(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転成形のための可適応マンドレルであって、
バックプレートと、
回転成形輪郭表面を画定すると共に前記バックプレートに取り付けられる第１マンドレル部分と、
前記バックプレートに取外し自在に取り付けられ回転成形輪郭表面を画定する第２マンドレル部分であって、該第２マンドレル部分は、前記第１マンドレル部分に対して少なくとも２つの異なる位置において前記バックプレートに取り付けることが可能であり、前記第２マンドレル部分が前記バックプレートに取り付けられるときに第１形状が画定されて前記第１及び第２マンドレル部分が互いに当接し、前記第１及び第２マンドレル部分が互いに離間するときに第２形状が画定されてマンドレル間隙を画成する、前記第２マンドレル部分と、
回転成形輪郭表面を画定する少なくとも１つのマンドレルスペーサとを備え、
該マンドレルスペーサは、前記バックプレートに取外し自在に取り付けられ、前記マンドレルスペーサは、前記第１及び第２マンドレル部分が前記第２形状において互いに離間している間に、前記マンドレル間隙を占めるように構成され、かつ配置されており、これによって少なくとも２つの異なる連続回転成形パターンを画定するように可適応である、可適応マンドレル。
【請求項２】
前記第１マンドレル部分は、前記バックプレートに取外し自在に取り付けられている、請求項１に記載の可適応マンドレル。
【請求項３】
前記バックプレートは貫通穴を備えており、前記第１及び第２マンドレル部分並びに前記マンドレルスペーサは、前記バックプレートの前記貫通穴内に配置するための少なくとも１つのボルト及び１つのドエルピンを備えている、請求項２に記載の可適応マンドレル。
【請求項４】
前記第１マンドレル部分は、前記第２マンドレル部分の形状とは異なる形状を画定している、請求項１に記載の可適応マンドレル。
【請求項５】
前記マンドレルの前記第１形状及び前記マンドレルの前記第２形状は、非同心のパターンを画定している、請求項４に記載の可適応マンドレル。
【請求項６】
前記第１及び第２マンドレル部分の各々は、半円形の形状を画定しており、前記回転成形輪郭表面は、凸状の円弧形状に画成されている、請求項１に記載の可適応マンドレル。
【請求項７】
前記マンドレルの前記第１形状及び前記マンドレルの前記第２形状は、円形のパターンを画定している、請求項６に記載の可適応マンドレル。
【請求項８】
前記第１及び第２マンドレル部分の前記半円形の形状は、内径曲率及び外径曲率を画定しており、前記マンドレルスペーサは、前記内径曲率を有する内縁及び前記外径曲率を有する外縁を画定している、請求項６に記載の可適応マンドレル。
【請求項９】
前記第１及び第２マンドレル部分の前記半円形の形状は、内径曲率及び外径曲率を画定しており、前記マンドレルスペーサは、線形内側縁及び線形外側縁を画定している、請求項６に記載の可適応マンドレル。
【請求項１０】
前記バックプレートはほぼ平らな表面を画定している、請求項１に記載の可適応マンドレル。
【請求項１１】
作動中の回転成形装置であって、
マンドレルを備え、該マンドレルは、
バックプレートと、
回転成形輪郭表面を画定すると共に前記バックプレートに取り付けられる第１マン    ドレル部分と、
前記バックプレートに取外し自在に取り付けられる回転成形輪郭表面を画定する第    ２マンドレル部分であって、該第２マンドレル部分は、前記第１マンドレル部分に対    して少なくとも２つの異なる位置において前記バックプレートに取り付けることが可    能あり、前記第２マンドレル部分が前記バックプレートに取り付けられるときに第１    形状が画定されて前記第１及び第２マンドレル部分が互いに当接し、前記第１及び第    ２マンドレル部分が互いに離間するときに第２形状が画定されてマンドレル間隙を画    成する、前記第２マンドレル部分と、
回転成形輪郭表面を画定する少なくとも１つのマンドレルスペーサとを備え、該マ    ンドレルスペーサは、前記バックプレートに取外し自在に取り付けられ、前記マンド    レルスペーサは、前記第１及び第２マンドレル部分が前記第２形状において互いに離    間している間に、前記マンドレル間隙を占めるように構成され、かつ配置されており    、これによって前記マンドレルが少なくとも２つの異なる連続回転成形パターンを画    定するように可適応であり、
前記マンドレルに作動可能に取り付けられる金属板を備え、該金属板が前記マンドレル上に回転成形されて前記回転成形輪郭表面の輪郭を取得するようになっている、回転成形装置。
【請求項１２】
前記金属板は、溶接継手に沿って第２金属板に溶接される第１金属板を有する溶接済み金属板であり、該溶接済み金属板は、前記第２形状にある前記マンドレル上で回転成形されて前記回転成形輪郭表面の輪郭を取得するようになっている、請求項１１に記載の回転成形装置。
【請求項１３】
前記金属板は、単一金属板であり、該単一金属板は、前記第１形状にある前記マンドレル上で回転成形されて前記回転成形輪郭表面の輪郭を取得するようになっている、請求項１１に記載の回転成形装置。
【請求項１４】
前記バックプレートは貫通穴を備えており、前記第１及び第２マンドレル部分並びに前記マンドレルスペーサは、前記バックプレートの前記貫通穴中に配置するための少なくとも１つのボルト及び１つのドエルピンを備えている、請求項１１に記載の回転成形装置。
