專利名稱：在轉(zhuǎn)子上葉片的超聲橫向噴丸表面處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采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(zhuǎn)子上渦輪機的葉片。本發(fā)明也涉及到實施本方法的噴丸表面處理機。
術(shù)語飛輪通常其形狀為以一個幾何軸為中心的回轉(zhuǎn)物體，可以圍繞它的軸旋轉(zhuǎn)。
為了提高機械零件的抗疲勞強度，一般采用噴射微粒來對其表面進行噴丸處理。這項技術(shù)在航空領(lǐng)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(xiàn)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(shù)是以一個相對于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。
相對于零件表面的噴射角度最好小于45度以便能夠?qū)⑽⒘５淖銐蚰芰總魉偷搅慵谋砻?。零件的放置位置?yīng)當經(jīng)過最佳選擇。噴丸不足的處理不能達到預(yù)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(shù)尤其適用于渦輪機轉(zhuǎn)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(qū)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，采用一個噴嘴同時供應(yīng)壓縮空氣和微粒向表面噴射。渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的噴丸處理采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(shù)不穩(wěn)定，而當要得到最佳噴丸結(jié)果時，噴丸機需要經(jīng)常調(diào)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里進行，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，并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?zhí)枮镕R99 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(chǎn)生的微粒霧來進行噴丸處理的方法。根據(jù)該申請所介紹的方法，飛輪在其水平軸上驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。位于飛輪下方的葉片低速穿過工作腔并由位于下葉片端部下方的震動表面產(chǎn)生的微粒霧所沖擊。
被震動表面激化的微粒沖擊位于工作腔內(nèi)的葉片表面，在這些表面上，它們重新彈回，位于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并被相鄰的非工作腔回收，在這里它們又依靠重力又返回到工作腔。
葉片較薄的端部經(jīng)受較強烈的噴射，他們在噴丸處理工作結(jié)束之后需要進行修飾。
在噴丸處理過程中，飛輪轉(zhuǎn)動很多圈來等待最佳狀態(tài)并在零件很薄時，避免噴丸的對稱以及產(chǎn)生變形。
在FR99 14 482中介紹的方法特別適用于較短的葉片。
但是，在與兩個連續(xù)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(guān)系大于3，或者當葉片的高度大于100毫米時及葉片的形狀很彎曲，位于葉片間空間底部的葉片側(cè)面噴丸不足時，這是因為微粒已經(jīng)進行多次反復噴射并且一部分已經(jīng)失去動能。這樣，噴丸處理不均勻并且需要增加噴丸的時間來保證各點的最低噴丸要求。
發(fā)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(fā)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(jù)這種方法，使飛輪在其幾何軸上旋轉(zhuǎn)，這樣在飛輪側(cè)面的固定工作腔中通過位于工作腔下部的第一個震動表面產(chǎn)生一種微粒霧，該工作腔有一些開口用來在飛輪旋轉(zhuǎn)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(jù)發(fā)明，該方法的特點是使飛輪在其垂直放置的軸上旋轉(zhuǎn)，第一個震動表面在工作腔內(nèi)的零件路徑下方。
這種設(shè)置可以噴射放入工作腔內(nèi)零件的所有表面而無論其相對于飛輪旋轉(zhuǎn)軸的距離是多少。
根據(jù)發(fā)明該方法的優(yōu)點特性，工作腔在零件路徑的上方還有第二個震動表面。
由于具有這些特性，以較弱的動能到達工作腔上部的并且很快由于重力而落下的微粒均由第二個震動表面重新激活，并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(jù)發(fā)明，從震動表面的方面來看當該方法應(yīng)用于帶有邊緣的零件時，如渦輪機的葉片的前緣及后緣，根據(jù)發(fā)明的另一特點，在噴丸處理時，需要對上述邊緣進行保護。
最好使用牢固的拉桿來進行保護，將邊緣罩住。這些拉桿放在邊緣和聲極之間。這些拉桿的作用是減小沖擊邊緣微粒的能量。拉桿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桿來保護。在這種情況下，在噴丸時一步一步地轉(zhuǎn)動飛輪來使位于工作腔內(nèi)的零件邊緣處于固定拉桿的位置。噴丸可以在飛輪旋轉(zhuǎn)一步時停止。
這樣，在噴丸時，拉桿均位于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沖擊。
該發(fā)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(zhuǎn)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(qū)動平臺旋轉(zhuǎn)的裝置，至少有一個對上述零件進行噴丸的裝置，該噴丸裝置有位于上述飛輪側(cè)面的工作腔，可以至少放置3個零件并且具有一個開口以便在旋轉(zhuǎn)時取出或放進零件。
