(57)【要約】  本発明は熱間静水圧圧縮（ＨＩＣ）によって金属容器に埋め込まれる直線状インサートであって、互いに接合され、所定の長さを有する被覆線の束を含むインサートを製造する方法に関する。前記被覆線は、金属で被覆されたセラミック繊維から成る。前記方法は、前記束は、直線状の被覆線（１３）を所定の長さにわたる並置と、それらの被覆線の接合とによって形成されることを特徴とする。本発明はさらに、ＨＩＣ技術によって繊維性インサートが埋め込まれた金属部品の製造に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＩＣによって金属容器内に埋め込まれる直線状インサート（１３ｉ）で、互いに接合され、所定の長さを有し、金属で被覆されたセラミック繊維で作られる被覆線（１３）の束を備えるインサートを製造する方法であって、被覆線は直線状の樋状工具内に所定の長さにわたって直線状に並置して配置され、被覆線は互いに接合されることを特徴とする方法。
【請求項２】
所定の数の層が得られるまで所定の数の被覆線を平らに並置して得られた直線状被覆線（１３）の積層を形成するステップと、少なくとも両端で保持されるように層を互いに接合するステップとから成る、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の層が、金属板（１６）上に重ねられ、積層の最終層は金属板（１６’）で覆われて、アセンブリが互いに接合される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
層が、被覆線（１３）の積層に沿って横方向に配置された金属ストラップ（１６’’）によって互いに接合される、請求項２および３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
層が、線のリール（１２）からほどかれた被覆線で形成される、請求項１から４の一項に記載の方法。
【請求項６】
１つの層が、同時に別のリールから層の線をほどくことで形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
所望の層の被覆線の両端が、層が形成された後に互いに接合される、請求項１から６の一項に記載の方法。
【請求項８】
所定の層の被覆線が、インサートの被覆線の束の長さに相当する長さに切断される（１７）、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１から８の一項に記載の少なくとも１つのインサート（１３ｉ）を有する金属部品の製造方法であって、金属容器内にインサート用の少なくとも１つの凹部が機械加工され、前記インサートが凹部に配置され、インサートを覆うために金属製カバーが容器上に配置され、カバーが金属容器に溶接され、金属容器とカバーとのアセンブリが熱間静水圧圧縮により処理され、前記処理されたアセンブリが前記金属部品を形成するために機械加工される製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属マトリックス複合材料の分野に関し、特に、金属部品を補強するために金属マトリックス中にセラミック繊維が延在する材料から成るインサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機産業では、特に、最小限の重量およびサイズで部品の強度を最適化することを常に目指している。現在の部品の中には、金属マトリックス複合材料（以降、ＭＭＣとする）製のインサートを備えるものがあり、それが一体部品である場合もある。このような複合材料は、例えば、チタンＴｉ合金のような金属合金マトリックスを含み、その中に、例えば、炭化ケイ素ＳｉＣのセラミック繊維のような繊維が延在している。このような繊維は、チタンよりもはるかに高い引張強度を有する（一般には、１０００Ｍｐａに対して４０００ＭＰａ）。したがって、このような繊維は応力を吸収する繊維であり、金属合金マトリックスは、部品の残りの部分とのバインダの役目をすると同時に、互いに接触してはいけない繊維を保護して分離する。また、セラミック繊維は耐食性を有するが、必ず金属で補強されなければならない。
【０００３】
これらの複合材料は、ディスク、シャフト、シリンダ本体、ケーシング、スペーサ、ブレードなどの一体部品の補強材などの製造において使用することができる。
【０００４】
タービンエンジンの圧縮機ディスクでは、例えば、周知の補強技術は、被覆繊維の円形巻線を部品に挿入するステップから成る。ＭＭＣインサートの製造技術は、Ｓｎｅｃｍａ社により出願されている欧州特許第１７２６６７７号明細書に記載されている被覆線を巻き付ける原理に基づいている。インサートは、各々が金属シースに埋め込まれたセラミック繊維を含む複数の被覆線から得られる。このタイプの線を、以降、被覆線とする。製造方法は、回転体の周囲に、その部品の軸線に垂直に被覆線の束または接合層を巻き付けるステップを含む。その後、インサートは容器内で熱間静水圧圧縮ステップを受ける。用語「容器」は、金属部品のブランクを指し、中の空洞がＭＭＣインサートを収容するために機械加工され、その後で熱間静水圧圧縮処理を受ける。前記処理は、以降、ＨＩＣとする。