【請求項１５】
前記第１マンドレル部分は、前記第２マンドレル部分の形状とは異なる形状を画定している、請求項１１に記載の回転成形装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２マンドレル部分の各々は、半円形の形状を画定しており、前記回転成形輪郭表面は、凸状の円弧形状に画成されている、請求項１１に記載の回転成形装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２マンドレル部分の前記半円形の形状は、内径曲率及び外径曲率を画定しており、前記マンドレルスペーサは、前記内径曲率を有する内側縁及び前記外径曲率を有する外側縁を画定している、請求項１４に記載の回転成形装置。
【請求項１８】
回転成形製品を製造する方法であって、
第１マンドレル部分を第２マンドレル部分に対して移動させることによりマンドレルを第１形状から第２形状に変換するステップを含み、前記第１形状は、第１連続回転成形輪郭表面を画定しており、前記第２形状は、前記第１及び第２マンドレル部分間に少なくとも１つのマンドレル間隙を有して回転成形輪郭表面を画定しており、
第２連続回転成形輪郭表面を完成するため回転成形輪郭表面を有する少なくとも１つのマンドレルスペーサを前記マンドレル間隙に挿入するステップと、
板材料を前記マンドレルに作動可能に結合するステップと、
前記板材料を回転成形して前記回転成形製品とするステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記板材料を前記マンドレルに作動可能に結合する前に前記板材料を形成すべく少なくとも２枚の金属板を互いに溶接するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶接するステップは摩擦攪拌溶接プロセスであり、前記金属板は摩擦攪拌溶接継手に沿って互いに接合される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記作動可能に結合するステップは、前記摩擦攪拌溶接継手が前記マンドレルスペーサ上に配置されるように、回転成形前に前記マンドレル上に前記溶接済み板材料を方向付けすることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記摩擦攪拌溶接継手を除去するため、該摩擦攪拌溶接継手にほぼ沿って前記回転成形製品をトリミングするステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記摩擦攪拌溶接継手及び溶接済み板材料の熱影響領域を除去するため、該摩擦攪拌溶接継手にほぼ沿って前記回転成形製品をトリミングするステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属板を作動可能に結合する前に、釣合い重りを前記マンドレルに追加することにより、前記マンドレルが回転のために平衡を保持できるようにするステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には、物品を回転成形するためのマンドレルに関する。特に、本発明は、多数の形状に適応しうる単一マンドレルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転成形は、回転及び圧力の複合力を用いる点変形（point deformation)プロセスを使用する平形又は中空材料の整形である。回転成形は、旋盤上で製品を回転させることと、製品と共に回転する工具マンドレルの上に製品を塑性変形させることとを含んでいる。マンドレル上に製品を変形させることにより、最終製品は、マンドレルの輪郭を取得することになる。従って、平らな金属板は所望の形状に形成されることになる。
【０００３】
単一のマンドレルを使用して多くの最終製品を回転成形することは可能である。しかしながら、最終製品の全ては、個々のマンドレルの形状のみを保有するに過ぎない。従って、異なる形状及び／又は寸法を有する製品を形成するには複数のマンドレルが必要とされる。マンドレルは、高価になる可能性があると共に、製作するのに長い時間が掛かる。そのため、工具費及び準備時間の理由から、異なる形状の多数の製品を形成するのに必要なマンドレルの数を最小にするのが望ましい。
【０００４】
また、材料費及び準備時間は、回転成形のための材料の選択及び製造においても重要な問題である。一般に、標準寸法を有する原材料は、かかる費用が安価であり、特別の大きさである原材料よりも迅速に調達することができる。多くの回転成形の用途は、特別な寸法を有する平らな金属板を必要としているので、材料特性に悪影響を与えることなくコスト効率の良い方法で、回転成形プロセスの前に、標準サイズの金属板を特別の寸法の金属板に変えておくことが望ましい。例えば、標準サイズではあるが、望まれる特別の寸法よりは小さい金属板同士を結合して、特別の寸法をもつ金属板を製作しておくことは可能である。
【０００５】
