(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物から輪郭形成された構造を形成するための方法であって、
第１の側面及び第２の側面を含み、約２インチ以下の厚さを有している被加工物を提供することと、
前記被加工物の前記第１の側面がディープローリングツールに接近可能であるように、前記被加工物を固定具に位置付けることと、
前記ディープローリングツールで前記被加工物の前記第１の側面に圧縮力を印加することと、
前記被加工物の第１の部分の表面または当該表面の付近に局在する残留圧縮応力を導入するために前記圧縮力を印加し続ける間、前記被加工物に対して前記ディープローリングツールを移動させることと、
前記被加工物の第２の部分に接触するように前記ディープローリングツールを調節すること、及び前記被加工物の前記第２の部分の表面または当該表面の付近に局在する残留圧縮応力を導入するために前記被加工物に対して前記ディープローリングツールを移動させることと、
前記被加工物の一又は複数の追加部分に接触するように前記ディープローリングツールを調節すること、及び前記被加工物の前記一又は複数の追加部分の表面または当該表面の付近に局在する残留圧縮応力を導入するため、そして前記被加工物に１インチから３００フィートの半径を有する凸状の輪郭を導入するために前記被加工物に対して前記ディープローリングツールを移動させることと
を含む方法。
【請求項２】
前記ディープローリングツールが、０．０５インチから１インチの直径を有している球状ボール、又は各々が直径０．１インチ長さ０．２５インチから直径３．０インチ長さ１２インチの寸法を有している一又は複数の円筒を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被加工物の前記第１の部分、前記第２の部分、及び前記追加部分が各々、（ａ）複数の平行な隣接線分、及び（ｂ）前記被加工物の前記第１の側面における正方形又は長方形のエリアのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ディープローリングツールによって前記被加工物の部分に印加される圧縮力の量が、０．１ｋｓｉから３０ｋｓｉの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記被加工物に対して前記ディープローリングツールを移動させることが、０．０１インチ／秒から１０インチ／秒の速度で前記ディープローリングツールを移動させることを含み、
前記被加工物の前記第１の部分、前記第２の部分、又は前記一又は複数の追加部分の表面または当該表面の付近に局在する残留圧縮応力を導入するために、前記被加工物に対して前記ディープローリングツールを移動させることが、１回から１０回まで前記被加工物の同一部分の上方で前記ディープローリングツールを移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ディープローリングツールによる残留圧縮応力の導入後の前記輪郭形成された構造の前記第１の側面の表面粗さが、前記ディープローリングツールによる残留圧縮応力の導入前の前記被加工物の前記第１の側面の表面粗さ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記被加工物が金属又は複合材を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記被加工物の前記第１の部分に残留圧縮応力を導入するために前記ディープローリングツールにより印加される力の量が変動する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記被加工物の前記第２の側面の一部の表面または当該表面の付近に局在する残留圧縮応力を導入するために、第２のディープローリングツールで前記被加工物の前記第２の側面に別の圧縮力を印加すること
を更に含み、
前記第２の側面に前記別の圧縮力を印加することが、前記第１の側面に前記圧縮力が印加されるのと同時に起こる、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、概して輪郭形成された構造の形成に関し、より具体的には輪郭形成された構造を形成するためにディープローリングを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の航空機は、外板、アクセスパネル、下げ翼、及び胴体部分を含む多様な用途において、湾曲した金属パネルなどの輪郭形成された構造を用いている。輪郭形成された金属パネルを形成するための従来の方法は、ショットピーニング及びレーザショットピーニングを含む。ショットピーン成形において、金属、ガラス又はセラミックショットの流れは、金属の被加工物表面に衝突し、その表面を弾性的かつ塑性的に引き伸ばし、残留圧縮応力として現れる局部的な低塑性変形を導入する。弾性的かつ塑性的な引き伸ばしと圧縮応力との組み合わせにより、金属パネルには、ショットピーニングされた側に凹状曲率が生じる。プロセス変動のため、ショットピーニングに問題が生じる。更に、ショットピーニングは、破損することが多く、定期的な交換を要する鋳鉄、カットワイヤ鋼、ガラス又はセラミックで通常作られる小さなショットを使用する。交換されるショットの取り扱い及び配置が、環境問題を引き起こす可能性がある。
