(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成形板材を成形型の上に載置し、被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きして被成形板材を変形させて成形型に密着させ、真空引きした状態で被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入し、加圧加熱して被成形板材を成形するエイジフォーミングの成形方法において、
真空バッグフィルムの内部を真空引きしたときに成形型に密着しない被成形板材の部位の上に板材を配置し、
被成形板材を板材とともに真空バッグフィルムで覆い、
真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段を設け、
板材を押圧しながら真空バッグフィルムの内部を真空引きすることを特徴とするエイジフォーミングの成形方法。
【請求項２】
被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入するとき、押圧手段を除去することを特徴とする請求項１に記載のエイジフォーミングの成形方法。
【請求項３】
成形型と、この成形型の上に載置された被成形板材の上に配置される板材と、この板材及び被成形板材を覆う真空バッグフィルムと、真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段と、真空バッグフィルム内の空気を排出する空気排出手段とを備えたことを特徴とするエイジフォーミングの成形装置。
【請求項４】
押圧手段は、成形型の形状に平行な先端形状を有し成形型が設置された成形型台に締め付け手段により上下方向に移動可能に取付けられた押圧部材と、重量により板材を押圧する重りとを有することを特徴とする請求項３に記載のエイジフォーミングの成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばアルミニウム合金等で形成される航空機の主翼外板のように強い複曲面形状を有する成形品をエイジフォーミングするための成形方法および成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金等で形成される航空機の主翼外板等をエイジフォーミングするための成形型は、スプリングバックが見込まれているために、成形しようとするコンターに対して２倍から３倍程度コンターを強めた複曲面になっていることが多い。
【０００３】
アルミ外板の上下面を挟み込んで加圧するエイジフォーミング成形型として、先端縁が断面円弧状をなす複数枚の板材を、縦置き状態で並列して配置し、各板材の先端縁で構成される包絡面を複合曲面とし、各板材の先端縁に開口する切欠きおよび板材を貫通する孔を設けて熱風循環通路とし、包絡面に被加工物を押し当ててエイジフォーミングを行なう複合曲面を有するエイジフォーミング成形型は、たとえば、特開昭６３−１７７９２３号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記エイジフォーミング成形型は、プレッシャープレートと呼ばれるプレートでコンターが決まるので、コンターを修正するには、これらプレートをすべて交換しなくてはならず、事実上コンターの修正が不可能であった。
【０００５】
また、上記エイジフォーミング成形型は、上型と下型と加圧装置が必要であるので、製造コストがかかってしまうという問題があった。
【０００６】
これに対して、大型のオートクレーブ装置が導入されたことに伴い、下型のみを製作し、下型に載置した被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルム内の空気を排出（真空引き）し、真空バッグフィルムの内外の差圧により被成形板材を下型形状に倣って変形させ、そのままオートクレーブの内部に搬入して成形する成形方法が採用されるようになった。
【０００７】
オートクレーブを用いてエイジフォーミング成形型の下型にアルミ板材を押し付けて成形しようとすると、成形型が強い複曲面を持つている場合には、アルミ外板を成形型の表面に倣わせようとする段階で、製品が成形型の曲面になじめきれず、バギングの過程で製品にふくれが発生し、真空引きが終わった段階で、製品にしわなどの局部欠陥として残ってしまうという問題があった。
【０００８】
さらに、成形しようとする製品に点検孔などの比較的大きい孔が設けられている場合には、製品の孔の周辺にしわが発生しやすいという問題があった。
【０００９】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、製品にしわなどの局部欠陥を生じさせないエイジフォーミングの成形方法および成形装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のエイジフォーミングの成形方法は、被成形板材を成形型の上に載置し、被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きして被成形板材を変形させて成形型に密着させ、真空引きした状態で被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入し、加圧加熱して被成形板材を成形するエイジフォーミングの成形方法において、真空バッグフィルムの内部を真空引きしたときに成形型に密着しない被成形板材の部位の上に板材を配置し、被成形板材を板材とともに真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段を設け、板材を押圧しながら真空バッグフィルムの内部を真空引きすることを特徴とする。
