在轉子上葉片的超聲橫向噴丸表面處理的製作方法
2023-06-21 18:48:41 1
專利名稱：在轉子上葉片的超聲橫向噴丸表面處理的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用超聲波對零部件的噴丸表面處理方法，超聲波徑向地在一個飛輪的周邊展開，比如對轉子上渦輪機的葉片。本發明也涉及到實施本方法的噴丸表面處理機。
術語飛輪通常其形狀為以一個幾何軸為中心的迴轉物體，可以圍繞它的軸旋轉。
為了提高機械零件的抗疲勞強度，一般採用噴射微粒來對其表面進行噴丸處理。這項技術在航空領域中使用非常廣泛，用來對很薄的零件表面上施加永久的壓力。這種施加壓力可以防止在零件的表面出現裂紋或防止裂紋的加劇，這樣可以提高零件的抗疲勞強度。該技術是以一個相對於零件表面垂直度較小的角度，用足夠的動能向零件的表面噴射微粒。
相對於零件表面的噴射角度最好小於45度以便能夠將微粒的足夠能量傳送到零件的表面。零件的放置位置應當經過最佳選擇。噴丸不足的處理不能達到預計的強度要求，但是可以進行補充噴丸處理。另外，過度的噴丸處理可以導致零件無法挽回的降級惡果。
噴丸處理技術尤其適用於渦輪機轉子葉片的表面處理。當葉片的壁很薄時，需要同時噴丸處理葉片的兩個面以便避免薄區型面的變形。
一般來說，對厚壁的表面噴丸處理，通常在正常噴丸的同時，採用一個噴嘴同時供應壓縮空氣和微粒向表面噴射。渦輪機轉子葉片的噴丸處理採用兩個噴嘴同時向葉片的一個表面噴射。這種噴丸處理方法有兩個缺點- 噴丸參數不穩定，而當要得到最佳噴丸結果時，噴丸機需要經常調試；- 表面光潔度降級，這影響到零件的壽命；- 噴丸處理的實施必須在一個足夠大的房間裡進行，以便使零件和噴丸噴嘴的操作有足夠的空間。
當有待進行噴丸處理的表面為單個的飛輪葉片，並且葉片之間的間距相對較小，這是要謹慎使用噴嘴來進行噴丸處理。
申請人在1999年11月18日申請的、申請號為FR99 14 482的專利申請上提出一種使用超聲波來進行噴丸處理的方法，即使用震動表面產生的微粒霧來進行噴丸處理的方法。根據該申請所介紹的方法，飛輪在其水平軸上驅動旋轉。位於飛輪下方的葉片低速穿過工作腔並由位於下葉片端部下方的震動表面產生的微粒霧所衝擊。
被震動表面激化的微粒衝擊位於工作腔內的葉片表面，在這些表面上，它們重新彈回，位於葉片之間的飛輪的周邊壁也是如此。那些失去動能的微粒又掉在震動表面上，這些震動表面又將它們重新拋向工作腔。有些微粒跑出了工作腔並被相鄰的非工作腔回收，在這裡它們又依靠重力又返回到工作腔。
葉片較薄的端部經受較強烈的噴射，他們在噴丸處理工作結束之後需要進行修飾。
在噴丸處理過程中，飛輪轉動很多圈來等待最佳狀態並在零件很薄時，避免噴丸的對稱以及產生變形。
在FR99 14 482中介紹的方法特別適用於較短的葉片。
但是，在與兩個連續葉片的距離進行比較時如果葉片較長，尤其是長度和葉片間距離的關係大於3，或者當葉片的高度大於100毫米時及葉片的形狀很彎曲，位於葉片間空間底部的葉片側面噴丸不足時，這是因為微粒已經進行多次反覆噴射並且一部分已經失去動能。這樣，噴丸處理不均勻並且需要增加噴丸的時間來保證各點的最低噴丸要求。
發明的目的是介紹利用徑向作用在飛輪周邊的零件超聲波來進行噴丸處理的方法，這種方法無論零件的大小均可以有效地對零件進行噴丸處理。
發明涉及到利用徑向作用在飛輪周邊的零件超聲波來進行噴丸處理的方法，根據這種方法，使飛輪在其幾何軸上旋轉，這樣在飛輪側面的固定工作腔中通過位於工作腔下部的第一個震動表面產生一種微粒霧，該工作腔有一些開口用來在飛輪旋轉時放進和拿出零件，其容量可以至少放入3個相鄰的零件。
根據發明，該方法的特點是使飛輪在其垂直放置的軸上旋轉，第一個震動表面在工作腔內的零件路徑下方。
