JPH06256869A - 繊維強化金属製円筒製品 - Google Patents

繊維強化金属製円筒製品

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JPH06256869A
JPH06256869A JP4130493A JP4130493A JPH06256869A JP H06256869 A JPH06256869 A JP H06256869A JP 4130493 A JP4130493 A JP 4130493A JP 4130493 A JP4130493 A JP 4130493A JP H06256869 A JPH06256869 A JP H06256869A
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JP
Japan
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fiber
reinforced metal
reinforced
cylindrical product
reinforcing
Prior art date
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JP4130493A
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English (en)
Inventor
Masaru Inomata
股 勝 猪
Koji Honma
間 康 志 本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Subaru Corp
Original Assignee
Fuji Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸方向および周方向を繊維により強化するこ
とで異方性が小さくなり、大径薄肉円筒の成形が可能に
なる。 【構成】 繊維強化金属プリフォームを温度域610〜
630度、圧力域30〜50kg/cm2 の処理条件で
熱間静水圧成形方法により成形した心材2と、この心材
2の表面に化学蒸着した炭化けい素系の強化繊維を繊維
配向が軸方向90度にフィラメントワインディング法で
巻き付けアルミニウム合金をプラズマ溶射して強化繊維
を固定した表面層3とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、異方性が小さく機械的
特性の向上と品質の安定を図る繊維強化金属製円筒製品
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、繊維強化金属製円筒製品の製造方
法として、たとえば、特公平3−13943号公報に記
載されているような熱間静水圧成形方法や、特開昭61
−249660号公報および特開昭62−174340
号公報に記載されているような溶湯加圧含浸方法が用い
られている。
【0003】上記熱間静水圧成形方法は、金属筒状の外
側カプセルと内側カプセルからなるカプセル装置を用い
て、外側カプセルと内側カプセルの間に、強化繊維にマ
トリックス金属を含浸したプリフォーム材料を配置し、
カプセル装置の両端面を閉じ、真空排気した後、外部か
ら加熱加圧処理して繊維強化金属製円筒製品を成形する
ものである。
【0004】上記溶湯加圧含浸方法は、連続した長さの
補強繊維を樹脂浴に通し、樹脂を付着して切断すること
で形成される長繊維を、加熱することにより樹脂を炭素
化して多孔性集合体を成形し、この多孔性集合体の上に
補強繊維または織物を巻き付けてプリフォーム材を形成
し、このプリフォーム材に溶湯金属の高圧鋳造を行うこ
とで繊維強化金属製円筒製品を成形するものである。
【0005】さらに、母材と同材質の芯材に強化繊維を
巻き付け、溶融金属を噴霧した後急冷して円筒体を成形
する方法は、たとえば、特開平2−70369号公報に
記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】熱間静水圧成形方法に
より成形された繊維強化金属製円筒製品は、繊維強化金
属素材の体積収縮率が大きいために、直径50〜60m
mで軸方向(0度)強化のものに限られており、それよ
り直径が大きくかつ肉厚が厚く周方向(±45度、90
度等)強化の繊維強化金属製円筒製品を成形する場合に
は、強化繊維に破断が発生して製品の所望の強度を確保
することができないことがある。
【0007】また、溶湯加圧含浸方法により成形された
繊維強化金属製円筒製品は、軸方向(0度)、周方向
(±45度,90度等)の強化が可能で、形状、大き
さ、繊維強化方法の自由度は高くなるが、母材がアルミ