【００１１】
本発明のエイジフォーミングの成形装置は、成形型と、この成形型の上に載置された被成形板材の上に配置される板材と、この板材及び被成形板材を覆う真空バッグフィルムと、真空バッグフィルムを介して板材を押圧し板材を被成形板材に密着させる押圧手段と、真空バッグフィルム内の空気を排出する空気排出手段と、を備えて構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１において符号１は、本発明によるエイジフォーミングの成形装置を示し、このエイジフォーミングの成形装置１は、成形型台２と、この成形型台２の上に配置された表面板３と、この表面板３の上に載置される被成形板材７の上に配置されたカウルプレート４と、このカウルプレート４の上に配置されカウルプレート４を押圧するコンターバー５と、成形型台２とコンターバー５を連結する締め付け手段６とを有する。表面板３は、図１および図３に示すように、表面形状３ａに被成形板材７を拘束する形状をなしている。
【００１４】
上記表面板３は、溶接の容易なアルミ合金（６０６１材）で作られた厚さ約６ｍｍ程度の板材をスパン方向（長手方向）に２〜３ｍの幅で分割した複数の分割片を溶接により接合することで製作される。各分割片は、板材をローラー成形手段等により曲げ成形することで製作される。このため安価な表面板が得られる。
【００１５】
上記カウルプレート４は、図２に示すように、ガラスクロス等により形成され、複数の空間８を列設したカウルプレートケース９と、カウルプレートケース９の各空間８に収容されたアルミ合金製の板材１０により構成されている。カウルプレート４は、真空バッグフィルム内の空気を排出するときに、被成形板材７を押さえて被成形板材７の表面板３からの浮き上がりを防止する。
【００１６】
カウルプレート４は、図２では、１つの板材１０を空間８から一部突出し、１つの板材１０を空間８に収容した状態で示されている。板材１０は、例えば、厚さ５〜７ｍｍ、幅１５〜２０ｃｍ、長さ２〜３ｍの板である。板材１０は、被成形板材７のふくれやしわを押えるために十分な剛性があればよく、通常３枚重ねた板材１０が空間８に収容される。板材としての剛性が不足する場合には、板材１０の枚数を増加するか、板材１０をさらに厚いものに交換することで剛性を高めるようにする。
【００１７】
カウルプレート４は、図２に示すように、一側に取付け部１１を有する。取付け部１１には間隔を置いて複数の取付孔１２が形成されている。カウルプレート４は、図３に示すように、被成形板材７が表面板３に沿って変形させられたときの高圧縮応力が予測される部位の上に配置され、針金フック１３により表面板３に固定される。
【００１８】
なお、カウルプレート４をガラスクロス等の熱伝導性の悪い材料で形成した場合には、熱伝導性を高めるためにカウルプレート４ａを複数の細幅カウルプレートケース９ａと板材１０ａとにより構成することができる。この場合、カウルプレート４ａは、図４に示すように、複数のカウルプレートケース９ａを各空間８ａが同一線上に位置するように間隔を置いて配置し、各カウルプレートケース９ａの空間８ａに板材１０ａを挿通することで構成される。各板材１０ａは、図５に示すように、カウルプレートケース９ａに対応した部位にカウルプレートケース９の厚み分の切欠き１０ｂを有する。これにより、カウルプレート４ａの被成形板材７側の表面段差を減ずるとともに板材１０ａのカウルプレートケース９ａに対するずれをふせぐことができる。
【００１９】
上記コンターバー５は、図１に示すように、表面板３の上に長手方向に間隔を置いて配置されている。コンターバー５は、被成形板材７に配置されたカウルプレート４に対応した位置では一対配置され、その他では１つ配置されてカウルプレート４を被成形板材７に密着させ、また、表面板３の上に配置された被成形板材７を表面板３の面に密着させ真空バッグフィルムがカウルプレート４と被成形板材７との間や被成形板材７と表面板３との間に入らなくする。またカウルプレート４上に配置されたコンターバー５はしわやふくれの発生が予測される部分を他の部分より早く変形させるとカウルプレート４の働きをより効果的なものにする。各コンターバー５の下端面は、表面板３の上面コンターの対応する部位の形状に合う形状をなしている。
【００２０】
上記締め付け手段６は、コンターバ５の上面に接合された断面Ｌ字状の固定部材１４と、成形型台２に固定された断面Ｌ字状の固定部材１５と、固定部材１４と固定部材１５を連結するボルト１６およびナット１７とを有し、コンターバ５を成形型台２に固定する。
【００２１】
上記被成形板材７の高圧縮応力が予測される部位は、下記する解析手順により決められる。
（１）  表面板３の数値モデルから表面板３のコンターの座標データを読み取る。
（２）  製品の外形をもつ有限要素モデルを作成する（平板モデル）。
（３）  有限要素モデルの各点に表面板のコンターの座標を強制変位として与え、幾何学的非線型解析を行う。
（４）  有限要素モデルの主応力分布図を図６で示すように出力する。図６で示す有限要素モデルにおいて黒点で示す部分Ａが圧縮応力が高い領域であり、これが製品におけるしわが発生する可能性の高い領域に対応する。
【００２２】
しかして、有限要素モデルの予め高い圧縮応力がかかる位置を特定しておけば、製品のしわ発生位置を予測することができ、この部分のしわ発生を防ぐことで、製品の不良品の発生を防ぐことができる。
【００２３】
つぎに、エイジフォーミングの成形方法を、図７のフローチャートにより説明する。
【００２４】