這種設置可以噴射放入工作腔內零件的所有表面而無論其相對於飛輪旋轉軸的距離是多少。
根據發明該方法的優點特性，工作腔在零件路徑的上方還有第二個震動表面。
由於具有這些特性，以較弱的動能到達工作腔上部的並且很快由於重力而落下的微粒均由第二個震動表面重新激活，並且重新彈回到零件的表面上以及工作腔的壁上完成再次噴丸。
根據發明，從震動表面的方面來看當該方法應用於帶有邊緣的零件時，如渦輪機的葉片的前緣及後緣，根據發明的另一特點，在噴丸處理時，需要對上述邊緣進行保護。
最好使用牢固的拉杆來進行保護，將邊緣罩住。這些拉杆放在邊緣和聲極之間。這些拉杆的作用是減小衝擊邊緣微粒的能量。拉杆可以接觸邊緣也可以不接觸邊緣。
邊緣也可以用工作腔上帶的固定拉杆來保護。在這種情況下，在噴丸時一步一步地轉動飛輪來使位於工作腔內的零件邊緣處於固定拉杆的位置。噴丸可以在飛輪旋轉一步時停止。
這樣，在噴丸時，拉杆均位於葉片的薄邊緣和聲極之間來保護薄邊緣避免來自聲極的微粒的高能衝擊。
該發明還包括實施這種噴丸方法的噴丸機。
這種噴丸機具備以下特性有一個旋轉平臺，軸為垂直軸，軸上帶有固定飛輪的裝置，在飛輪上裝有有待噴丸的零件，與平臺同軸。
一些驅動平臺旋轉的裝置，至少有一個對上述零件進行噴丸的裝置，該噴丸裝置有位於上述飛輪側面的工作腔，可以至少放置3個零件並且具有一個開口以便在旋轉時取出或放進零件。
位於工作腔零件路徑下方的第一個震動表面，可以在工作腔內產生微粒霧。
一些用來回收脫離工作腔的微粒並能將它們重新返回工作腔的裝置。
噴丸裝置另外還具有第二個震動表面，它位於工作腔內零件路徑的上方。
噴丸機也具備一些零件邊緣的保護手段。
本發明的其它優點和特性在隨後的文字中作為舉例來介紹並參考附圖，在這些圖中
圖1為根據發明繪製的噴丸機的俯視圖，在該噴丸機上安放渦輪機的飛輪其葉片應當進行噴丸處理。
圖2為根據圖1的II-II繪出的垂直剖面圖。
圖3表明飛輪在噴丸機平臺上的固定方法以及葉片後緣和前緣邊緣的保護柵的位置。
圖4為噴丸機根據圖1的IV-IV線繪製的剖面圖。
圖5為和圖4相似，一大比例尺表示工作腔以及微粒回收腔。
圖6為根據圖4的VI-VI線繪製的剖面圖，通過穿過工作腔並位於噴丸機內葉片路徑下方的一個水平面。
圖7與圖2相似，以大比例尺表示噴丸裝置和葉片後緣和前緣邊緣的保護拉杆，這些保護拉杆固定在工作腔上。
在這些圖上，編號1為噴丸機，葉片2徑向地分布在飛輪3的周圍，渦輪機的軸為x。飛輪3有可能是一個單體裝有葉片的圓盤或者是裝有活動葉片的渦輪機的飛輪。葉片2也可以是一些零件其表面應當進行噴丸處理並具有徑向安裝飛輪的裝置，該飛輪3用來支撐有待噴丸的零件。
噴丸機1基本上具有一個旋轉平臺4，由軸6的軸5支撐。軸5圍繞軸6被驅動旋轉，驅動裝置，例如電機未在圖中標出。飛輪3利用法蘭7和旋轉平臺上打出的軸6的鉸孔7a固定在旋轉平臺4上，其軸x應當與旋轉平臺的軸6相配合。
由於這在圖2和圖3上非常明顯易見，最好第一個環形圓盤8位於旋轉平臺4和飛輪3之間，第二個環形圓盤在飛輪3和法蘭7之間。
這些環形圓盤8和9在他們的周圍有一些徑向拉杆，分別為8a和9a，其數量與飛輪3的葉片的數量相同，並圍繞軸x以均勻的間隔分布。每個拉杆8a和9a的形狀與葉片2的前緣和後緣的形狀相同。內環形圓盤8在飛輪3的下方以便使徑向拉杆8a能夠覆蓋葉片2的上部邊緣。當旋轉平臺4圍繞軸6旋轉時，飛輪3和環形圓盤8和9也圍繞軸6旋轉。
旋轉平臺4的直徑是根據飛輪3來選定的，以便使葉片2徑向地向旋轉平臺的周圍伸出。
在圖1到圖3上，只能看到噴丸機1還配有一個固定水平滑軌10，它固定在軸5的支座上，其軸線與軸5的中心線6相垂直。
在這個滑軌10上裝有滑動的噴丸裝置11。在飛輪3在旋轉平臺4上安裝時或在其拆卸時，噴丸裝置11與旋轉平臺4隔開。
