１０の翼根側において大きく、複合材翼１０の翼頂側に向かうにつれて小さくなる。
Then, both ends of the
なお、本実施形態では、強化繊維基材としてプリプレグを用いたが、強化繊維及び樹脂を含むものであればよい。例えば、強化繊維としては、炭素繊維の他、ガラス繊維及びアラミド繊維を適用してもよく、これらに限定されず、プラスチック繊維又は金属繊維であってもよい。また、樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、強化繊維に含浸される樹脂は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。 In the present embodiment, the prepreg is used as the reinforcing fiber base material, but any material containing reinforcing fibers and resin may be used. For example, as the reinforcing fiber, glass fiber and aramid fiber may be applied in addition to carbon fiber, and the reinforcing fiber is not limited to these, and may be plastic fiber or metal fiber. The resin is preferably a thermosetting resin, but may be a thermoplastic resin. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, polyester resin and vinyl ester resin. Examples of the thermoplastic resin include polyamide resin, polypropylene resin, ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin, polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), and polyphenylene sulfide (PPS). However, the resin impregnated in the reinforcing fiber is not limited to these, and other resins may be used.
発泡剤１６は、内部空間２０に充填されている。この発泡剤１６は、発泡前に内部空間２０に配置され、この後、加熱されて発泡することで、内部空間２０に充填される。図４に示すように、発泡剤１６は、樹脂成分２５と、発泡成分２６と、繊維成分２７とを含んで構成されている。樹脂成分２５は、加熱されることで硬化するものであり、強化繊維基材に含まれる樹脂と同じものとしてもよい。発泡成分２６は、加熱されることで発泡するものであり、例えば、加熱されることで発泡成分２６が炭酸ガス等となり樹脂成分２５内に気泡２８を生じさせている。繊維成分２７は、発泡成分２６による発泡をムラのない安定した発泡形態となるように添加される。
The foaming
発泡剤１６は、図４の左側に示す状態が発泡前の状態であり、発泡前の状態となる発泡剤１６を加熱し、気泡２８を発生させることで、発泡剤１６の容積を膨張させ、また、容積が膨張した後、樹脂成分２５が硬化する。
The foaming
ここで、発泡剤１６及びプリプレグに係る温度について説明する。発泡剤１６の発泡成分２６が発泡を開始する発泡温度をＴｆとし、発泡剤１６の樹脂成分が硬化する硬化温度をＴｍとし、プリプレグの樹脂が硬化する硬化温度をＴｃとする。この場合、発泡温度Ｔｆ、硬化温度Ｔｍ、及び硬化温度Ｔｃの温度の関係は、「Ｔｆ＜Ｔｃ≦Ｔｍ」となっている。このため、発泡剤１６及びプリプレグの加熱時において、先ず、発泡剤１６の発泡成分２６が発泡する。この後、発泡剤１６が硬化する前にプリプレグが硬化するか、または発泡剤１６とほぼ同時にプリプレグが硬化する。これは、プリプレグの前に発泡剤１６が硬化してしまうと、プリプレグに含まれる硬化前の樹脂が流動することにより、発泡剤１６による背側翼部材１２及び腹側翼部材１４への加圧が不均一となる可能性があるためである。
Here, the temperature related to the
ここで、図５及び図６を参照して、発泡前の発泡剤１６の配置について説明する。上記したように、発泡前の発泡剤１６は、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４により形成される内部空間２０に配置される。発泡前の発泡剤１６は、内部空間２０の空間体積に対する発泡剤の充填率と、発泡剤の発泡倍率とを乗算した値が、１．２よりも大きくなるように、内部空間２０に配置される。ここで、発泡倍率とは、（大気圧中で発泡させたときの発泡剤体積）／（発泡前の発泡剤体積）で表される。図５及び図６では、一例として、発泡倍率が２．０のものを使用していることから、充填率は、６０％よりも大きくなる。また、発泡前の発泡剤１６は、発泡剤の充填率と発泡剤の発泡倍率とを乗算した値が、１．５以上となることがより好ましい。図５は、その横軸が発泡剤の充填率と発泡倍率とを乗算した値となっており、その縦軸が内部空間２０の内部の圧力となっている。発泡剤の充填率と発泡倍率とを乗算した値が１．２よりも大きい場合、内部空間２０の内部の圧力が１．０ａｔｍ以上となる。また、図５に示すように、発泡剤の充填率と発泡倍率とを乗算した値が１．５以上となると、内部空間２０の内部に圧力が２．０ａｔｍ以上となる。図６は、その横軸が内部空間２０の内部の圧力となっており、その縦軸が背側翼部材１２及び腹側翼部材１４の内部に発生するボイドの割合であるボイド率となっている。図６に示すように、内部空間２０の内部の圧力が１．０ａｔｍ以上となると、ボイド率が１．０％以下となり、内部空間２０の内部の圧力が２．０ａｔｍ以上となると、ボイド率が０．７％以下（１．０％未満）となる。このため、内部空間２０の空間体積に対する発泡剤の充填率と、発泡剤の発泡倍率とを乗算した値が、１．２よりも大きければ、ボイド率を１．０％以下とすることができる。