【０００３】
レーザショックピーニングは、ショットピーニングと同じように作動するが、被加工物に衝撃を与えるために鋼片又はセラミック片の代わりにパルスレーザを使用する。しかしながら、レーザショックピーニングには、成形前後に高価な設備と時間を要するマスキング／アンマスキングステップが必要とされる。
【０００４】
これらの方法はまた、被加工物の表面粗さを増大させ、これにより、金属パネルに輪郭が導入されると、更に時間がかかり高価な表面処理が必要となる。輪郭形成された金属パネルを形成する改良された方法が望ましいだろう。
【発明の概要】
【０００５】
以下は、本発明の一又は複数の実施形態の幾つかの態様の基本的な理解を提供するために簡単な概要を提示する。本概要は、広範な概説ではなく、本発明の主要な要素若しくは重要な要素を特定すること、更には本開示の範囲を正確に記述することを意図しているのではない。むしろ、本概要の主要な目的は、後に提示される詳細な説明の前置きとして、単純な形式で一又は複数の概念を提示するためのものに過ぎない。
【０００６】
１つの態様では、被加工物から輪郭形成された構造を形成するための方法が提供される。方法は、第１の側面及び第２の側面を含む被加工物であって、約２インチ以下の厚さを有している被加工物を提供することを含む。被加工物の第１の側面がディープローリングツールに接近可能であるように、被加工物は、固定具に位置付けることができる。ディープローリングツールは、被加工物の第１の側面に圧縮力を印加する。被加工物の第１の部分に塑性変形を導入するために圧縮力を印加し続ける間、ディープローリングツールは、被加工物に対して移動することができる。ディープローリングツールは、被加工物の第２の部分に接触するように調節することができ、被加工物の第２の部分に塑性変形を導入するように、被加工物に対して移動することができる。次いで、ディープローリングツールは、被加工物の第１の側面に凸状の輪郭を導入するように金属片の一又は複数の追加部分に塑性変形を導入するために、調節することができる。
【０００７】
別の態様では、ビークルで使用するためのパネルが提供される。パネルは、２インチ以下の厚さ、１フィート以上の長さ、及び０．５フィート以上の幅を有することができる。パネルの第１の側面は、約１インチから約３００フィートの半径を有する凸状の輪郭を含むことができ、第１の側面の凸状の輪郭は、ディープローリングプロセスにより導入された。凸状の輪郭を有するパネルの第１の側面は、Ｒａ１がディープローリングプロセス前のパネルの表面粗さであり、Ｒａ２がディープローリング後であって任意の表面処理前の表面粗さ値であるとき、表面粗さ値Ｒａ１以下である表面粗さ値Ｒａ２を更に含むことができる。
【０００８】
別の態様では、被加工物から輪郭形成された構造を形成するためのシステムが提供される。システムは、被加工物、及び被加工物の第１の側面に０．１ｋｓｉから３０ｋｓｉの力を印加可能なツール要素を含む第１のディープローリングツールを位置付けるための固定具を含むことができる。システムは、第１のディープローリングツールに取り付けられた第１のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシンを更に含むことができ、第１のＣＮＣマシンは、被加工物に対して０．０１インチ／秒から１０インチ／秒の速度で第１のディープローリングツールの移動を制御する。第１のＣＮＣマシンが、第１のディープローリングツールにより被加工物の第１の側面への輪郭の導入を制御することができ、輪郭は、約１インチから約３００フィートの半径を有している。
【０００９】
この明細書に組み込まれ、かつ、この明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を例示しており、説明部分と共に、本開示の原理を解説するために役立っている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】Ａ及びＢは、種々の輪郭形成された金属パネルを含む航空機を示している。
【図２】本開示による被加工物から輪郭形成された構造を形成するための例示的システムを示している。
【図３】Ａ及びＢは、本開示による例示的なディープローリングツール要素を示している。
【図４】本開示による輪郭形成された構造を製造するためにディープローリングを使用する例示的な方法を示している。