這個噴丸裝置11配有一個中心腔12即工作腔，它位於兩個側腔13和14(即非工作腔)之間，它們用於回收那些脫離工作腔的微粒15並將它們返回工作腔12。
這些腔12，13和14由一個剛性扇形的、內徑等於或稍微大於路徑直徑的外壁16隔開，在飛輪3旋轉時，這些腔12，13和14由一個位於外壁16和旋轉平臺4周邊的盆狀下壁17以及一個反盆狀上壁18或一個位於外壁16和上圓盤9周邊之間的罩隔開。
在飛輪3旋轉時，下壁17通過葉片2按放在路徑下方；上壁18位於路徑的上方。一個下震動表面20通過下壁17安放在盆狀的底部；第二個震動表面21通過上壁18放在罩的上部。
還有一些帶有開口的垂直和徑向隔板，這些開口的大小根據由拉杆8a和9a構成的環形面積的大小而變，這些隔板在飛輪3旋轉時將壁17和18與壁16聯繫在一起。這些位於葉片上下的為數為4個的隔板還有一些端部隔板21a，21b，它們環狀地將非工作腔13和14隔開；中間隔板22a和23b將工作腔12與非工作腔13和14隔開。下中間隔板22a和23b在下壁17的旁邊開有一些開口或豁口23，它們可以使微粒到達非工作腔13和14並通過重力返回下震動表面20。
因此，工作腔12環狀地被隔板22a和22b隔開並放置在震動表面20和21之間，這些在圖5上可以看到。
這個工作腔12的圓周範圍應當至少能夠放置3個葉片2在工作腔12內。
一定數量的微粒15處在工作腔12內。當聲極的震動表面20和21激活後，處在下震動表面20上的微粒15被拋向上方，衝擊葉片2的表面，並落到這些表面上並隨機地運動。一些微粒15到達上震動表面21上，該表面再次給予這些微粒能量。這些微粒15在下落時再次衝擊葉片2的表面。一些微粒也衝擊中間隔板22a和22b，在這些隔板上，微粒彈起。這些微粒15保持在工作腔12內在失去動能後落到震動表面20上。
由於葉片2在上、下中間隔板22a和22b之間的開口中運動，一些微粒15到達側面腔13和14內。在這些腔內，微粒15很快失去動能並落到傾斜的下壁17上並通過位於中間隔板22a和22b底部的豁口23返回到下震動表面20上。
在飛輪3轉動一周時，葉片2在通過工作腔12的過程中受到微粒的衝擊。
葉片的通過時間稍微低於為獲得最佳結果所需的噴丸總時間，為了獲得最佳結果所需要完成的轉數通過計算來獲得。這個轉數至少是3轉。這樣可以降低在處理期間的葉片變形。實際上，當葉片進入到工作腔內時，它的表面轉到旋轉方向來接受噴丸，這個方向的噴丸程度要比與其相對的表面要強，可以直接接受來自聲極的強力衝擊。對轉向前方的表面所預先施加的壓力要比相對表面的壓力要大，這樣就在葉片的後部產生部分塑性變形。當葉片要離開噴丸腔時，現象正相反，但存在葉片的剩餘變形。
在完成N轉的噴丸而不是一轉的噴丸時，葉片兩個面之間噴丸的暫時偏差由N來除，這個被N除的即為葉片的變形。轉數N不是臨界的。3到5轉可以認為是獲得有意義結果的可以接受的數字。
注意，為了降低噴丸的總時間，可以安裝一部具有多種噴丸裝置11的噴丸機1，這些噴丸裝置11與上述噴丸裝置相同並分布在軸6的周圍。
圖7表明為葉片2的前緣和後緣的保護系統的另一個方案。在這個方案上，環形圓盤8和9無徑向拉杆8a和9a。相對於噴丸扎11的固定保護拉杆30和31均安裝在工作腔12內。拉杆30和31的數量等於可以安放在工作腔12內葉片2的數量。
在噴丸處理時，當葉片2的前緣和後緣被拉杆30和31保護時，葉片2在一定時間內是不動的。然後，葉片移動一步，這一步等於相鄰兩個葉片2之間的角偏差。
在發明最佳實施方式上，拉杆30和31均由端部32和33固定在外壁16上並通過另一端部固定在共同基座34，35上，該基座在轉子3和相應的內壁17和18之間配備有密封圈，當間隙小於微粒的直徑時密封度得到確保。