Here, the arrangement of the foaming
なお、発泡前の発泡剤１６は、翼幅方向において、翼幅方向長さが、複合材翼１０の翼幅方向の全長に対して、３０％から８０％となる範囲の内部空間２０に配置されてもよく、この範囲に特に限定されない。ここで、複合材翼１０の翼幅方向の全長に対して、内部空間２０の翼幅方向長さが３０％となる部位は、図２に示す薄肉部分１０ａであり、内部空間２０の翼幅方向長さが８０％となる部位は、図３に示す厚肉部分１０ｂである。
The foaming
次に、図７を参照して、上記した複合材翼１０の成形方法について説明する。本実施形態の複合材翼１０の成形方法は、積層工程Ｓ１と、型合わせ工程Ｓ２と、硬化工程Ｓ３と、脱型工程Ｓ４とを、順に行っている。
Next, the molding method of the
積層工程Ｓ１では、背側翼部材１２の成形前である背側積層体１２ａを形成する背側積層工程Ｓ１ａと、腹側翼部材１４の成形前である腹側積層体１４ａを形成する腹側積層工程Ｓ１ｂとを行っている。
In the laminating step S1, the dorsal laminating step S1a for forming the dorsal
背側積層工程Ｓ１ａでは、背側翼部材１２を成形するための背側成形型３２にプリプレグを積層して背側積層体１２ａを形成する。背側成形型３２は、背側翼部材１２の外表面を成形する背側成形面３２ａと、背側成形面３２ａの周囲に設けられた平坦な背側型合わせ面３２ｂと、を有する。背側成形面３２ａは、背側翼部材１２の外表面を凸となる湾曲形状に成形すべく、凹状に窪んで形成されている。背側積層工程Ｓ１ａにおいて、背側成形型３２は、背側成形面３２ａを鉛直方向上側に向けるように載置する。そして、背側成形型３２の背側成形面３２ａに、プリプレグを積層して背側積層体１２ａを形成する。背側積層工程Ｓ１ａでは、プリプレグを数プライ積層するごとに真空引きを行って、背側積層体１２ａを形成している。
In the dorsal laminating step S1a, the prepreg is laminated on the dorsal molding die 32 for molding the
腹側積層工程Ｓ１ｂでは、腹側翼部材１４を成形するための腹側成形型３４にプリプレグを積層して腹側積層体１４ａを形成する。腹側成形型３４は、腹側翼部材１４の外表面を成形する腹側成形面３４ａと、腹側成形面３４ａの周囲に設けられた平坦な腹側型合わせ面３４ｂと、を有する。腹側成形面３４ａは、腹側翼部材１４の外表面を凹となる湾曲形状に成形すべく、凸状に突出して形成されている。腹側積層工程Ｓ１ｂにおいて、腹側成形型３４は、腹側成形面３４ａを鉛直方向上側に向けるように載置する。そして、腹側成形型３４の腹側成形面３４ａに、プリプレグを積層して腹側積層体１４ａを形成する。腹側積層工程Ｓ１ｂでは、背側積層工程Ｓ１ａと同様に、プリプレグを数プライ積層するごとに真空引きを行って、腹側積層体１４ａを形成している。
In the ventral laminating step S1b, the prepreg is laminated on the ventral molding die 34 for molding the
型合わせ工程Ｓ２では、背側成形型３２と腹側成形型３４とを型合わせすると共に、発泡剤１６を配置する。具体的に、型合わせ工程Ｓ２では、背側成形型３２の背側型合わせ面３２ｂと、腹側成形型３４の腹側型合わせ面３４ｂとを重ね合わせることで、背側成形型３２に積層した背側積層体１２ａと、腹側成形型３４に積層した腹側積層体１４ａとが、中立面Ｐにおいて重ね合わされる。そして、重ね合わせられた背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとにより、中空の内部空間２０が形成される。なお、本実施形態の型合わせ工程Ｓ２では、腹側成形型３４を腹側積層工程Ｓ１ｂと同様の状態として下方側に配置し、また、背側成形型３２を背側積層工程Ｓ１ａの状態から上下反転して腹側成形型３４の上方側に配置して、背側成形型３２と腹側成形型３４との型合わせを行う。
In the mold matching step S2, the dorsal molding die 32 and the ventral molding die 34 are molded and the
また、型合わせ工程Ｓ２では、背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとの重ね合わせに先立ち、内部空間２０に発泡前の発泡剤１６を設置する。発泡前の発泡剤１６は、シート状に形成されている。なお、シート状となる発泡前の発泡剤１６は、翼幅方向において、内部空間２０の温度上昇が最も低い部位を少なくとも含むように配置してもよいが、発泡剤１６の配置については、特に限定されない。温度上昇が最も低い部位としては、例えば、内部空間２０の中央の部位、翼厚方向における内部空間２０が最も厚い部位、各積層体１２ａ、１４ａが最も厚い部位等である。本実施形態の型合わせ工程Ｓ２では、腹側成形型３４が背側成形型３２に下方側に位置することから、腹側積層体１４ａの上面に、発泡前の発泡剤１６を設置する。発泡剤１６は、上記したように、内部空間２０の空間体積に対する発泡剤１６の充填率と発泡剤１６の発泡倍率との乗算した値が、１．２よりも大きくなるように、また、翼幅方向長さが複合材翼１０の翼幅方向の全長に対して３０％から８０％となる範囲の内部空間２０に設置される。
Further, in the mold matching step S2, the foaming