【図５】ＡからＣは、本開示による被加工物における輪郭形成中の、金属の被加工物の例示的なディープローリングされた部分及びディープローリングツールの経路を示している。
【図６】本開示によるディープローリングによって形成された、輪郭形成された金属構造を概略的に示している。
【図７】本開示による被加工物から輪郭形成された構造を形成するための別の例示的システムを示している。
【図８】ディープローリング前後の７０７５アルミニウムサンプルで測定された表面粗さを示している。
【図９】機械加工、ディープローリング、及びショットピーニングされた７０７５アルミニウムサンプルに対して測定された残留応力特性を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面の幾つかの細部は、厳密な構造的な精度、細部、及び縮尺を維持するよりむしろ、本開示の理解を促すために簡略化され図示されていることに留意されたい。
【００１２】
添付図面に例が示される本開示の例示的な実施形態に、以下で詳しく言及していく。可能な場合には、同一又は類似の部品を言及するのに、図面全体を通して同一の参照番号が使用されることになる。
【００１３】
ディープローリングは、例えば、鋳造、鍛造等により予め成形された金属部品の疲労強度を改善するために使用されてきた機械的表面処理である。予め成形された金属部品は、通常、ボルト、車軸、車輪リム及び改善した疲労強度を要する他の部品を含む。ディープローリングでは、球状ボール又は円筒などのツール要素が、例えば、車軸などの表面上方を移動しつつ、同時に車軸表面に圧縮力を印加する。これにより、車軸表面付近に局在する低塑性変形が起こり、部品の改善した疲労性能がもたらされる。しかしながら、ディープローリングの使用は、予め成形された金属部品の疲労性能の改善に限定されてきた。
【００１４】
本開示のシステム及び方法は、平らな被加工物及び湾曲した被加工物から輪郭形成された構造を形成するためにディープローリングを利用する。システム及び方法の使用は、金属の被加工物から輪郭形成された構造を形成することに限定されず、例えば、複合材において使用することができる。本明細書で開示される例示的ディープローリングシステム及び方法は、プロセス変動、高価な設備、及びその後のショットピーニング及びレーザショックピーニングと関連する表面粗さ処理を回避する。更に本明細書で開示される例示的システム及び方法は、製造後の表面処理としてではなく、形成プロセス中に疲労強度改善及び低レベルの加工硬化を提供する。
【００１５】
図１Ａは、航空機外板、アクセスパネル、下げ翼、翼外板、及び胴体部分など、多くの輪郭形成された金属構造を含む航空機１００を示している。図１Ｂに示されるアルミニウム外板パネル１１０は、空力的理由で輪郭形成されている金属構造の例である。以下の説明では、例示的方法を示す例として、航空機の金属外板パネルについて言及するが、当業者は、他のビークルで使用される金属構造が考えられ、チタニウム、鋼、炭素繊維強化ポリマー複合材、他のポリマー／プラスチックマトリクス複合材、金属マトリクス複合材、及びセラミックマトリクス複合材を含むがこれらに限定されない、アルミニウム以外の他の種類の金属が考えられると理解するだろう。
【００１６】
図２は、被加工物から輪郭形成された構造を形成するために使用することができる例示的ディープローリングシステム２００を示している。本明細書で使用されるように、「被加工物」という用語は、ディープローリングが、例えば、航空機用の金属外板パネルなどの輪郭形成された構造を形成するために一又は複数の輪郭を導入することになる、例えば、金属パネル又はプレートなどの初期構造を指す。被加工物は、平らであってもよく、又は既に輪郭を含んでいてもよい。本明細書で使用されるように、「輪郭形成された構造」という用語は、ディープローリングが一又は複数の湾曲／曲率を導入した被加工物を指す。ディープローリングシステムは、固定具２４０、ディープローリングツール２１０及びコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシン２３０を含むことができる。ディープローリングシステム２００は、例えば、水圧ポンプ、器具、及びプロセスパラメータをその場でモニタし、制御し、記録するセンサを含む制御システム２７０を更に備えることができる。制御システム２７０は、固定具２４０、ディープローリングツール２１０、及び／又はＣＮＣマシン２３０を制御するために連結することができる。固定具２４０は、１つの側面がディープローリングツール２１０にアクセスできるように被加工物２９０を位置付けることができる。固定具２４０及びディープローリングツール２１０は、一方が移動しつつ、残りの一方が静止しているように構成することができる。別の例では、固定具２４０及びディープローリングツール２１０は、両方が移動するように構成することができる。
【００１７】