【０００５】
このようにして得られた部品は円形型で、圧縮機ディスクの他に、シャフト、シリンダ本体、またはケーシングなどの円形部品を製造するのに特に適している。
【０００６】
他の機械的部品は、円形部品が有する特性と異なる特性が必要である。これは、例えば、特に着陸システムまたはエンジンサスペンションなどの構造部品で使用されるロッドの場合であり、これらは基本的に楕円形である。これらの部品の機能は、一方向の引張力および／または圧縮力を伝達することである。したがって、これらの部品を補強するには、少なくとも部分的に直線状のＭＭＣインサートが必要である。これは、繊維が応力方向に配向されなければならないためである。
【０００７】
これらのインサートを最小限のコストで工業生産するのは難しい問題である。
【０００８】
少なくとも１つのＭＭＣ材料製のインサートを備える機械的部品を製造するための方法が周知である。この方法は、一部が直線状部分を備える環状支持体の周囲に被覆線の束または接合層を巻き付けることによって、抜き勾配を有するインサートを製造するステップを含む。
【０００９】
ＳＮＥＣＭＡ社およびＭｅｓｓｉｅｒ−Ｄｏｗｔｙ社出願の仏国特許出願公開第２９１９２８４号明細書に記載されている方法は、この原理を発展させたものであり、第１の金属容器に上述した抜き勾配を有するインサートを挿入するステップと、第１の容器を熱間静水圧圧縮するステップと、その後に、それを機械加工して直線状のインサート要素を形成するステップとを含む。このインサート要素の製造後、機械的部品の製造方法は、以下のステップ：インサート要素を第２の容器に挿入するステップと、第２の容器を熱間静水圧圧縮するステップと、第２の容器を機械加工して所望の機械的部品を形成するステップとを含む。このようにして得られた機械的部品、例えば、ロッドは、有利には、一方向の引張力および／または圧縮力を、部品内に埋め込まれているセラミック繊維の方向に伝達するのに使用することができる。
【００１０】
直線状のインサート要素になるように切断するステップの前に、抜き勾配を有するインサートを圧縮する中間のステップを行う代わりに、環状リールを切断して、被覆線を束にして確実に保持することで抜き勾配を形成するのが実現可能である。
【００１１】
仏国特許出願公開第２９２５８９６号明細書は、両端が終端した直線状の溝内にこのタイプの束を埋め込むことを教示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許第１７２６６７７号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２９１９２８４号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第２９２５８９６号明細書
【特許文献４】仏国特許出願公開第２９１９２８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この解決策には、これらの作業の工業化に影響を及ぼす多くの欠点がある。
【００１４】
被覆線は、非直線状部分が使用されない。被覆線の半製品は部品の総コストのかなりのウェイトを占めるので、このロスは無視できない。
【００１５】
特に、楕円形状に巻き付けることは、巻かれたインサート内に解放されやすい応力を生じると同時に、切断作業時にインサートを変形させる。
【００１６】
これらの技術では、切断領域で被覆線を保持するために多くのシステムが必要である。
【００１７】
本発明の目的は、少ないコストで、かつ工業生産に容易に適切な形で直線状インサートを製造するための技術を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の目的は、ＨＩＣによって金属容器内に埋め込まれる直線状インサートで、互いに接合され、所定の長さを有する被覆線の束を備えるインサートを製造する方法であって、被覆線は直線状の樋状工具内に所定の長さにわたって直線状に並置して配置され、被覆線は互いに接合されることを特徴とする方法によって達成される。
【００１９】
したがって、本発明の解決策により、一方では被覆線のロスが低減され、他方では工業生産レベルにおいて、生産率が高くなり自動化される。
【００２０】
より詳細には、本発明の方法は、所定の数の層が得られるまで所定の数の被覆線を平らに並置して得られた直線状被覆線の積層を形成するステップと、好ましくは両端で保持されるように層を互いに接合するステップとから成る。
【００２１】
より詳細には、第１の層は、特に金属板で形成された平面上に重ねられ、積層の最終層は別の金属板で覆われて、アセンブリが互いに接合される。