位于工作腔零件路徑下方的第一個震動表面，可以在工作腔內(nèi)產(chǎn)生微粒霧。
一些用來回收脫離工作腔的微粒并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，它位于工作腔內(nèi)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(fā)明的其它優(yōu)點和特性在隨后的文字中作為舉例來介紹并參考附圖，在這些圖中

圖1為根據(jù)發(fā)明繪制的噴丸機的俯視圖，在該噴丸機上安放渦輪機的飛輪其葉片應(yīng)當進行噴丸處理。
圖2為根據(jù)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后緣和前緣邊緣的保護柵的位置。
圖4為噴丸機根據(jù)圖1的IV-IV線繪制的剖面圖。
圖5為和圖4相似，一大比例尺表示工作腔以及微?；厥涨?。
圖6為根據(jù)圖4的VI-VI線繪制的剖面圖，通過穿過工作腔并位于噴丸機內(nèi)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后緣和前緣邊緣的保護拉桿，這些保護拉桿固定在工作腔上。
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(yīng)當進行噴丸處理并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(zhuǎn)平臺4，由軸6的軸5支撐。軸5圍繞軸6被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動裝置，例如電機未在圖中標出。飛輪3利用法蘭7和旋轉(zhuǎn)平臺上打出的軸6的鉸孔7a固定在旋轉(zhuǎn)平臺4上，其軸x應(yīng)當與旋轉(zhuǎn)平臺的軸6相配合。
由于這在圖2和圖3上非常明顯易見，最好第一個環(huán)形圓盤8位于旋轉(zhuǎn)平臺4和飛輪3之間，第二個環(huán)形圓盤在飛輪3和法蘭7之間。
這些環(huán)形圓盤8和9在他們的周圍有一些徑向拉桿，分別為8a和9a，其數(shù)量與飛輪3的葉片的數(shù)量相同，并圍繞軸x以均勻的間隔分布。每個拉桿8a和9a的形狀與葉片2的前緣和后緣的形狀相同。內(nèi)環(huán)形圓盤8在飛輪3的下方以便使徑向拉桿8a能夠覆蓋葉片2的上部邊緣。當旋轉(zhuǎn)平臺4圍繞軸6旋轉(zhuǎn)時，飛輪3和環(huán)形圓盤8和9也圍繞軸6旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)平臺4的直徑是根據(jù)飛輪3來選定的，以便使葉片2徑向地向旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)平臺4上安裝時或在其拆卸時，噴丸裝置11與旋轉(zhuǎn)平臺4隔開。
這個噴丸裝置11配有一個中心腔12即工作腔，它位于兩個側(cè)腔13和14(即非工作腔)之間，它們用于回收那些脫離工作腔的微粒15并將它們返回工作腔12。
這些腔12，13和14由一個剛性扇形的、內(nèi)徑等于或稍微大于路徑直徑的外壁16隔開，在飛輪3旋轉(zhuǎn)時，這些腔12，13和14由一個位于外壁16和旋轉(zhuǎn)平臺4周邊的盆狀下壁17以及一個反盆狀上壁18或一個位于外壁16和上圓盤9周邊之間的罩隔開。
在飛輪3旋轉(zhuǎn)時，下壁17通過葉片2按放在路徑下方；上壁18位于路徑的上方。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(jù)由拉桿8a和9a構(gòu)成的環(huán)形面積的大小而變，這些隔板在飛輪3旋轉(zhuǎn)時將壁17和18與壁16聯(lián)系在一起。這些位于葉片上下的為數(shù)為4個的隔板還有一些端部隔板21a，21b，它們環(huán)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并通過重力返回下震動表面20。
因此，工作腔12環(huán)狀地被隔板22a和22b隔開并放置在震動表面20和21之間，這些在圖5上可以看到。
這個工作腔12的圓周范圍應(yīng)當至少能夠放置3個葉片2在工作腔12內(nèi)。
一定數(shù)量的微粒15處在工作腔12內(nèi)。當聲極的震動表面20和21激活后，處在下震動表面20上的微粒15被拋向上方，沖擊葉片2的表面，并落到這些表面上并隨機地運動。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在下落時再次沖擊葉片2的表面。一些微粒也沖擊中間隔板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(nèi)在失去動能后落到震動表面20上。
由于葉片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(cè)面腔13和14內(nèi)。在這些腔內(nèi)，微粒15很快失去動能并落到傾斜的下壁17上并通過位于中間隔板22a和22b底部的豁口23返回到下震動表面20上。
在飛輪3轉(zhuǎn)動一周時，葉片2在通過工作腔12的過程中受到微粒的沖擊。
葉片的通過時間稍微低于為獲得最佳結(jié)果所需的噴丸總時間，為了獲得最佳結(jié)果所需要完成的轉(zhuǎn)數(shù)通過計算來獲得。這個轉(zhuǎn)數(shù)至少是3轉(zhuǎn)。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(nèi)時，它的表面轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)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沖擊。對轉(zhuǎn)向前方的表面所預(yù)先施加的壓力要比相對表面的壓力要大，這樣就在葉片的后部產(chǎn)生部分塑性變形。當葉片要離開噴丸腔時，現(xiàn)象正相反，但存在葉片的剩余變形。