硬化工程Ｓ３では、背側成形型３２と腹側成形型３４とが近づく方向に加圧しつつ、背側積層体１２ａ、腹側積層体１４ａ及び発泡剤１６を加熱する。ここで、上記のように、発泡温度Ｔｆ、硬化温度Ｔｍ、及び硬化温度Ｔｃの温度の関係は、「Ｔｆ＜Ｔｃ≦Ｔｍ」となっている。このため、硬化工程Ｓ３では、加熱することで、発泡剤１６の樹脂成分２５及びプリプレグ（背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａ）の樹脂が硬化する前に、発泡剤１６の発泡成分２６が発泡する。発泡成分２６が発泡すると、発泡成分２６によって気泡２８が形成されることで、硬化前の樹脂成分２５が膨張する。このため、内部空間２０の内部の圧力が発泡剤１６の膨張によって与えられることから、硬化前の背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａは、発泡剤１６によって、背側成形型３２及び腹側成形型３４へ向かって加圧される。そして、発泡剤１６の発泡成分２６の発泡後、プリプレグの樹脂が先に、または、発泡剤１６の樹脂成分２５及びプリプレグの樹脂が同時に硬化することで、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａは、発泡剤１６により加圧された状態で熱硬化する。そして、プリプレグの樹脂の硬化後、または、プリプレグの樹脂の硬化と同時に、発泡剤１６の樹脂成分２５が熱硬化することで、発泡剤１６は、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａと一体となる。そして、背側積層体１２ａ、腹側積層体１４ａ及び発泡剤１６が硬化することで、複合材翼１０が成形される。
In the curing step S3, the
脱型工程Ｓ４では、背側成形型３２と腹側成形型３４とを離れる方向に移動させることで、背側成形型３２と腹側成形型３４とから、成形された複合材翼１０を離形させる。
In the demolding step S4, the molded
以上のように、本実施形態によれば、背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとを重ね合わせて形成された内部空間２０に、発泡剤１６を配置して膨張させることで、背側積層体１２ａを背側成形型３２へ向かって加圧することができ、腹側積層体１４ａを腹側成形型３４へ向かって加圧することができる。このため、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａを、背側成形型３２及び腹側成形型３４に倣って成形することができるため、寸法精度のよい表面形状となる複合材翼１０を成形することができる。また、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａを背側成形型３２及び腹側成形型３４へ向かって加圧することにより、ボイドをつぶすことができるため、ボイドの形成を抑制することができ、品質の高い複合材翼１０を成形することができる。そして、複合材翼１０に金属部を用いることがないことから、複合材翼１０の軽量化を図ることができ、また、金属部を加工する必要もないことから、複合材翼１０の成形を容易に行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the foaming
また、本実施形態によれば、硬化工程Ｓ３において、発泡温度Ｔｆ、硬化温度Ｔｍ、及び硬化温度Ｔｃの温度の関係を、「Ｔｆ＜Ｔｃ≦Ｔｍ」とすることができる。このため、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａを加圧した状態で好適に硬化させることでき、ボイドの形成をより好適に抑制しつつ、寸法精度及び品質のより高い複合材翼１０を成形することができる。
Further, according to the present embodiment, in the curing step S3, the relationship between the foaming temperature T f , the curing temperature T m , and the curing temperature T c can be set to “T f <T c ≦ T m ”. .. Therefore, the
また、本実施形態によれば、発泡剤１６に繊維成分２７を含ませることで、発泡成分２６による発泡をムラのない安定した発泡形態とすることができる。
Further, according to the present embodiment, by including the
また、本実施形態によれば、内部空間２０の空間体積に対する発泡剤１６の充填率と、発泡剤の発泡倍率とを乗算した値を、１．２よりも大きくすることにより、発泡剤１６の膨張によって、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａを好適に加圧することができる。
Further, according to the present embodiment, the value obtained by multiplying the filling rate of the foaming
また、本実施形態によれば、翼幅方向長さが、複合材翼１０の翼幅方向の全長に対して、３０％から８０％となる範囲の内部空間２０に発泡剤１６を配置することにより、適切な大きさの内部空間２０に対して発泡剤１６を配置することができる。このため、発泡剤１６の膨張による背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａへの加圧を適切に行うことができる。
Further, according to the present embodiment, the foaming
また、本実施形態によれば、内部空間２０の温度上昇が最も低い部位に発泡剤１６を配置する場合には、加熱時において、発泡剤１６は、温度が低い部位から温度が高い部位に向かうことから、発泡剤１６が内部空間２０にムラなく充填された状態において、発泡剤１６を膨張させることができる。
Further, according to the present embodiment, when the foaming