金属板同士の結合には、通常の溶接技術が使用されるのが一般的である。しかし、高強度析出強化アルミニウム合金のような一部の金属は、通常の溶接技術によっては満足のいくような結合を行うことができない。摩擦攪拌溶接は、通常の溶接技術によっては容易に結合されないアルミニウム合金又はその他の材料の諸問題を解決する金属板同士の結合方法の一つである。トーマス(Thomas)等に対する特許文献１は、摩擦攪拌溶接の方法を開示している。２枚の板材料は、当該２枚の板材料を互いに突き合わせ、その後、継ぎ目に沿って回転プローブを移動させることにより、摩擦攪拌溶接されている。回転プローブは、局部的領域に高程度に可塑化された材料を生成し、この可塑化された材料は回転プローブによりスイープされるため、２枚の板材料は結合し、冷却すると突合せ継手を形成することになる。摩擦攪拌溶接プロセスは２枚の板材料を結合することができる。しかし、継手に沿った材料特性は、板材料のその他の部分の材料特性とは実質的に異なっているので、溶接された板は母材と同じ技術基準を満たすことができない。従って、後から回転成形される摩擦攪拌溶接済み金属板は、最初の摩擦攪拌溶接継手に沿って異なる材料特性をもつ最終製品を形成することになる。
【特許文献１】米国特許第５,４６０,３１７号明細書
【０００６】
よって、金属板を回転成形して複数の形状及び／又はサイズにする能力を提供する回転成形マンドレルの必要性が存在することになる。更に、例えば溶接継手に沿って最終製品の材料特性を低下させることなく、特別の寸法を有するもっと大きな金属板を形成するために、回転成形プロセス前に既に結合された標準寸法の金属板を使用する必要性が存在することになる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、上述の必要性に対処すると共に、回転成形のための可適応マンドレルを提供することにより、他の利点を得ている。この可適応マンドレルは、第１マンドレル部分及び第２マンドレル部分が上部に取り付けられるバックプレートを備えており、１つ以上のマンドレル部分が取外し自在に取り付けられるようになっている。マンドレル部分の各々は、回転成形輪郭表面を画定している。取外し自在に取り付けられたマンドレル部分（単数又は複数）は、他方のマンドレル部分に対して少なくとも２つの異なる位置においてバックプレートに取り付けられている。第１形状は、第１及び第２マンドレル部分が互いに当接するときに画定され、第２形状は、第１及び第２マンドレル部分が互いに離間してマンドレル間隙を形成するときに画定されるようになっている。また、マンドレルは、少なくとも１つのマンドレルスペーサを備えており、このマンドレルスペーサも回転成形輪郭表面を画定している。マンドレルスペーサは、第１及び第２マンドレル部分が第２形状において互いに離間している間に、マンドレル間隙を占めるようにバックプレートに取り外し自在に取り付けられている。従って、マンドレルは、少なくとも２つの異なる連続回転成形パターンを画定するように可適応となっている。
【０００８】
可適応マンドレルの一実施形態において、バックプレートは貫通穴を備えており、第１及び第２マンドレル部分並びにマンドレルスペーサは、バックプレートの貫通穴内に配置するための少なくとも１つのボルト及び１つのドエルピンを備えている。別の実施形態では、第２マンドレル部分の形状とは異なる形状を画定する第１マンドレル部分を備えており、マンドレルの第１形状及び第２形状の各々は、非同心のパターンを画定している。代替の実施形態において、第１マンドレル部分及び第２マンドレル部分は共に、半円形の形状を画定しており、マンドレルの第１形状及び第２形状の各々は、名目上円形のパターンを画定している。本発明の更なる実施形態は、マンドレル部分の曲率に類似する曲率を有する縁を備えたマンドレルスペーサを備えており、一方、更に別の実施形態では、真直ぐの縁を備えたマンドレルスペーサを有している。
【０００９】
本発明はまた、作動中の回転成形装置を提供するものである。この回転成形装置は、マンドレル及び金属板を備えている。このマンドレルは、バックプレートを有し、その上に第１マンドレル部分及び第２マンドレル部分が取り付けられているので、１つ以上のマンドレル部分が取外し自在に取り付けられることになる。マンドレル部分の各々は、回転成形輪郭表面を画定している。取外し自在に取り付けられるマンドレル部分（単数又は複数）は、他方のマンドレル部分に対して少なくとも２つの異なる位置においてバックプレートに取り付けられることが可能である。第１形状は、第１及び第２マンドレル部分が互いに当接するときに画定され、第２形状は、第１及び第２マンドレル部分が互いに離間してマンドレル間隙を形成するときに画定されている。また、マンドレルは、回転成形輪郭表面を画定する少なくとも１つのマンドレルスペーサも備えている。このマンドレルスペーサは、第１及び第２マンドレル部分が第２形状において互いに離間している間に、マンドレル間隙を占めるようにバックプレートに取外し自在に取り付けられている。従って、マンドレルは、少なくとも２つの異なる連続回転成形パターンを画定するように可適応であり、そのパターン上に、金属板を回転成形すべく作動可能に接続することが可能となっている。金属板は、マンドレル上に回転成形されて回転成形輪郭表面の輪郭を取得するものである。金属板は、溶接継手に沿って第２金属板に溶接された第１金属板を含む溶接済み金属板でよく、この溶接済み金属板は、第２形状においてマンドレルに作動可能に接続されている。