ニウムの場合、アルミニウムの融点以上の温度と760
気圧という高圧で加圧して複合化するため、溶融金属に
よる繊維の強度劣化や溶湯の流れによる強化繊維のずれ
が発生して製品の所望の強度を確保することができない
ことがある。
【0008】さらに、強化繊維を巻き付けた後、溶融金
属を噴霧し急冷する技術手段は、周方向(90度)強化
の繊維強化金属製円筒製品を成形することはできても、
繊維の固定方法の関係から軸方向(0度)強化の繊維強
化金属製円筒製品を成形することは困難である。
【0009】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、繊維強化金属素材の成形時の体積収縮率による径お
よび肉厚の制限、大きい異方性および強化繊維の劣化や
ずれ発生をなくした繊維強化金属製円筒製品を提供する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化金属製
円筒製品は、化学蒸着した炭化けい素強化繊維と溶射ア
ルミ合金からなる繊維強化金属プリフォームを所定の形
状に切断して繊維配向が軸方向0度に整列配置してマン
ドレルに装着し610〜630度、圧力域30〜50k
g/cm2 の処理条件で熱間静水圧成形方法により成形
した心材と、この心材の表面に化学蒸着した炭化けい素
系の強化繊維を繊維配向が軸方向(90度)になる様に
フィラメントワインディング法で巻き付けアルミニウム
合金をプラズマ溶射して強化繊維を固定した表面層とか
ら構成される。
【0011】
【作用】本発明の繊維強化金属製円筒製品は、化学蒸着
した炭化けい素系の強化繊維で軸方向および周方向を強
化するので、成形時の体積収縮率が大きい繊維強化金属
素材を用いても、異方性が小さく、かつ、強化繊維の劣
化や破断がない大径薄肉の製品となる。
【0012】
【実施例】以下本発明の実施例を図面につき説明する。
図1は本発明による繊維強化金属製円筒製品の横断面
図、図2は本発明による繊維強化金属製円筒製品の縦断
面図を示す。この繊維強化金属製円筒製品1は、内側に
位置する心材2と外側に位置する表面層3から構成され
ている。上記心材2に設けた化学蒸着した炭化けい素系
の強化繊維2aは、繊維配向が軸方向0度に整列配置さ
れている。また、上記表面層3に設けた化学蒸着した炭
化けい素系の強化繊維3aは、繊維配向が軸方向90度
に整列配置されている。
【0013】図3および図4は、化学蒸着した炭化けい
素系の強化繊維2aを繊維配向が軸方向0度に整列配置
した心材2を成形するための成形治具を示す。成形治具
4は、成形治具本体5とこの成形治具本体5の内部に同
軸に配置されるインナーマンドレル6およびアウターマ
ンドレル7と、アウターマンドレル7の外側に配置され
るスペーサ8とを有し、インナーマントレル6は、薄肉
加工した金属または金属箔により形成され、アウターマ
ンドレル7およびスペーサ8は、離型の際の作業性を考
慮して2分割されている。成形治具本体5の両端に設け
られるサイドクロージャ10は、通常の溶接手段により
成形治具本体5に溶着される。このサイドクロージャ1
0には、成形治具本体5の内部空間を真空にするための
真空吸引パイプ11が設けられている。
【0014】しかして、心材2を成形するには、化学蒸
着した炭化けい素系の強化繊維2aを図示しないドラム
に繊維配向が軸方向(90度)に整列した状態で巻き付
けアルミニウム合金を溶射して形成される円筒状繊維強
化金属プリフォームより所定の形状に切断した繊維強化
金属素材9を、強化繊維2aの繊維配向が軸方向0度に
整列配置するようにインナーマンドレル6の外面に巻き
付け、この繊維強化金属素材9の外側に2分割されてい
るアウターマンドレル7およびスペーサ8を装着して組
み立て体を形成し、この組み立て体を、成形治具本体5
の内部に装入した後、成形治具本体5の両端にサイドク
ロージャ10を装着し、成形治具本体5とサイドクロー
ジャ10を溶接手段により互いに溶着することで、成形
治具本体5の内部空間を密閉状態にする。
【0015】ついで、サイドクロージャ10に設けた真
空吸引パイプ11を、図示しない真空形成装置に接続
し、成形治具本体5の内部空間の空気を、真空度が1×
10-2torr程度になるまで真空引きする。そして、
この真空引きされた成形治具4を、図示しない熱間静水
圧成形装置の内部に配置し、所定の加圧加熱処理するこ
とで行う。この加圧加熱処理条件は、図5に示すよう
に、温度域610〜630度、圧力域30〜50kg/
cm2 である。この加圧加熱処理条件であれば、母材で
あるアルミニウム合金が溶融して流動することがなく、
低圧での複合化も可能となる。
【0016】成形された心材2を成形治具4から取り出