【００２２】
一実施形態によれば、層は、被覆線の積層に沿って横方向に配置された金属ストラップによって互いに接合される。
【００２３】
層は線のリールからほどかれた被覆線で形成されるのが好ましく、有利には、１つの層は同時に別のリールから層の線をほどくことで形成される。被覆線は、その後、インサートの被覆線の束の長さに相当する前記所定の長さに切断される。
【００２４】
一実施形態によれば、所望の層の被覆線の両端は、層が形成された後に互いに接合される。所望の層の被覆線は、その後、前記所望の長さになるように、好ましくは、まとめて切断される。
【００２５】
本発明はさらに、このようにして得られた少なくとも１つのインサートを有する金属部品を製造する方法に関する。本発明の方法によれば、
容器を形成する金属体に、少なくとも１つのインサート用の凹部が機械加工される、
前記インサートが凹部内に配置される、
インサートを覆うために金属製カバーが金属体の上に配置される、
カバーは、金属体に溶接される、
金属体とカバーとのアセンブリは、熱間静水圧圧縮によって溶接される、
前記処理されたアセンブリは、前記部品を形成するために機械加工される。
【００２６】
単なる例示であって非限定的な例として挙げられた本発明の実施形態について、添付の概略図を参照して考察された以下の詳細な説明から、本発明はよりよく理解され、本発明の他の目的、詳細、特徴および利点がより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】先行技術の細長形状の部品の製造のさまざまなステップ１ａ〜１ｄを示した図である。
【図２】直線状インサートを製造するための設備の平面図である。
【図３】図１の設備を側面から見た図である。
【図４】設備を前面から見た図であり、被覆線の第１の層が工具の底部に配置された図である。
【図５】図４の工具が充填された後に最上部の金属箔が定位置に置かれた図である。
【図６】被覆線を下部の支持体に接合するための溶接装置を示す図である。
【図７】本発明の方法によって製造されたインサートの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１ａは、Ｓｎｅｃｍａ社およびＭｅｓｓｉｅｒ−Ｄｏｗｔｙ社出願の仏国特許出願公開第２９１９２８４号明細書から抜粋したものであり、容器１と、例えば、着陸装置のロッドを形成するための細長状本体４とを示している。溝４１は、本体４の両側のぞれぞれに機械加工して形成されている。前記溝はインサート３を収容するのに使用され、インサート３は２つの直線状部分を備え、２つの直線状部分は、互いに平行で円弧部分によって両端部で接合される場合もあり、そうでない場合もある。インサートは、チタンのような金属で被覆されたセラミック繊維タイプのインサートである。
【００２９】
溝とインサートとは、インサートが溝にぴったり合うように相補的な形状である。容器内の溝とカバー上のタングとは、約０．２５ｍｍの非常に小さい直径を有する繊維が熱間静水圧圧縮処理時に外れないように接合されるのが好ましいことに留意すべきである。２つのカバー５は、タング５１を形成する突出部を備え、本体４の両側を覆う。タングは、溝内に収容されたインサートを押し付けて、インサートを定位置で封止する。カバー５は、例えば、電子ビーム溶接によって本体４に溶接されて、容器内部を真空にする。
【００３０】
図１ｂには容器が示されており、これはインサートが見えるように部分切り取り図である。次に、容器は、適切なチャンバ内に配置されて、その中で熱間静水圧圧縮処理を受ける。この処理は、容器、そのカバー、および被覆線の層を一緒に接合して、一体部品を形成するための処理である。図１ｃの容器の断面図では、溝４１の縁部４２が、タング５１の近くのカバー５の一部との間に隙間を設けるために面取りされている様子が示されている。熱間静水圧圧縮作業時に、圧力は、カバーの表面に垂直な方向に沿って印加されて、カバーを壊してしまう。
【００３１】
約１０００℃の熱および約１０００バールの圧力を加えることにより、マトリックス金属がインサートを構成する被覆線間の空隙を塞ぐことができる。インサートの容積は、約２３％減少する。したがって、タングは溝の底部に向かって変位され、タングの両側の隙間は吸収される。プロセスの終了時に、金属が溶融して容器が圧縮するので、部品は、塊の中に埋め込まれた線によって補強される。
【００３２】
図１ｄは、透けて見えている２つのインサートを有するブランク部品を示す。ブランクは、その後、所望の部品を得るために機械加工される。したがって、セラミック繊維は、確実に引張力および／または圧縮力を伝達する部品の分岐部に埋め込まれる。
【００３３】
仏国特許出願公開第２９１９２８３号明細書の教示に従って使用されるインサートは環状であるが、仏国特許出願公開第２９１９２８４号明細書に記載されているように、インサートは直線状のロッド要素の形状にしてもよい。直線状ロッド要素の場合、直線状インサートは、仏国特許出願公開第２９１９２８４号明細書に記載されている技術によって、予め圧縮されてから容器に埋め込まれる。