【００１０】
本発明はまた、回転成形製品を製造する方法も提供している。この方法は、第１マンドレル部分を第２マンドレル部分に対して移動させることによりマンドレルを第１形状から第２形状に変換するステップを含んでいる。第１形状は、第１連続回転成形輪郭表面を画定しており、第２形状は、マンドレル部分間にマンドレル間隙を有する回転成形輪郭表面を画定している。マンドレルスペーサは、第２連続回転成形輪郭表面を完成するためにマンドレル間隙に挿入される。その後、板材料はマンドレルに作動可能に結合されると共に回転成形され、回転成形製品を特定している。
【００１１】
製造方法の更なる実施形態は、板材料をマンドレルに作動可能に結合する前にこの板材料を形成すべく少なくとも２枚の金属板を互いに溶接することを含んでいる。この製造方法は更に、金属板を溶接する摩擦攪拌溶接プロセスと、摩擦攪拌溶接継手及び溶接済み金属板の熱影響領域を除去するトリミングプロセスとを含んでいてもよい。
【００１２】
従って、本発明は、金属板を回転成形して複数の形状及び／又はサイズにする能力を提供している。また、本発明は、標準寸法の金属板を使用して、特別の寸法の金属板から回転成形された最終製品と実質的に同等の材料特性をもつ最終製品を回転成形することを可能にするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明について一般的な用語でこれまで説明してきたが、次に、必ずしも縮尺通りではない添付図面を参照することとする。
【００１４】
本発明の全実施形態ではないが、その幾つかを示す添付図面を参照し、本発明について以下により詳しく説明する。実際に、本発明は、種々の異なる形態で実施可能であり、ここに示された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、その開示内容が適用法律要件を満たすことができるように提示されている。同様の数字は、終始、同様の要素を示している。
【００１５】
図１〜図４には、本発明の一実施形態に基づくマンドレル１０が例示されている。この例示された実施形態のマンドレル１０は、図５に示すようなナセル入口のスキンリップもしくは外皮舌状部(skin lip)１２の回転成形に使用されるものである。このナセル入口外皮舌状部１２は、ナセルのようなジェットエンジンケーシング１４の前縁に装着され、正常運転中にジェットエンジン１６の中又は周りに空気を案内するものである。ナセル入口外皮舌状部１２は、図１のマンドレル１０のようなマンドレルの上に回転成形され、ジェットエンジンケーシング１４への組み付け前に２部分からなるリングに切断される湾曲金属板のリングである。本発明のマンドレル１０は、回転成形される如何なる構成要素の回転成形にも使用可能であり、ナセル入口外皮舌状部１２に限定されるものではない。
【００１６】
図１のマンドレル１０は、ほぼ平らな表面２２を有するバックプレート２０を備えている。また、マンドレル１０は、第１マンドレル部分２４及び第２マンドレル部分２６を備えており、それらは、バックプレート２０のほぼ平らな表面２２に取外し自在に取り付けられている。本発明の更なる実施形態において、追加のマンドレル部分が設けられていてもよいし、またマンドレルは、バックプレート２０に固定的に取り付けられる１つ以上のマンドレルを備えていてもよい。１つのマンドレル部分が取外し自在に取り付けられ、もう１つのマンドレル部分が固定的に取り付けられている実施形態において、マンドレルが回転のため平衡を保持できるように、釣合い重りをマンドレル１０に追加することも可能である。かかる釣合い重りは、取外し自在に取り付けられた複数のマンドレル部分を有するマンドレルにおいて使用されてもよい。
【００１７】
例示した実施形態のバックプレート２０は名目上円形であり、マンドレル部分２４，２６も名目上円形である。本発明の他の実施形態は、回転成形が可能な任意の幾何学的形状のバックプレート２０及びマンドレル部分２４，２６を備えていてもよい。マンドレル部分２４，２６の幾何学的形状から形成される回転成形パターンの例には、楕円、長円及び非同心のパターンがあるが、それらに限定されない。例示した実施形態のマンドレル部分２４，２６は、図２に示すように、バックプレート２０にある貫通穴２８を用いて同バックプレートに装着されるようになっている。即ち、マンドレル部分は、これらの貫通穴を介して、ドエルピン２７によりドエル結合されるか、及び／又は、マンドレル部分に付属のボルト２９によりボルト結合されるようになっている。バックプレート２０にある貫通穴２８の配置は、マンドレル部分２４，２６が多くの相対的位置においてバックプレートに装着されるのを可能にするものである。更なる実施形態のマンドレル部分２４，２６は、代替締結具により取り付けられてもよく、或いはバックプレートにあるスロットを通るボルトでマンドレル部分を滑動自在に装着するような代替方式でバックプレート２０に移動可能に装着されてもよい。マンドレル１０の形状に適応するために、マンドレル部分２４，２６は、金属板が上に回転成形される回転成形表面のパターンを変化させる異なる相対的位置に移動されるようになっている。
【００１８】