すには、成形治具本体5に溶接されたサイドクロージャ
10を取り外し、成形治具本体5から組み立て体を油圧
ハンドプレス等を用いて抜き出す。そして、抜き出した
組み立て体から2分割されているアウターマンドレル7
およびスペーサ8を取り外し、ついで、成形された心材
2からインナーマンドレル6を取り外すことで行うが、
成形された心材2とインナーマンドレル6は、素材の熱
膨張の差で互いに密着していないので、インナーマンド
レル6にハンドソー等で切れ目を入れることで、インナ
ーマンドレル6は成形された心材2から簡単に取り外さ
れる。
【0017】図6および図7は、心材2の外側への表面
層3の成形方法を示す。成形された円筒形心材2は、ア
ルミニウム溶射兼用治具12の外面に装着されるが、円
筒形心材2の強化繊維2aは、繊維配向が円筒形心材2
の軸方向0度であるから、アルミニウム溶射兼用治具1
2に対しても同様に繊維配向は軸方向0度である。つぎ
に、ボビン13に巻かれた化学蒸着した炭化けい素系の
強化繊維3aの自由端をテンショナー14を介して円筒
形心材2の端部に固定し、フィラメントワインディング
法を用いて、アルミニウム溶射兼用治具12を回転させ
るとともに、これに同調した速度でテンショナー14を
アルミニウム溶射兼用治具12の軸線方向に移動させる
ことで、強化繊維3aを心材2に巻き付ける。この場
合、強化繊維3aは円筒形心材2の軸方向に対してほぼ
90度の方向に位置している。
【0018】ついで、強化繊維3aを心材2に巻き付け
た組み立て体は、図8に示すように、図示しない溶射チ
ャンバー内のプラズマ溶射装置15に対向するように配
置され、アルミニウム溶射兼用治具12を回転させると
ともに、アルミニウム溶射兼用治具12回転速度に同調
した速度でプラズマ溶射装置15を横移動させ、プラズ
マ溶射装置15からアルミニウム合金16を心材2の外
面に溶射することで、心材2の外面に強化繊維3aを含
む等しい厚さのアルミニウム合金層3が形成され、強化
繊維の劣化や破断のない周方向の強化が可能となる。こ
のような強化繊維3aの心材2への巻き付けとアルミニ
ウム合金16の強化繊維3aへの溶射は、交互に必要回
数行なわれることで、所望の厚さの周方向強化層が形成
され、周方向及び軸方向に繊維強化されることにより、
異方性が小さく、加圧や加熱による繊維の劣化や破断の
ない、繊維強化金属製円筒製品が製作できる。
【0019】このように、繊維配列を0度配向にするこ
とで、HIP(熱間静水圧成形)による、心材の減容化
による繊維の破断等がなく、周方向は、Al溶射による
ので、繊維にかかる負荷が減り、全体として、異方性の
少ない製品が得られる。
【0020】図9は周方向強化層3の緻密化を行うため
の熱間静水圧成形方法に用いる外側加圧治具を示す。こ
の外側加圧治具20は、外側加圧用マンドレル21と、
この外側加圧用マンドレル21を覆うステンレスバック
22と、外側加圧用マンドレル21の両端部に設けられ
たシール部材23とを備え、外側加圧用マンドレル21
の中心部には真空吸引パイプ24が連結されている。
【0021】しかして、アルミニウム合金層3を緻密化
するには、外側加圧用マンドレル21に繊維強化金属製
円筒製品1を装着し、この繊維強化金属製円筒製品1を
覆うようにステンレスバック22を被せ、ステンレスバ
ック22の両端部をシール部材23を介して外側加圧用
マンドレル21に密着し、ステンレスバック22と外側
加圧用マンドレル21との間に形成される空間を、図示
しない真空形成装置に接続された真空吸引パイプ24に
より真空度が1×10-2torr程度になるように真空
引きする。そして、この真空引きした外側加圧装置20
を熱間静水圧成形装置に装着し加圧加熱処理することで
行う。この加圧加熱処理条件は、温度域500〜550
度、圧力域50kg/cm2 であり、前述した加圧加熱
処理条件より低い温度域であり、強化繊維3aの劣化を
防止するようにしている。
【0022】このように、緻密化処理を施した繊維強化
金属製円筒製品は、緻密化処理を施さない繊維強化金属
製円筒製品と比較すると、周方向(90度)強化層3の
ボイドが減少し、また、各層間および軸方向(0度)強
化層2との接合が強固になり、機械的特性の向上および
品質の安定化が可能である。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、軸方
向および周方向を繊維により強化することで異方性が小
さくなり、良質の大径薄肉円筒の成形が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による繊維強化金属製円筒製品の横断面
図。
【図2】本発明による繊維強化金属製円筒製品の縦断面
図。