【００３４】
仏国特許出願公開第２９１９２８４号明細書に従う直線状インサートの製造は、直線状部分を有する環状リール装置の周囲に被覆線を巻き付けるステップを含む。形状は、直線部分を有する楕円形にしてもよく、多角形にしてもよい。多角形の場合、多角形の辺が直線部分を成す。
【００３５】
線（複数可）を巻いてリングの形にした後、リングの巻きは、溶接金属ストリップを使用して互いに固定される。アセンブリは、上述した技術によって、容器に埋め込まれて、熱間静水圧圧縮処理を受ける。直線状の圧縮インサートは半仕上げ部品から機械加工され、その後、直線状セラミック繊維補強材を有する部品を製造するために、個々に容器に埋め込まれる。
【００３６】
本発明によれば、インサートの製造は、束状に互いに接合した直線状の被覆線１３から直接作られる直線状インサート１３１を形成することで単純化される。
【００３７】
図２を参照すると、本発明の方法を実施するための設備は、被覆線１３が巻かれる複数のリール１２を支持するペイオフリール１０を備える。被覆線はツインロールシステム１４によってそれぞれのリールから引き出され、被覆線はツインロールシステムに向かって集まる。システムは、平行軸を中心に回転される２つのローラで形成され、ローラのうちの少なくとも１つは駆動ロールである。被覆線は、２つのローラ１４間の空間に並んで層状に配置され、出口では、互いに平行な並置被覆線１３の層を成す。ロール１４のすぐ下流側で、被覆線の層は、平底部１５１と前記底部に垂直で露出領域１５４を含む２枚の側板１５２、１５３とを有する直線状樋状部１５の形の工具内に案内される。樋状工具１５の長さは、製造されるインサート１３ｉの長さに相当する。層は、所望のインサート１３ｉの長さに相当する長さにわたって工具１５の中に引き出される。
【００３８】
図２〜図５に示されている実施形態によれば、薄い金属箔または金属板１６は、樋状工具１５の底部の配置され、第１の層が金属箔上に載せられる。層の幅は、金属箔の幅と同じである。金属箔の金属は、インサートが作られる金属部品の金属と同じであるのが好ましい。その金属は、例えば、チタン合金である。
【００３９】
層内の線の数は限定的ではなく、製造される部品に応じて決まり、図３および図５に示されているのは単なる例であり、複数の線の直径は樋状部と同じ縮尺ではない。線は、線と線との間にスペースを空けずに層内に並置される。
【００４０】
本発明の接合形態によれば、被覆線は、樋状部の両端の金属箔１６に付着される。
【００４１】
機械的手段および溶接手段の２つの技術が実現可能である。溶接手段の場合、好適な手段は、本出願人名義の欧州特許出願公開第１７２６６７７号明細書に示されている教示に従う中周波発生器を備える。この技術については、以下で改めて説明する。
【００４２】
機械的保持の場合、層を保持できるように、被覆線の両端に余分の長さが設けられる。これらの余分の長さは、切断されて、最終的には廃棄される。この実施形態は図示されていない。
【００４３】
所望の長さに応じて、溶接により中間の点で保持するのが実現可能である。
【００４４】
このようにしてその支持体に付着された第１の層は、せん断機などの適切な切断手段１７によって樋状部入口で切断される。
【００４５】
ロールシステム１４によって保持されている層は、再び引き出されて、第１の層の上に重ねられる次の層を形成する。したがって、被覆線は全て同じ長さである。
【００４６】
作業は、高さが所望のインサート１３ｉの寸法に相当する高さになるまで繰り返される。最後に、図５に示されるように第２の金属箔１６’が最上部に載せられる。
【００４７】
次に、ストラップを形成する小さい金属箔１６’’が工具１５の露出領域１５４の側面に沿って位置決めされて、被覆線の束を取り囲むステープルのように、アセンブリをまとめて保持し、被覆線が過度に膨張するのを防ぐ。完成したインサート１３ｉは、図７に示されている。
【００４８】
図示されていないが、両端の機械的保持の場合、さらに末端を切断する作業が必要である。
【００４９】
図示されていないが、別の実施形態によれば、被覆線の層は、両端を溶接することで、またインサートに沿った溶接線によって定位置で保持される。次の層は、下の層に溶接される。
【００５０】
この実施形態は、両端を保持するための機械的システム、最上部の金属箔、および側面の小さい金属箔が必要でない。
【００５１】
図示されていないが、別の実施形態によれば、容器の空洞の形状に応じて可能であれば、インサートは容器の空洞内に直接形成される。第１の層は、両端部を溶接することで、また、必要に応じて、インサートに沿った溶接線によって定位置で保持される。次の層は、下の層に溶接される。この構造により、Ｕ字型工具および種々の金属箔をなくすことができる。
【００５２】