例示した実施形態のマンドレル部分２４，２６は、バックプレート２０とは反対側のマンドレル部分の表面上に回転成形する輪郭表面３０を画成している。例示したマンドレル１０の輪郭表面３０は凸状の円弧形状（アーチ状）である。しかし、マンドレルの他の実施形態では、回転成形が可能な任意の幾何学的形状を含んでいてもよい。また、マンドレル部分２４，２６は、図１及び図２に示すように、輪郭表面３０の各終端縁部のところに仕切表面３２を有している。例示したマンドレル１０の仕切表面３２は、バックプレート２０及び輪郭表面３０に対してほぼ垂直である。しかし、仕切表面の他の実施形態では、バックプレート又は輪郭表面に対して任意の角度を有していてもよい。各マンドレル部分２４又は２６の仕切表面３２は、隣接するマンドレル部分の仕切表面と同一であると共に、仕切表面が図３に示すように互いに接触しているときに、この隣接するマンドレル部分の仕切表面に係合するように形成されている。従って、図３に示すように、マンドレル部分２４，２６が互いに当接するようにマンドレル１０が組み立てられた場合、このマンドレルは、１サイズの回転成形輪郭表面３０を画定することになる。
【００１９】
仕切表面が互いに当接しないように、マンドレル部分２４，２６が取外し自在にバックプレートに取り付けられた場合、マンドレル部分は図１に示すように互いに離間してマンドレル間隙３４を画成し、その中に少なくとも１つのマンドレルスペーサ３６が挿入されるようになっている。このマンドレルスペーサ３６は、図２に示すように、ドエルピン２７及び／又はボルト２９により、或いは同様の締結方法によりバックプレート２０に取外し自在に取り付けられている。マンドレルスペーサ３６は、図６及び図７に示すように、マンドレル部分の輪郭表面に対応する回転成形の輪郭表面３０を有している。従って、マンドレルスペーサ３６の１つの回転成形の輪郭表面３０は、マンドレル部分２４，２６の輪郭表面と同一であり、或いはさもなければマンドレル部分同士の輪郭表面間に所望の過渡的部分を提供し得るものである。マンドレルスペーサ３６はまた、同スペーサの輪郭表面３０の各終端縁部のところに、２つのマンドレル部分係合表面３８を有している。マンドレルスペーサ３６の各マンドレル部分係合表面３８は、隣接するマンドレル部分２４又は２６の仕切表面３２と同一であると共に、このマンドレルスペーサがマンドレル間隙３４に挿入された場合、当該隣接するマンドレル部分２４又は２６の仕切表面３２に係合するように形成されている。１つ以上のマンドレルスペーサ３６をマンドレル間隙３４に挿入することは可能であり、そのような場合、マンドレル部分係合表面３８は、隣接するマンドレルスペーサの係合表面に、或いは隣接するマンドレル部分２４又は２６の仕切表面３２に係合するようになっている。従って、マンドレル部分が互いに離間してマンドレル間隙３４を画成すると共に、図４に示すように、マンドレルスペーサ３６がマンドレル間隙３４を占めるようにマンドレル１０が組み立てられた場合、同マンドレルは第２のサイズの回転成形輪郭表面３０を画定することになる。
【００２０】
マンドレルスペーサ３６は、マンドレル１０が図３の第１形状から図４の第２形状に変わって、少なくとも２つの異なる連続回転成形パターンを画定するのを許容するものである。図３の第１形状は、マンドレル部分２４，２６の回転成形輪郭表面３０により形成される連続回転成形パターンを画定している。マンドレル１０を図４の第２形状に変えるために、第２マンドレル部分２６及び／又は第１マンドレル部分２４は、他のマンドレル部分に対して移動され、マンドレルスペーサ３６は、マンドレル間隙３４に挿入されるようになっている。図４の第２形状は、マンドレル部分２４，２６並びにマンドレルスペーサ３６の回転成形輪郭表面３０により形成された連続回転成形パターンを画定している。マンドレル部分２４及び／又は２６を移動させることにより、補助のマンドレルスペーサ３６を追加することにより、或いは前に述べた代案の何れかを組み合わせることにより、更なる形状を形成することが可能となる。
【００２１】
図１〜図４のマンドレル１０は、名目上円形パターンである連続回転成形表面を画定している。このマンドレル１０は、内側表面４２に沿って内径曲率を規定すると共に、外側表面４４に沿って外径曲率を規定する２つの半円形マンドレル部分２４，２６からなっている。従って、マンドレル１０が図３に例示した第１形状である場合、マンドレルは名目上円形のパターンを画定することになる。
【００２２】
図６に示すようなマンドレルスペーサ３６、並びに図７に示すような代替実施形態のマンドレルスペーサ１３６は、それぞれ、内側縁４６又は１４６と、外側縁４８又は１４８とを有している。図６のマンドレルスペーサ３６の内側縁４６は、マンドレル部分２４，２６の内側表面４２のように同等の内径曲率を有し、マンドレルスペーサの外側縁４８は、マンドレル部分の外側表面４４のように同等の外径曲率を有している。従って、図６のマンドレルスペーサ３６を組み込んだ第２形状のマンドレル１０は、連続的に湾曲する内側縁及び外側縁をもつ名目上円形のパターンを画定することになる。図７のマンドレルスペーサ１３６の内側縁１４６は、マンドレル部分係合表面１３８に対して垂直な線形縁を画定し、外側縁１４８は、マンドレル部分係合表面に対して垂直な線形縁を画定している。従って、マンドレルスペーサ１３６を組み込んだマンドレル１０は、マンドレルスペーサの真直ぐな縁のために、完全な円形のパターンを画定しないことになる。しかし、図７のマンドレルスペーサ１３６を備えたマンドレル１０は、そのマンドレルスペーサの線形部分がマンドレルのパターン全体に対して小さいために、依然として名目上の円形パターンを画定している。マンドレルスペーサ１３６が相当な幅を示していれば、マンドレル１０の連続回転成形パターン全体は、マンドレルの一実施形態において、円形よりも実質的にもっと長くなるであろう。マンドレルスペーサを２つの実施形態で示したが、代替実施形態のマンドレルスペーサは、マンドレル部分により限定されたマンドレル間隙を占める任意の形状及び大きさとすることが可能である。