【図3】繊維強化金属製円筒製品の成形治具の一部を破
いて示す図。
【図4】繊維強化金属製円筒製品の成形治具の断面図。
【図5】熱間静水圧成形法の一例を示すグラフ。
【図6】フィラメントワインディング法を示す平面図。
【図7】フィラメントワインディング法を示す側面図。
【図8】プラズマ溶射装置によりアルミニウムを溶射す
る状態を示す図。
【図9】周方向強化層の緻密化のための熱間静水圧成形
方法による外側加圧治具を示す図。
【符号の説明】
1 繊維強化金属製円筒製品 2 心材 2a 強化繊維 3 表面層 3a 強化繊維 4 成形治具 5 成形治具本体 6 インナーマンドレル 7 アウターマンドレル 13 ボビン 14 テンショナー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学蒸着した炭化けい素強化繊維と溶射ア
    ルミ合金からなる繊維強化金属プリフォームを所定の形
    状に切断して繊維配向が軸方向0度に整列配置してマン
    ドレルに装着し610〜630度、圧力域30〜50k
    g/cm2 の処理条件で熱間静水圧成形方法により成形
    した心材と、この心材の表面に化学蒸着した炭化けい素
    系の強化繊維を繊維配向が軸方向90度にフィラメント
    ワインディング法で巻き付けアルミニウム合金をプラズ
    マ溶射して強化繊維を固定した表面層とからなる繊維強
    化金属製円筒製品。
JP4130493A 1993-03-02 1993-03-02 繊維強化金属製円筒製品 Pending JPH06256869A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012123686A1 (fr) * 2011-03-15 2012-09-20 Snecma Procede pour fabriquer une piece metallique de revolution monobloc a partir de structures fibreuses composites
US9241398B2 (en) 2010-03-25 2016-01-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing high-frequency acceleration cavity component
CN115747680A (zh) * 2022-09-15 2023-03-07 中南大学 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9241398B2 (en) 2010-03-25 2016-01-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing high-frequency acceleration cavity component
WO2012123686A1 (fr) * 2011-03-15 2012-09-20 Snecma Procede pour fabriquer une piece metallique de revolution monobloc a partir de structures fibreuses composites
FR2972661A1 (fr) * 2011-03-15 2012-09-21 Snecma Procede pour fabriquer une piece metallique de revolution monobloc a partir de structures fibreuses composites
CN103459067A (zh) * 2011-03-15 2013-12-18 斯奈克玛 用于从复合纤维结构制造整体式轴对称的金属部件的方法
US9321106B2 (en) 2011-03-15 2016-04-26 Snecma Process for manufacturing a one-piece axisymmetric metallic part from composite fibrous structures
CN115747680A (zh) * 2022-09-15 2023-03-07 中南大学 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置
CN115747680B (zh) * 2022-09-15 2024-03-22 中南大学 一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置

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