ディープローリングツール２１０は、ディープローリングヘッド２２０を含むことができる。ディープローリングヘッド２２０は、被加工物２９０の表面に接触して、被加工物２９０の表面に局在する低塑性変形を導入するように、典型的には球形状又は円筒形状の要素を含む。図３Ａは、ボールリテーナ３２４によって静水圧的に停止させることができる球状のボール要素３２２を含む例示的ヘッド３２０を示している。空洞３２６は、冷却剤又は油などの加圧液体を保持することができる。球状のボール３２２は、ボールリテーナ３２４内で任意の方向に回転することができる。球状のボール３２２は、例えば、約０．０５インチから約１インチの直径を有することができる。
【００１８】
ディープローリングツールは、代替的には、円筒状の要素を含むことができる。図３Ｂは、軸３２５として示される固定軸周囲を回転することができる円筒状の要素３２１を示している。円筒状の要素３２１は、例えば、直径０．１インチ長さ０．２５インチから直径３．０インチ長さ１２インチの寸法を有することができる。
【００１９】
ディープローリングシステム２００は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシン２３０を含むことができる。本明細書ではＣＮＣマシンと称されているが、当業者は、ＣＮＣマシン２３０が、従来の機械だけではなく多軸ＣＮＣマシンも含むことができると理解するだろう。ＣＮＣマシン２３０は、例えば、旋盤、ボール盤、フライス盤、複合工作機械、又は従来の工具とすることができる。ＣＮＣマシン２３０は、場所と力を制御することができ、ディープローリングツール２１０は、被加工物２９０の表面に影響を及ぼす。
【００２０】
図４は、本開示による輪郭形成された構造を形成するための例示的な方法４００を示している。例示的方法４００は、金属の被加工物から輪郭形成された金属構造を形成することを説明しているが、複合材の被加工物及び輪郭形成された複合構造を含む他の被加工物及び輪郭形成された構造も考えられる。４１０では、輪郭形成された金属構造に形成されることになる金属の被加工物が提供される。図５Ａに示される金属の被加工物２９０は、航空機などのビークルでの使用のために輪郭形成された金属構造に形成することができる、アルミニウム、チタニウム、鋼又は他の金属で作られた金属構造であり得る。金属の被加工物は、平らであってもよく、又は輪郭／湾曲を含んでいてもよい。金属の被加工物は、例えば、開口、窓など、他の構造要素も含むことができる。図２の側面図に示される金属の被加工物２９０は、第１の側面及び第２の側面２９２を含むことができる。第１の側面２９１は、図２の上面に対応し、第２の側面２９２は、固定具２４０に面した底面に対応する。金属の被加工物２９０は、約２インチ以下の厚さ、約１フィート以上の長さ、及び約０．５フィート以上の幅を有することができる。航空機の翼構造に形成される例示的な被加工物は、約１５０フィートまでの長さと約４０フィートまでの幅を有することができる。
【００２１】
図４の４２０では、金属の被加工物は、１つの側面がディープローリングツールに接近可能となるように固定具の上に位置付けることができる。例えば、再び図２を参照すると、固定具２４０は、ディープローリングツール２１０が被加工物２９０の上面２９１に物理的に接触できるように、被加工物２９０を位置付けることができる。
【００２２】
４３０では、ディープローリングツールは、被加工物の表面に圧縮力を印加することによって、被加工物に塑性変形を導入することができる。再び図２を参照すると、ＣＮＣマシン２３０は、ディープローリングツール２１０が、被加工物２９０の第１の表面２９１に０．０５ｋｓｉから１５０ｋｓｉの範囲の圧縮力を印加するようにプログラムすることができる。例えば、０．１ｋｓｉから１５ｋｓｉの圧縮力をアルミニウム合金に印加することができ、０．１ｋｓｉから３０ｋｓｉの圧縮力をチタニウム合金に印加することができる。
【００２３】
塑性変形は、圧縮力を印加し続けながら、被加工物に対してディープローリングツールを移動させることによって、被加工物の第１の部分に導入することができる。他のパラメータの間で、ディープローリングツールによって表面に印加される力や、ディープローリングツールが表面上を移動する際の経路を制御することによって、輪郭形成された構造を形成するために、輪郭を被加工物に導入することができる。例えば、ＣＮＣマシン２３０は、表面２９１に圧縮力を印加し続けながら、被加工物２９０に対してディープローリングツール２１０を移動させるようにプログラムすることができる。例えば、ディープローリングツール２１０は、被加工物２９０に対して、０．０１インチ／秒から２０インチ／秒の速度で移動することができる。
【００２４】