被成形板材７の成形の準備段階として、被成形板材７の成形時に高圧縮応力が加えられる部位Ａを特定しておく。
【００２５】
つぎに、成形型２の表面板３の上にピールプライ２０を置き、被成形板材７をピールプライ２０の上に配置し、被成形板材７の上に空気抜きのためにガラスクロス２１を置く。
【００２６】
ついで、カウルプレート４を被成形板材７のしわの発生が予測される部位Ａに対応して配置し、このカウルプレート４の上に空気抜きのためにガラスクロス２２を配置する。
【００２７】
つぎに、これら全体を真空バッグフィルム２３で覆い、真空バッグフィルム２３と表面板３と間をシーラント２４でシールし、真空バッグフィルム２３に設けた口金２５を真空ホース２６に接続する。
【００２８】
つぎに、コンターバー５を被成形板材７の高圧縮応力が予測される部位Ａの上に配置し、コンターバー５を軽く締め付けて、被成形板材７を表面板３に押圧する。これに続いて、重り２７を被成形板材７のしわが発生する部位Ａおよびその周辺部分の上に置く。この重り２７は、バギングの初期段階、つまり真空引きを始める前に予測されるしわ発生位置に載せ、製品の初期のふくれをしわの発生しにくい区域に逃がす。重り２７は、５〜６ｋｇの砂や小砂利を袋に詰めたものである。重り２７を用いるのは、しわの発生が成形型に最もなじみにくい位置で起きるため、押圧力の不足する真空引き初期段階の押圧力の補助として、最もなじみにくいところに必要押圧力に相当する重みを載せ、カウルプレート４と被成形板材７の間に隙間ができないようにするためである。
【００２９】
ついで、コンターバー５をさらに締め付けて、被成形板材７の押圧部分を幾分変形させる。その後、真空バッグフィルム２３の内部空間を真空引きする。真空引きにより被成形板材７が徐々に表面板３になじみはじめると、カウルプレート４と被成形板材７の間に隙間が発生し、逃げたふくれが戻る可能性がある。これを防止するために、真空引きした条件下で、コンターバー５をさらに締め付ける。さらに、真空引きを行ない、被成形板材７を表面板３に完全に密着させる。
【００３０】
つぎに、被成形板材７が真空引きにより表面板３に完全に密着したら、コンターバー５と重り２７を真空バッグフィルム２３の内部空間の真空度を維持したまま被成形板材から取り外し、被成形板材を含む成形型１はオートクレーブに搬入され、被成形板材７が真空引きされながら加圧加熱され、製品に成形される。
【００３１】
成形された製品は、常温まで冷却され、真空を解除しカウルプレート４を取り外すことで成形型１から取り出される。
【００３２】
被成形板材７で点検孔などの開口部を有する製品を成形する場合には、図９  （ａ）に示すように、被成形板材７に開口部３０を形成する際に開口部３０を切り抜かずに、図９（ｂ）に示すように、板部分３１を残すようにする。これにより、開口部３０の周辺部分にしわが発生しにくくなり、また、図１０（ａ）に示すように、しわ３２が発生しても、そのしわ３２は、図１０（ｂ）に示すように、開口部３０の板部分３１に発生するため、製品にしわの影響がでることがない。板部分３１は製品を成形した後にハンドカッタにより切り抜かれる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によるエイジフォーミングの成形方法は、被成形板材を成形型の上に載置し、被成形板材を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きして被成形板材を変形させて成形型に密着させ、真空引きした状態で被成形板材および成形型をオートクレーブに搬入し、加圧加熱して被成形板材を成形するエイジフォーミングの成形方法において、真空バッグフィルムの内部を真空引きしたときに、成形型に密着しない被成形板材の部位の上に板材を配置し、被成形板材を板材とともに真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空引きするので、製品の成形時に発生するしわをなくすことができる。
【００３４】
本発明のエイジフォーミング成形型は、成形型と、この成形型の上に載置された被成形板材の上に配置される板材と、この板材とともに被成形板材を覆う真空バッグフィルムと、真空バッグフィルム内の空気を排出する空気排出手段とを備えているので、被成形板材を成形型の表面形状に密着することができ、製品の成形時に発生するしわをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエイジフォーミング成形型を示す斜視図。
【図２】本発明のエイジフォーミング成形型のカウルプレートを示す図。
【図３】図２に示すカウルプレートの使用状態を示す図。
【図４】カウルプレートの他の実施例を示す図。
【図５】図４のカウルプレートに用いられる板材を示す図。
【図６】有限要素モデルの主応力分布図。
【図７】本発明のエイジフォーミング成形方法のフローチャート図。
【図８】本発明のエイジフォーミング成形方法の成形前の段階を示す図。
【図９】本発明のエイジフォーミング成形方法の他の実施の態様の成形前の状態を示す図。
【図１０】本発明のエイジフォーミング成形方法の他の実施の態様の成形後の状態を示す図。
【符号の説明】
１  エイジフォーミング成形型
２  成形型台
３  表面板
４  カウルプレート
５  コンターバー
６  締付け手段
７  被成形板材
８  空間
２３  真空バッグフィルム
【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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