本発明の方法は、正方形または長方形断面のインサートの製造に限定されない。被覆線の層の積み重ねによる製造方法により、被覆線の連続層の幅を変えることで台形断面を製造することができる。
【００５３】
さらに、本発明の方法により、複数のインサートを同時に製造することができるが、この場合、インサートは、上述のようにして得られた「束」の長さに切断される。
【００５４】
インサートが完成すると、図７に示されるように、金属部品を形成するための周知の上述した方法によって、インサートは金属容器に埋め込まれる。
【００５５】
金属部品の特定の実施形態によれば、金属箔の１つは支持体として、およびインサートが入れられる金属容器のカバーとして使用される。カバーは、容器に溶接されると同時に、熱間静水圧圧縮処理の前に部品内を真空にする。
【００５６】
被覆線または接合層または被覆線の束を金属支持体に局部溶接するための方法および装置について、以下に説明する。支持体は、厳密に言えば、金属支持体で、本発明の場合、樋状部の底部に配置された金属箔もしくは樋状部自体の底部か、あるいは別の被覆線または被覆線の別の層もしくは別の束と考えられる。
【００５７】
上述の方法および装置は、被覆線または層または束を支持体に接合するのに適しており、それと同時に、被覆線（複数可）内に伸びるセラミック繊維の一体性を維持する。また、上述の方法および装置により、被覆線の巻き付けまたはドレープ形成プロセス時に被覆線が破損した場合に被覆線を修理することができる。
【００５８】
図５を参照すると、被覆線１３の層は層の両端で支持体１６に接合される。そのためには、２つの電極間で接触溶接して中周波電流を通すための装置２０が使用される。被覆線１３は、この場合、断面図で示されている。
【００５９】
電極溶接装置２０は、正極２２と負極２３とに接続される中周波発生器２１を備える。溶接装置はさらに、電極に印加される力を制御するモジュールを備える。図５の実施形態では、正極２２および負極２３は、被覆線１３の層に対して横方向に伸びる。正極２２および負極２３の断面形状は、幅全体にわたって均一である。
【００６０】
正極２２は、例えば、銅製またはタングステン製とすることができるが、傾斜した端部を備える。この端部は、正極２２と被覆線１６の層とが接触する最も狭い線またはストリップに沿って電流線が通るように電流線が最大で収束するような形状である。この端部は、被覆線を破損させる可能性のあるせん断を防ぐために丸みを帯びている。この端部の半径は、電流線の最良の収束が得られるように選択されるが、被覆線をせん断しないように狭すぎることはない。
【００６１】
このように電極を配置することにより、次に、非常に狭いストリップに沿って金属箔１６から成る支持体に被覆線の層を確実に溶接することができる。電流濃度は、このストリップにおいて一定である。
【００６２】
電極溶接のプロセスは、被覆線の層の金属の加熱と、電極による加圧で得られるわずかな鍛造とを組み合わせた特別な特徴を有する。有利には、加熱および加圧の強さと時間は、金属の温度上昇を最小限に抑えて、その金属を鍛造して、それにより固相溶接できるように制御される。
【００６３】
被覆線の層は、中周波発生器２１によって生じた制御電流により生じる正極負極間の電流通過によって加熱される。層に加えられる圧力は、この場合、正極２２による加圧で得られ、これにより正極２２はプレス機としての第２の機能を行う。正極の端部の丸みを帯びた形状は、層の被覆線をせん断してはいけないため、この機能の場合に非常に重要となる。
【００６４】
本明細書で示す電極溶接プロセスは、以下のように進む。すでに上述したように、これは固相溶接プロセスである。正極と負極とがそれぞれ、被覆線の層と樋状部の底面とに接触して配置される。第１の段階では、２つの電極間で、圧力のみが被覆線に加えられる。圧力は、Ｐ１の値、好ましくは、５〜１３ｋｇまで上げられる。この「低温」加圧段階の機能は、被覆線を互いに、かつ支持体の壁に適切に確かに接触させることである。被覆線が２層から成る場合、関係する被覆線の全てが互いに接触する（支持体の役割をする被覆線の層の一方が他方に接触する）。このように適切に接触することで、次の段階で電流が適切に通過することができる。次に、電流が、好ましくは５００〜１５００Ａの値まで上げられる。これにより、被覆線のセラミック繊維を覆う金属を加熱して、溶接を始めることができる。
【００６５】
次に、圧力がそれより高い値まで上げられて、層の被覆線をさらに鍛造する。次に、圧力は、溶接に要した時間の間、初期値に下げられて、冷却を行う。
【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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【国際調査報告】
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