ＣＮＣマシン２３０は、ディープローリングツール２１０が第１の表面２９１に沿って進む際にディープローリングツール２１０の経路を制御するようにプログラムすることができる。例えば、ＣＮＣマシンは、被加工物の一又は複数の位置に塑性変形を導入することができるように、ディープローリングツールの移動を制御することができる。本明細書で使用されるように、部分という用語は、ディープローリングの対象である被加工物の一部を指す。例えば、部分は、被加工物の円形エリア又は多角形エリアであり得る。部分はまた、ディープローリングツールが進む一又は複数の線分であり得る。図５Ａから図５Ｃは、被加工物２９０の第１の表面２９１の上面図を示している。第１の表面２９１の幾つかの例示的経路５１０、５２０及び５３０が示されている。各例は、被加工物の表面のいくつかの部分に塑性変形が導入される際にディープローリングツールが移動できる経路を表している。図５Ａは、複数の経路５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、・・・５１０ｎを示しており、この場合、各経路は、被加工物の部分に対応する。例えば、第１の部分５１５ａ、第２の部分５１５ｂ、及び第３の部分５１５ｃは、塑性変形が導入された被加工物２９０の部分を表す。各部分５１５ａ、５１５ｂ、及び第５１５ｃは、それぞれ５１０ａ、５１０ｂ、及び５１０ｃに対応する。例えば、経路５１０ａに沿ってディープローリングツールを移動させつつ圧縮力を印加することによって、被加工物２９０の第１の部分５１５ａに塑性変形を導入することができる。
【００２５】
図５Ｂは、別の例示的経路５２０を示す。単一の経路として図示されているが、ディープローリングツール２１０は、被加工物２９０の複数の部分を処理するようにその方向及び／又は場所を変更するために調節される。図５Ｃは、更なる別の例示的経路を示す。経路５３０ａ、５３０ｂ及び５３０ｃは、長方形であり、各々が被加工物２９０の別個の部分を処理する。例えば、円形経路又は螺旋状経路などの他の形状の経路が考えられ、所望の輪郭、材料の種類、被加工物の大きさ、固定具における被加工物の向き、及び輪郭形成された構造への特定の用途次第で決定されるということを当業者は理解するだろう。例えば、被加工物に同一の輪郭を導入するために、異なる経路を使用することができる。
【００２６】
ディープローリングツール２１０は、圧縮応力を印加しつつ、例えば、１回から１０回など、一又は複数回、同一経路に沿って移動することができる。更に、ディープローリングツール２１０によって印加される圧縮力の量は、経路に沿って移動する際に変動してもよい。
【００２７】
図４の４４０では、ディープローリングツールは、被加工物の第２の部分に圧縮力が印加されるように調節することができる。図５Ａを参照すると、ディープローリングツール２１０は、経路５１０ａに沿って一又は複数回移動した後に、経路５１０ｂに沿って一又は複数回移動しつつ圧縮力を印加するように調節することができる。これにより、被加工物２９０の第２の部分５１５ｂに塑性変形が導入される。先ほど考察されたように、ディープローリングツール２１０によって印加される圧縮応力は、経路５１０ｂに沿って移動する際に一定でも変動してもよい。経路５１０ｂに沿って移動する際にディープローリングツール２１０によって印加される圧縮応力は、経路５１０ａに沿って印加される圧縮応力と同一であっても異なっていてもよい。平行な経路として図示されているが、当業者は、経路の方向が所望される輪郭次第で変更できることを理解するだろう。
【００２８】
４５０では、ディープローリングツールは、被加工物の一又は複数の追加部分に圧縮力が印加されるように調節することができる。図５Ａを参照すると、ディープローリングツール２１０は、経路５１０ｃに沿って一又は複数回移動しつつ圧縮力を印加するように調節することができる。これにより、被加工物２９０の第３の部分５１５ｃに塑性変形が導入される。当業者は、部分の数、経路の場所、各径路に沿った通過回数、及び圧縮応力が、一又は複数の所望の輪郭を形成するために変動し得ることを理解するだろう。
【００２９】
被加工物の第１の部分、第２の部分、及び一又は複数の追加部分への圧縮力の印加に続き、輪郭が導入される。図６に示されるように、輪郭形成された金属構造６００が、金属の被加工物２９０から形成できる。被加工物の第１の表面２９１は、金属構造６００の凸状に輪郭形成された表面６９１に対応する。要するに、被加工物２９０の第１の表面２９１におけるある範囲の圧縮力印加が、金属構造６００に凸状の輪郭を導入する。凸状の輪郭は、約１インチから約３００フィート、約５インチから２００フィート、又は１２インチから約５０フィートの半径を有することができる。ディープローリングは、約２インチ以下の幅、約１フィート以上の長さ、及び約０．５フィート以上の幅を有する輪郭形成された金属構造６００を形成するために使用することができる。
【００３０】