為了簡化轉子3在噴丸腔12，13和14內的放置，可以將外壁16由一個墊圈分為兩部份16a和16b，轉子3的放置按以下方法進行- 根據曲線37隔離各個腔的上部組件，即外壁16的上部16a，聲極21和內壁18；- 根據曲線38放置轉子3；- 根據與曲線37相反的曲線39將各個腔的組件收攏以便將各個腔關閉並進行噴丸處理。
如果在這種移動時進行連續噴丸，這種步進式的移動可以高速進行，以便使前、後緣在運動時能夠減少受到微粒的衝擊。我們也可以在葉片步進運動的時間內停止聲極的工作。
權利要求
1.用超聲波對徑向放置在飛輪(3)周邊的零件(2)的噴丸方法，根據這個方法，使飛輪(3)圍繞其幾何軸(6)旋轉並由位於工作腔(12)下方的第一個震動表面(20)在固定工作腔(12)內產生微粒(15)霧，上述工作腔(12)有一個開口可以在飛輪(3)轉動時放進和拿出零件(2)，飛輪內可以放置3個零件，使飛輪(3)圍繞其軸(6)旋轉，第一個震動表面(20)位于震動腔(12)內的零件路徑下。
2.根據權利要求1的方法，工作腔(12)還有第二個震動表面(21)，該震動表面位於工作腔(12)內的零件路徑上方。
3.根據權利要求1或2的方法，其特點是該方法適用於帶有薄邊緣的零件(2)，在噴丸時要對上述邊緣進行保護。
4.根據權利要求3的方法，其特點是使用拉杆(8a和9a)來保護零件(2)的薄邊緣，在轉動時，這些拉杆和飛輪(3)連為一體。
5.根據權利要求3的方法，其特點是利用工作腔(12)上的固定拉杆(30和31)來保護工作腔(12)內的零件(2)的薄邊緣，並在噴丸過程中步進地轉動飛輪(3)。
6.根據權利要求1-5的任意一個方法，其特點是在噴丸時飛輪的轉數至少為N＝3。
7.根據權利要求1的實施該方法的噴丸機，其特點是該機器配備一個軸(6)的垂直旋轉平臺(4)，安裝有飛輪(3)的固定裝置，飛輪(3)在徑向上帶有有待噴丸的零件(2)並和平臺(4)同軸，用來驅動旋轉平臺(4)轉動的手段，至少有一個噴丸裝置，上述噴丸裝置配有一個工作腔(12)，位於上述飛輪(2)的側面並可以放置(3)個零件(2)並有一個開口用來在飛輪轉動時放進或拿出零件(2)，位於工作腔(12)底部在零件(2)路徑下方的第一個震動表面(20)，它可以在上述工作腔(12)內產生微粒(15)霧，一些用來回收脫離工作腔(12)的微粒(15)並將它們返回工作腔(12)的手段。
8.根據權利要求7的機器，其特點是噴丸裝置在工作腔(3)的零件(2)的路徑上方配備有第二個震動表面(21)。
9.根據權利要求7或8的機器，其特點是該機器也具有零件(2)邊緣的保護手段。
10.根據權利要求9的機器，其特點是保護手段為一些與飛輪(3)一體的徑向拉杆(8a和8d)。
11.根據權利要求9的機器，其特點是保護手段為一些和工作腔(12)連為一體的杆(30和31)。
12.根據權利要求7到11的任意一項的機器，其特點是噴丸裝置可以在垂直於旋轉平臺(4)的軸(6)的方向上運動。
全文摘要
本發明涉及一種在轉子上葉片的超聲橫向噴丸表面處理的方法，其包括驅動支承葉片(2)的飛輪(3)繞其垂直安置的幾何軸(6)旋轉並使葉片(2)穿過由在一個相對於輪側面安置的工作腔(12)中的震動表面(20)產生的微粒霧。震動表面(20)位於葉片(2)的路徑以下。最好是，工作腔(12)包括一個在葉片路徑之上的震動表面。本發明還涉及用於執行上述方法的機器。
文檔編號B24B1/04GK1392822SQ0180286
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月20日 優先權日2000年9月21日
發明者伯努瓦·讓·亨利·貝爾特萊, 熱拉爾·米歇爾·羅蘭·蓋爾德裡, 克洛德·馬塞爾·蒙斯, 瑪麗－克裡斯蒂娜·恩察馬－埃圖蒂 申請人:斯奈克碼發動機公司