【００２３】
一旦マンドレル１０を組み立てて１つの形状とし、マンドレル部分２４，２６及び／又はマンドレルスペーサ３６をバックプレート２０にしっかり取り付ければ、マンドレルは、金属板を回転成形して回転成形された製品とするのに使用することができる。また、本発明のマンドレル１０は、金属板以外の原材料を回転成形するのにも使用することができる。回転成形プロセスは、金属板をマンドレルに動作可能なように結合し、次いで両者を一緒に回転させるように、金属板又はその他の回転成形可能な材料をマンドレル上に置くことを含んでいる。金属板及びマンドレルを回転させながら、相対的に定位置において力を加えて、板材料がこの定位置を通過するときに塑性変形させ、板材料が輪郭表面の輪郭を取得するようにする。完成すると、回転成形された板材料はマンドレルから取り外されることになる。図８は、回転成形プロセスの後であるが、板材料をトリミングする前の単一金属板５０を例示している。回転成形された製品の中には単一の最終製品としてそのままにしておいてよいものもあるが、ナセル入口の外皮舌状部のような他の回転成形の製品は、回転成形後に複数の部分に分離されることがある。図８のトリム線５２は平面を示しており、この平面に沿って、回転成形された単一金属板５０がトリムされることになる。
【００２４】
一部の実施形態において、回転成形されることになる一枚の板を形成するのに複数の板を結合するのが有利である。例えば、回転成形は、高価につく特別な寸法を有する板を必要とするかも知れないが、もっと安価な通常寸法の２枚以上の板を互いに溶接して、回転成形用の板を形成することが可能である。図９は、回転成形プロセスの後、板をトリミングする前に、摩擦攪拌溶接法により互いに結合される第１金属板５６及び第２金属板５８から構成される溶接済み金属板５４を例示している。図９のトリム線６０，６２は、平面を示しており、該平面に沿って、回転成形された溶接済み金属板５４がトリミングされるようになっている。図８と比較して、図９の溶接済み金属板５４は、溶接継手の各側でトリミングされていて、継手と溶接プロセスにより影響を受けた材料の部分とが除去されている。図９の溶接済み金属板５４から除去された余分の材料について補償するため、図８の単一金属板５０から除去される材料と比較して、この溶接済み金属板はトリミング前に余分の材料寸法を有しているので、結果としてトリミングされた製品はほぼ同等である。
【００２５】
図１０は、回転成形された溶接済み金属板１５４の別の実施形態を例示している。この溶接済み金属板１５４は、溶接継手１６６に沿って結合された第１金属板１５６及び第２金属板１５８を備えている。溶接済み金属板１５４が回転成形された上にあるマンドレルは、第２マンドレル部分とは異なる形状をもつ第１マンドレル部分を有している。従って、結果として生じる第１金属板１５６の輪郭は、結果として生じる第２金属板１５８の輪郭とは異なっている。トリム線１６０，１６２に沿ってトリミングした後、最終製品の上側部分及び下側部分は異なる形状となっている。図８〜図１０は、それぞれ、回転成形されなかった過剰の材料を取り除いた後の回転成形された金属板５０，５４，１５４を示している。図１１は、図８の単一金属板５０のトリミング後、或いは図９の溶接済み金属板５４のトリミング後の回転成形製品６４を示している。
【００２６】
図９の溶接済み金属板５４を形成するため、２枚以上の個々の金属板は、摩擦攪拌溶接により、或いはその他の適当な方法により結合されている。摩擦攪拌溶接の方法は、前述した特許文献１に開示されており、その開示内容はここに組み込まれることとする。摩擦攪拌溶接は、限定はされないが、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタン合金、鋼等を含む２枚の個々の板材料を結合することができる。ポリマー等のような非金属材料もまた摩擦攪拌溶接により溶接することができる。更に、溶接すべき板は、溶接不可であるか、或いは通常の融接技術により接合するのには非経済的な金属を含め、例えば、異なる金属の板である、類似又は非類似材料の部材を含めることができる。溶接不可の材料は、通常の融接技術により接合した場合、溶接部の固化中に割れを生じやすい比較的に脆弱な溶接継手を形成する傾向にある。このような材料には、アルミニウムや、特にＡＡ２０００系及び７０００系合金のようなアルミニウム合金がある。摩擦攪拌溶接の使用は、溶接不可の材料の板をしっかり接合することを可能にする。摩擦攪拌溶接はまた、可溶接板を他の溶接可能材料及び溶接不可材料にしっかり接合することを可能にする。従って、図９の溶接済み金属板５４のような溶接済み板を形成する材料は、広範囲の金属及び合金から選択することができる。