１０ 複合材翼
１０ａ 薄肉部分
１０ｂ 厚肉部分
１２ 背側翼部材
１２ａ 背側積層体
１４ 腹側翼部材
１４ａ 腹側積層体
１６ 発泡剤
２０ 内部空間
２５ 樹脂成分
２６ 発泡成分
２７ 繊維成分
２８ 気泡
３２ 背側成形型
３４ 腹側成形型
10
Claims (5)
前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、
前記背側部位を成形するための背側成形型に前記強化繊維基材を積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記強化繊維基材を積層して腹側積層体を形成する積層工程と、
前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、
前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備えることを特徴とする複合材翼の成形方法。 It is a molding method of a composite material blade that forms a composite material blade made of a composite material by curing a reinforcing fiber base material in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin.
The composite wing is joined by overlapping the dorsal part, which is the dorsal part, and the ventral part, which is the ventral side.
The reinforcing fiber base material is laminated on the dorsal molding die for molding the dorsal portion to form a dorsal laminate, and the reinforcing fiber group is formed on the ventral molding die for molding the ventral portion. A laminating process of laminating materials to form a ventral laminate,
The dorsal molding die and the ventral molding die are molded so that the dorsal laminated body and the ventral laminated body overlap each other, and the dorsal laminated body and the ventral laminated body are overlapped with each other. The mold matching process in which the foaming agent is placed in the internal space formed by the
By heating the foaming agent and expanding the foaming agent, the dorsal laminate and the ventral laminate are pressed from the inside toward the dorsal molding die and the ventral molding die, and the ventral molding die is pressed. A method for forming a composite wing, which comprises a curing step of heating and curing the dorsal laminate and the ventral laminate.
前記発泡成分が発泡を開始する発泡温度をＴｆとし、前記樹脂成分が硬化する硬化温度をＴｍとし、前記強化繊維基材に含まれる前記樹脂が硬化する硬化温度をＴｃとすると、
前記硬化工程では、前記発泡剤の前記発泡成分、前記発泡剤の前記樹脂成分及び前記強化繊維基材の前記樹脂が、「Ｔｆ＜Ｔｃ≦Ｔｍ」となるものが用いられることを特徴とする請求項１に記載の複合材翼の成形方法。 The foaming agent contains a foaming component that foams when heated and a resin component that cures when heated.
Let T f be the foaming temperature at which the foam component starts foaming, T m be the curing temperature at which the resin component is cured, and T c be the curing temperature at which the resin contained in the reinforcing fiber base material is cured.
In the curing step, the foaming component of the foaming agent, the resin component of the foaming agent, and the resin of the reinforcing fiber base material are characterized in that "T f <T c ≤ T m " is used. The method for forming a composite material blade according to claim 1.
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