図７は、被加工物の両側に同時に圧縮残留応力を導入するために２つのツールを含む、別のディープローリングシステムを示す。例示的ディープローリングシステム７００は、第１の要素７２０を有する第１のディープローリングツール７１０と、第１のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシン７３０と、例えば、水圧ポンプ、器具、及びプロセスパラメータをその場でモニタし、制御し、記録するセンサを含むことができる第１の制御システム７７０を含むことができる。ディープローリングシステム７００は、第２の要素７２２を有する第２のディープローリングツール７１２と、第２のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシン７３２と、例えば、水圧ポンプ、器具、及びプロセスパラメータをその場でモニタし、制御し、記録するセンサを含むことができる第２の制御システム７７２を更に含むことができる。
【００３１】
ディープローリングシステム７００は、第１の側面７９１が第１のディープローリングツール７１０に接近可能であり、第２の側面７９２が第２のディープローリングツール７１２に接近可能であるように、被加工物７９０を位置付けることができる。垂直構成で図示されているが、当業者は、他の構成が考えられることを理解するだろう。ディープローリングシステム７００は、側面７９１及び７９２に圧縮残留応力を同時に又は連続して導入することによって、被加工物に一又は複数の輪郭を形成するために使用することができる。別の例では、圧縮残留応力をまず側面７９１に、続いて側面７９２に交互に導入し、次いで所望されるように繰り返すことによって、輪郭を被加工物７９０に形成することができる。
【００３２】
開示されたディープローリングシステムは、例えば、航空機の外板として使用する金属パネルなどの輪郭形成された構造を製造するための既存のワークフローに組み込むことができる。再び図４及び図６を参照すると、ディープローリング方法４００を使用して輪郭形成された構造を形成することは、追加の利点を提供することができる。例えば、輪郭形成された構造６００の表面粗さは、ディープローリング前の表面粗さと比較して、同一のままでも改善されてもよい。図８は、７０５０アルミニウムのディープローリング前後の表面粗さ測定の結果を示している。表面粗さは、ディープローリング前に、１から４の番号を付けられた４つのサンプルで測定された。測定は、異なる４つの場所で行われた。ディープローリング前の表面粗さは、図８の左側に示されるように、約７０−１３０マイクロインチで変動した。ディープローリング後であって、表面粗さを変えるであろう任意の表面処理前に、同じ４つの場所で測定が行われた。図８の右側に示されるように、表面粗さは、約３０−５５マイクロインチまで減少した。これに対して、ショット又はレーザショックピーニングにより湾曲構造を形成すると、表面粗さが著しく増加し、製造ワークフローで次のステップへ移動する前に表面粗さを減らすための後続の表面処理が必要となる。
【００３３】
輪郭形成された構造を形成するためにディープローリングを使用することにより、より高く掘り深い残留応力を提供することもできる。これにより、輪郭形成の生産性及び効率を改善することができ、より広範な輪郭曲率の形成が可能になる。疲労特性もまた、より深くより高い残留応力によって強化することができる。図９は、機械加工、ショットピーニング、及びディープローリングされた７０５０アルミニウムサンプルに対する残留応力特性を示している。ディープローリングされたサンプルに対して測定された残留応力は、機械加工及びショットピーニングと比較して、より高く、サンプル内に更に広がった。０．７ｋｓｉでディープローリングされたサンプルについては、残留応力が、サンプル表面から０．０２インチの深さで約−１０ｋｓｉ以上であった。１．５ｋｓｉでディープローリングされたサンプルについては、残留応力が、サンプル表面から０．０２インチの深さで約−２０ｋｓｉ以上であった。これに対して、機械加工されたサンプル及びショットピーニングされたサンプルは、０．０２インチの深さで約−５ｋｓｉ未満の残留応力を示した。
【００３４】
広範な本開示を明記する数値的範囲及びパラメータが概算であるにもかかわらず、特定の例において明記された数値は、できるだけ正確に報告されている。しかしながら、任意の数値は、それぞれの試験的測定に見られる標準偏差から必然的に生じる若干の誤差を本質的に含んでいる。更に、本明細書で開示されたすべての範囲が、本明細書内に包含される任意のすべての部分範囲を含むと理解すべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値０から最大値１０の間の（を含む）任意のすべての部分範囲を含むことができ、要するに、任意のすべての部分範囲は、例えば、１から５などの、０以上の最小値及び１０以下の最大値を有している。場合によっては、パラメータとして提示された数値は、負の値を取ることができる。こここの場合、「１０未満」と提示された範囲の例示的値は、例えば、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０などの負の値を想定することができる。