【００２７】
図９の溶接済み金属板５４は、摩擦攪拌溶接された継手６６を備えている。金属板５４の摩擦攪拌溶接された継手６６は、摩擦攪拌溶接プロセスの影響を受けなかった金属板の部分の材料特性とは十分に異なる材料特性を有するのが通常である。異なる材料特性の領域を有する板は、用途によっては望ましくないかも知れない。従って、例示した実施形態の溶接済み金属板５４は、摩擦攪拌溶接された継手６６に沿ってトリミングされ、このトリミング工程中に、実際の溶接継手のみならず、この継手に近い熱影響区域のような、摩擦攪拌溶接プロセスの影響を受けた金属板の部分が除去されている。本発明の更なる実施形態では、継手６６の一部及び／又は金属板の熱影響部分のみをトリミングしてよく、或いはトリム線の２つの非限定例を挙げれば、継手及び／又は熱影響部分のどれもが除去されないように金属板５４をトリミングしてもよい。
【００２８】
回転成形プロセスは、単一金属板５０について、或いは摩擦攪拌溶接プロセス又はその他の適当なプロセスにより接合された溶接済み金属板５４について、ほぼ同一である。マンドレル１０のバックプレート２０は、マンドレル１０が回転できるように、非限定例の一つは旋盤である回転装置に取り付けられている。例示したマンドレル１０の諸構成要素は、工具鋼から製造されている。しかし、回転成形サイクルの繰り返しに耐える材料特性及び構造強度をもつどんな材料を使用してもよい。金属板５０又は５４はマンドレル１０に動作可能に接続されているので、マンドレル及び金属板は一緒に回転するようになっている。図８〜図１０に例示した金属板は、２１１９系アルミニウムのようなアルミニウム合金であるが、ポリマーのように可塑的に変形できる任意の材料を使用することが可能である。マンドレル１０及び金属板５０又は５４が十分な速度で一旦回転すれば、工具ビットが金属板の材料をマンドレル上に徐々に押し付けるので、結果として生じる金属板はマンドレル輪郭表面３０の輪郭を取得することになる。図８は回転成形後の単一板から結果として生じる金属板５０を例示しており、図９は回転成形後に結果として生じる金属板５４を示している。
【００２９】
図３の第１形状のマンドレル１０は、図８の金属板５０を回転成形するのに使用され、図４の第２形状のマンドレルは、図９の溶接済み金属板５４を回転成形するのに使用されている。本発明の更なる実施形態は、単一金属板を第１形状、第２形状及び任意の数のその他の形状に回転成形するマンドレルを規定している。同様に、マンドレルはまた、溶接済み金属板を第１形状、第２形状及び任意の数のその他の形状に回転成形するのにも使用可能である。溶接済み金属板５４は、マンドレルスペーサ３６の使用を必ずしも必要としないが、例示した実施形態において、当該スペーサは、溶接済み金属板の余分な板材料、即ち、溶接済み金属板からトリミングされる熱影響区域の幅について補償する余分な板材料に適応するために使用されている。
【００３０】
図８は、４.５７２ｍｍ×３６０７ｍｍ×３６０７ｍｍ（０.１８０” ×１４２” ×１４２”)のアルミニウムの金属板５０の一例を表わしており、図９は、それぞれ、４.５７２ｍｍ×９７.４ｍｍ×３６０７ｍｍ（０.１８０” ×７２” ×１４２”）であるアルミニウムの２枚の金属板５６，５８の別例を表わしており、該金属板５６，５８は、３６０７ｍｍ（１４２”)の辺に沿って互いに摩擦攪拌溶接され、４.５７２ｍｍ×３６５７.６ｍｍ×３６０７ｍｍ（０.１８０” ×１４４” ×１４２”）の溶接済み金属板５４を形成している。なお、これらの寸法は、例示目的のための非限定例である。先の寸法が使用されるのは、４.５７２ｍｍ（０.１８０”）厚さのアルミニウム板が、厚さ４.５７２ｍｍ（０.１８０”）の正方形３６０７ｍｍ×３６０７ｍｍ(１４２” ×１４２”）のアルミニウム板に関連して、９７.４ｍｍ(７２”）幅でより簡単に得られるからである。従って、溶接済み金属板５４は、５０.８ｍｍ（２”）幅広であり、これは、図９に示したトリム線６０及び６２間で除去される余分の材料となる。
【００３１】
図８に例示した金属板５０は、トリム線５２を有しており、この線に沿って、回転成形された板が回転成形プロセス中に輪郭をなぞらなかった板の部分の除去前又は除去後に切断されることになる。図９に例示した溶接済み金属板５４は、２本のトリム線６０，６２を有しており、この線に沿って、回転成形された溶接済み金属板が回転成形プロセス中に輪郭をなぞらなかった溶接済み金属板の部分の除去前又は除去後に切断されることになる。溶接済み金属板５４の摩擦攪拌溶接継手６６は、溶接済み金属板が上側トリム線６０及び下側トリム線６２に沿ってトリミングされるときに除去されることになる。
【００３２】
図１１は、金属板５０から余分の材料をトリミングして除去した後に形成される回転成形した製品６４を例示している。図１１はまた、溶接済み金属板５４から余分の材料をトリミングして除去した後に形成される回転成形した製品６４も例示している。従って、単一金属板５０の最終製品及び溶接済み金属板５４の最終製品は、ほぼ同等であるから、回転成形されたこれらの製品６４は実質的に同一の寸法及び材料特性を有している。トリム線６０，６２に沿う図９の溶接済み金属板５４のトリミングにより、摩擦攪拌溶接継手６６と、摩擦攪拌溶接プロセスの影響を受けた溶接済み金属板の材料とが除去されることになる。また、トリミングにより溶接済み金属板５４の寸法が減少するので、結果として生ずる回転成形製品６４は、単一金属板５０から形成された回転成形製品と実質的に同一の大きさである。従って、単一マンドレル１０は、第１形状から第２形状まで適応することができ、それぞれ、単一金属板５０及び溶接済み金属板５４の回転成形を可能とし、これら金属板は、トリミング後に、実質的に同等の最終製品になる。更に、本発明の実施形態は、単一金属板又は溶接済み金属板のどちらかで異なる形状、大きさ及び材料特性の回転成形製品６４を製造することができる。