在完成N轉(zhuǎn)的噴丸而不是一轉(zhuǎn)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(zhuǎn)數(shù)N不是臨界的。3到5轉(zhuǎn)可以認為是獲得有意義結(jié)果的可以接受的數(shù)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并分布在軸6的周圍。
圖7表明為葉片2的前緣和后緣的保護系統(tǒng)的另一個方案。在這個方案上，環(huán)形圓盤8和9無徑向拉桿8a和9a。相對于噴丸扎11的固定保護拉桿30和31均安裝在工作腔12內(nèi)。拉桿30和31的數(shù)量等于可以安放在工作腔12內(nèi)葉片2的數(shù)量。
在噴丸處理時，當葉片2的前緣和后緣被拉桿30和31保護時，葉片2在一定時間內(nèi)是不動的。然后，葉片移動一步，這一步等于相鄰兩個葉片2之間的角偏差。
在發(fā)明最佳實施方式上，拉桿30和31均由端部32和33固定在外壁16上并通過另一端部固定在共同基座34，35上，該基座在轉(zhuǎn)子3和相應(yīng)的內(nèi)壁17和18之間配備有密封圈，當間隙小于微粒的直徑時密封度得到確保。
為了簡化轉(zhuǎn)子3在噴丸腔12，13和14內(nèi)的放置，可以將外壁16由一個墊圈分為兩部份16a和16b，轉(zhuǎn)子3的放置按以下方法進行- 根據(jù)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(nèi)壁18；- 根據(jù)曲線38放置轉(zhuǎn)子3；- 根據(jù)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(guān)閉并進行噴丸處理。
如果在這種移動時進行連續(xù)噴丸，這種步進式的移動可以高速進行，以便使前、后緣在運動時能夠減少受到微粒的沖擊。我們也可以在葉片步進運動的時間內(nèi)停止聲極的工作。
權(quán)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(jù)這個方法，使飛輪(3)圍繞其幾何軸(6)旋轉(zhuǎn)并由位于工作腔(12)下方的第一個震動表面(20)在固定工作腔(12)內(nèi)產(chǎn)生微粒(15)霧，上述工作腔(12)有一個開口可以在飛輪(3)轉(zhuǎn)動時放進和拿出零件(2)，飛輪內(nèi)可以放置3個零件，使飛輪(3)圍繞其軸(6)旋轉(zhuǎn)，第一個震動表面(20)位于震動腔(12)內(nèi)的零件路徑下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，工作腔(12)還有第二個震動表面(21)，該震動表面位于工作腔(12)內(nèi)的零件路徑上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特點是該方法適用于帶有薄邊緣的零件(2)，在噴丸時要對上述邊緣進行保護。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特點是使用拉桿(8a和9a)來保護零件(2)的薄邊緣，在轉(zhuǎn)動時，這些拉桿和飛輪(3)連為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特點是利用工作腔(12)上的固定拉桿(30和31)來保護工作腔(12)內(nèi)的零件(2)的薄邊緣，并在噴丸過程中步進地轉(zhuǎn)動飛輪(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任意一個方法，其特點是在噴丸時飛輪的轉(zhuǎn)數(shù)至少為N＝3。
7.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)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)并和平臺(4)同軸，用來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)平臺(4)轉(zhuǎn)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)，位于上述飛輪(2)的側(cè)面并可以放置(3)個零件(2)并有一個開口用來在飛輪轉(zhuǎn)動時放進或拿出零件(2)，位于工作腔(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(nèi)產(chǎn)生微粒(15)霧，一些用來回收脫離工作腔(12)的微粒(15)并將它們返回工作腔(12)的手段。
8.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求9的機器，其特點是保護手段為一些與飛輪(3)一體的徑向拉桿(8a和8d)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的機器，其特點是保護手段為一些和工作腔(12)連為一體的桿(30和31)。
12.根據(jù)權(quán)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于旋轉(zhuǎn)平臺(4)的軸(6)的方向上運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在轉(zhuǎn)子上葉片的超聲橫向噴丸表面處理的方法，其包括驅(qū)動支承葉片(2)的飛輪(3)繞其垂直安置的幾何軸(6)旋轉(zhuǎn)并使葉片(2)穿過由在一個相對于輪側(cè)面安置的工作腔(12)中的震動表面(20)產(chǎn)生的微粒霧。震動表面(20)位于葉片(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(fā)明還涉及用于執(zhí)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(yōu)先權(quán)日2000年9月21日
發(fā)明者伯努瓦·讓·亨利·貝爾特萊, 熱拉爾·米歇爾·羅蘭·蓋爾德里, 克洛德·馬塞爾·蒙斯, 瑪麗－克里斯蒂娜·恩察馬－埃圖蒂 申請人:斯奈克碼發(fā)動機公司