本開示は一又は複数の実施態様を参照して図示されてきたが、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱せずに、例示的例に対して変形及び／又は修正を行うことができる。例えば、プロセスが一連の作用又は事象として記載されているが、本開示はそのような作用又は事象の順番に限定されないことが認識されるだろう。そのような作用は、異なる順番で及び／又は本明細書に記載されたものを除いた別の作用又は事象と同時に起こることがある。また、本開示の一又は複数の態様若しくは実施形態に従って方法論を実施するために、すべてのプロセス段階が必要とされるわけではない。構造的構成要素及び／又は処理段階を追加でき、既存の構造的構成要素及び／又は処理段階を除去又は修正できると認識されるだろう。更に、本明細書に示された作用のうちの一又は複数は、一又は複数の別個の作用及び／又は段階で実行されることがある。また更に、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」「有している（ｈａｖｉｎｇ）」「有する（ｈａｓ）」「伴う（ｗｉｔｈ）」又はそれらの変形の用語が詳細な説明及び特許請求の範囲のどちらにも使用される限りにおいては、そのような用語は、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様に包含されることを意図している。「〜のうちの少なくとも１つ」という用語は、列挙された項目のうちの一又は複数を選択できることを意味するために使用される。更に、考察及び特許請求の範囲で、他方における一方など２つの材料に対して使用された「における、上に（ｏｎ）」という用語は、材料間の少なくともいくらかの接触を意味するのに対し、「上方に（ｏｖｅｒ）」は、複数の材料が接近しているが、接触は可能だが必須ではない一又は複数の追加的な介在する材料を伴う可能性がある。「における、上に（ｏｎ）」と「上方に（ｏｖｅｒ）」のどちらも、本明細書で使用されるように何れの方向性も示さない。「コンフォーマル」という用語は、下にある材料の角度がコンフォーマル材料によって保護されるコーティング材を形容する。「約」という用語は、列挙された値が、例示された実施形態に対してプロセス又は構造の不適合を生じさせない限り、いくらか変更され得ることを示す。最後に、「例示的」は、記述が、理想的であることを示唆するというよりむしろ、例として使用されていることを示している。本開示の他の実施形態は、本明細書の開示の仕様及び実践を検討することにより、当業者には明らかになるだろう。仕様及び例を単なる例示的ものと見なすことが意図されており、本開示の真の範囲及び精神は、以下の特許請求の範囲によって示されている。
【００３５】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項１．  被加工物から輪郭形成された構造を形成するための方法であって、
第１の側面及び第２の側面を含む被加工物であって、約２インチ以下の厚さを有している被加工物を提供することと、
被加工物の第１の側面がディープローリングツールに接近可能であるように、被加工物を固定具に位置付けることと、
ディープローリングツールで被加工物の第１の側面に圧縮力を印加することと、
被加工物の第１の部分に塑性変形を導入するために圧縮力を印加し続ける間、被加工物に対してディープローリングツールを移動させることと、
被加工物の第２の部分に接触するようにディープローリングツールを調節すること、及び被加工物の第２の部分に塑性変形を導入するように被加工物に対してディープローリングツールを移動させることと、
被加工物の第１の側面に凸状の輪郭を導入するように被加工物の一又は複数の追加部分に塑性変形を導入するためにディープローリングツールを調節することと
を含む方法。
条項２．  凸状の輪郭が、約１インチから約３００フィートの半径を有している、条項１に記載の方法。
条項３．  被加工物の第１の部分、第２の部分、及び追加部分が各々、隣接する線分を含む、条項１に記載の方法。
条項４．  被加工物の第１の部分、第２の部分、及び追加部分が各々、被加工物の第１の側面に正方形又は長方形のエリアを含む、条項１に記載の方法。
条項５．  ディープローリングツールが、０．０５インチから１インチの直径を有している球状ボール、又は各々が直径０．１インチ長さ０．２５インチから直径３．０インチ長さ１２インチの寸法を有している一又は複数の円筒を備える、条項１に記載の方法。
条項６．  ディープローリングツールによって被加工物の部分に印加される圧縮力の量が、０．１ｋｓｉから３０ｋｓｉの範囲である、条項１に記載の方法。
条項７．  被加工物に対してディープローリングツールを移動させることが、０．０１インチ／秒から１０インチ／秒の速度でディープローリングツールを移動させることを含む、条項１に記載の方法。