【００３３】
この明細書に記載された本発明についての多くの変形例及びその他の実施形態は、前述の説明及び添付の図面に提示された教示内容の利点を有し、本発明が関係する技術に習熟した者に想到されるであろう。従って、言うまでもなく、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、また、上述の変形例及びその他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれるべきものと考えられる。この明細書では特定の用語が用いられているが、それらは、単に一般的且つ説明的意味であり、限定のために使用されているのではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に従った回転成形プロセスのためのマンドレルの斜視図であり、取外し自在のマンドレルスペーサを例示している。
【図２】図１のマンドレルの分解図であって、バックプレートにある貫通穴を示しており、該貫通穴を介して、マンドレル部分及びマンドレルスペーサがボルト止め又はドエル接合されている。
【図３】図１のマンドレルの斜視図であって、第１マンドレル部分の仕切表面が第２マンドレル部分の仕切表面に接触する、マンドレルの第１形状を示している。
【図４】図１のマンドレルの斜視図であって、マンドレル部分により画定されたマンドレル間隙をマンドレルスペーサが占めている、マンドレルの第２形状を示している。
【図５】図１のマンドレルで製造された製品、即ち、ナセル入口の外皮舌状部の斜視図であり、該ナセル入口の外皮舌状部はジェットエンジンのケーシングに装着されて示されている。
【図６】図１のマンドレルスペーサの拡大図であって、マンドレルスペーサの内側縁曲率及び外側縁曲率を示している。
【図７】代替実施形態のマンドレルスペーサの拡大図であって、マンドレルスペーサの真直ぐな内側縁及び真直ぐな外側縁を示している。
【図８】回転成形後の単一金属板の平面図であって、トリム線を示しており、この線に沿って、回転成形板がトリミングされることになる。
【図９】回転成形後の摩擦攪拌溶接プロセスにより接合された２枚の金属板の平面図であって、トリム線を示しており、この線に沿って、回転成形板がトリミングされることになる。
【図１０】回転成形後の摩擦攪拌溶接プロセスにより接合された２枚の金属板の平面図であって、互いに異なる形状のマンドレル部分を有するマンドレルの最終製品を示すと共に、トリム線を示しており、この線に沿って、回転成形板がトリミングされることになる。
【図１１】余分の材料をトリミングして除去した後の図８又は図９の最終材料の斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  マンドレル
２０  バックプレート
２２  平らな表面
２４  第１マンドレル部分
２６  第２マンドレル部分
２７  ドエルピン
２８  貫通穴
２９  ボルト
３０  輪郭表面
３４  マンドレル間隙
３６  マンドレルスペーサ
４２  内側表面
４４  外側表面
４６  内側縁
４８  外側縁
５０  単一金属板
５２  トリム線
５４  溶接済み金属板
５６  第１金属板
５８  第２金属板
６４  回転成形製品
６６  溶接継手
１３６  マンドレルスペーサ
１４６  内側縁
１４８  外側縁
１５４  溶接済み金属板
１５６  第１金属板
１５８  第２金属板
１６０  トリム線
１６２  トリム線
１６６  溶接継手
【要約】
【課題】  溶接継手に沿って最終製品の材料特性を低下させることなく、特別の寸法を有するもっと大きな金属板を形成するために、回転成形プロセス前に既に結合された標準寸法の金属板の使用を可能にすること。
【解決手段】  取外し自在に取り付けられるマンドレル部分２４，２６及びマンドレルスペーサ３６を備えたバックプレート２０を有する回転成形のためのマンドレル１０を提供するものであり、マンドレルは種々の形状に可適応であり、異なる回転成形輪郭表面３０を提供するために使用され、該表面上に金属板又はその他の回転成形可能材料を回転成形することができ、この可適応マンドレルは、単一金属板から又は摩擦攪拌溶接又はその他適当なプロセスにより接合される金属板から所望の回転成形製品を形成する能力を提供し、回転成形された溶接済み金属板は溶接継手を有し、溶接プロセスのために生ずる材料特性の大きな相違を有する溶接済み金属板の部分を除去すべくトリミングの工程を経る。
【選択図】  図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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