条項８．  被加工物の第１の部分、第２の部分、又は一又は複数の追加部分に塑性変形を導入するように、被加工物に対してディープローリングツールを移動させることが、１回から１０回まで被加工物の同一部分の上方でディープローリングツールを移動させることを含む、条項１に記載の方法。
条項９．  ディープローリングツールによる塑性変形の導入後の輪郭形成された構造の第１の側面の表面粗さが、ディープローリングツールによる塑性変形の導入前の被加工物の第１の側面の表面粗さ以下である、条項１に記載の方法。
条項１０．  ディープローリングツールにより導入された塑性変形が、被加工物の表面又はその付近に局在する残留圧縮応力を含む、条項１に記載の方法。
条項１１．  被加工物が金属又は複合材を含む、条項１に記載の方法。
条項１２．  被加工物の第１の部分に塑性変形を導入するためにディープローリングツールにより印加される力の量が変動する、条項１に記載の方法。
条項１３．  被加工物の第２の側面の一部に塑性変形を導入するように、第２のディープローリングツールで被加工物の第２の側面に別の圧縮力を印加すること
を更に含む、条項１に記載の方法。
条項１４．  第２の側面に別の圧縮力を印加することが、第１の側面に圧縮力が印加されるのと同時に起こる、条項１に記載の方法。
条項１５．  ビークルで使用するための構造であって、
２インチ以下の厚さ、１フィート以上の長さ、及び０．５フィート以上の幅を有しているパネルと、
約１インチから約３００フィートの半径を有する凸状の輪郭を含むパネルの第１の側面と
を備え、
第１の側面の凸状の輪郭がディープローリングプロセスにより導入され、凸状の輪郭を含むパネルの第１の側面は、Ｒａ１がディープローリングプロセス前のパネルの表面粗さ値であり、Ｒａ２がディープローリング後の表面粗さ値であるとき、表面粗さ値Ｒａ１以下である表面粗さ値Ｒａ２を更に含む構造。
条項１６．  残留応力が、パネルの表面から０．０２インチの深さで約−１０ｋｓｉ以上である、条項１５に記載のパネル。
条項１７．  残留応力が、パネルの表面から０．０２インチの深さで約−２０ｋｓｉ以上である、条項１５に記載のパネル。
条項１８．  被加工物から輪郭形成された構造を形成するためのシステムであって、
被加工物を位置付けるための固定具と、
被加工物の第１の側面に０．１ｋｓｉから３０ｋｓｉの圧縮力を印加可能なツール要素を備える第１のディープローリングツールと、
第１のディープローリングツールに取り付けられた第１のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシンと
を備え、
第１のＣＮＣマシンが、被加工物に対して０．０１インチ／秒から１０インチ／秒の速度で第１のディープローリングツールの移動を制御し、
第１のＣＮＣマシンが、第１のディープローリングツールにより被加工物の第１の側面への輪郭の導入を制御し、輪郭が、約１インチから約３００フィートの半径を有しているシステム。
条項１９．  第２のディープローリングツール及び第２のＣＮＣマシンを更に備え、第２のディープローリングツールが、被加工物の第２の側面に第２の圧縮力を印加するように位置付けられている、条項１８に記載のシステム。
条項２０．  第１のディープローリングツールが、第２のディープローリングツールが被加工物の第２の側面に第２の圧縮力を印加するのと同時に、被加工物の第１の側面に第１の圧縮力を印加することができる、条項１９に記載のシステム。
【００３６】
本出願で使用される相対位置の用語は、被加工物の方向付けに関わらず、被加工物の従来の平面又は作業面に平行な平面に基づき定義される。本出願で使用される「水平な（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」又は「横に向かった（ｌａｔｅｒａｌ）」という用語は、被加工物の方向付けに関わらず、被加工物の従来の平面又は作業面に平行な平面として定義される。「垂直な（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」という用語は、水平に対して直角方向を指す。「における、上に（ｏｎ）」「側面（「側壁」においてのように）」「高い」「低い」「上方に（ｏｖｅｒ）」「最上部（ｔｏｐ）」「下に」などの用語は、被加工物の方向付けに関わらず、被加工物の最上面にある従来の平面又は作業面に対して定義される。
【図１】
0006785616.tif 000002
【図２】
0006785616.tif 000003
【図３】
0006785616.tif 000004
【図４】
0006785616.tif 000005
【図５】
0006785616.tif 000006
【図６】
0006785616.tif 000007
【図７】
0006785616.tif 000008
【図８】
0006785616.tif 000009
【図９】
0006785616.tif 000010