波沖擊大尺寸環(huán)形薄壁零件的技巧

1、(54)METHODFORTHEULTRASONICPEENINGOFLARGESIZEDANNULARSURFACESOFTHINRRTS(75)Inventors:CatherineDominiqueBeatriceDuquenne,Hericy;VeroniqueChristianeRaymondeGiffard,SaintVrain;(BerardMichelRolandGueklry,VertSaintDenis;ClaudeManrelMons,Savignylelemple,allof(FR)(73)Assignee:SnecmaMoteurs,Paris(FR)(*)Notic

2、e:Subjecttoanydisclaimer,thetermofthispatentisextendedoradjustedunder35USC154(b)by0days/AppLNo/09/714,223Filed:Nov.17,200()(30)ForeignApplicationPriorityDataUSPATENTDOCUMENTSNov.1&1999(FR)9914481(51)InkCL7C21D7/06(52)ITSCl72/53;29/905(58)FieldofSearch72/53;29/90.7(56)ReferencesCited509,2864/1996Coul

3、on,72/5372/535.829,116*11/1998VilonFOREIGNBIENTDOCUMENTS04923237/1992(EP).268943110/1993(FR).1435627半11/1988(SU)72/53O1HERPUBLICA11ONSDerwentAbstracts,AccessionNumber89-143538/19,SU1435627,Nov.7?1988.DerwentAbstracts,AccessionNumber2000315575/27,RU2130085,May10,1990氓citedbyexaminerPrimaryExamineravi

4、dJones(74)Attorney?Agent,orFirmbion,Spivak,McClelland,Maier&PC摘要沖擊大尺寸環(huán)形薄壁零件表面的一種方法叫做波沖擊的方法。這種方法是在一個(gè)敞開的房間里使用一個(gè)震動(dòng)的微小珠子型的霧珠，使零件表面受到?jīng)_擊，使其至少是過去沖擊的五倍，進(jìn)而消除薄壁零件的變形。波沖擊大尺寸環(huán)形薄壁零件的方法這種發(fā)明的背景發(fā)明的領(lǐng)域這項(xiàng)發(fā)明叫做超聲波沖擊的方法，是運(yùn)用在一個(gè)室內(nèi)使用微小的霧珠的方法，尤其應(yīng)用在了沖擊大尺寸環(huán)形薄壁零件中。先進(jìn)技術(shù)的概要我們知道的是，在實(shí)踐應(yīng)用上用微小珠子沖擊金屬零件的表面，在沖擊過程中，要使微小霧珠具有足夠的動(dòng)能、小的入射角和垂直

5、于零件表面，使其持久擠壓零件表面，形成一個(gè)小的深度。作用過程的擠壓抑制了零件表面裂縫的發(fā)生或繼續(xù)發(fā)展，并且提高了零件的疲勞強(qiáng)度。這種微小珠子通常是球狀的，通常是由陶瓷或剛制成的，直徑為0.2mm到4mm之間。在一個(gè)封閉小空間里，高壓氣體和微小珠子通過噴嘴來進(jìn)行沖擊金屬表面，高壓氣流推動(dòng)著微小珠子超金屬零件運(yùn)動(dòng)。在空氣動(dòng)力學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，制造了大尺寸薄型金屬零件。在沖擊這些薄型零件時(shí)，會(huì)遇到很到的困難，例如，沖擊這些零件需要大型封閉空間進(jìn)行沖擊作用。為了不使這些薄型金屬零件變形，往往采用的沖擊是輕微的。這是因?yàn)椴捎弥匦蜎_擊的微珠產(chǎn)生過度的擠壓負(fù)載使薄件產(chǎn)生的變形。為了得到最好的強(qiáng)度，要對(duì)金屬零件有

6、一個(gè)最佳的沖擊?？墒亲罴训臎_擊量是很難得到的，因?yàn)闆_擊噴嘴調(diào)節(jié)困難有很不牢固。沖擊量不夠會(huì)使金屬的強(qiáng)度不夠，而過度沖擊又會(huì)使金屬表面得到破壞并是不可修復(fù)的，必須會(huì)使零件的強(qiáng)度減少。法國2689431專利里的一個(gè)超聲波沖擊方法里表明，在一個(gè)空間里采用一個(gè)“薄霧珠”或微小珠子，這些微小珠子的薄霧是由20KHZ的振蕩器形成的，小空間是敞開的，擠壓的金屬撞擊著敞開的小屋，微小珠子沖擊著金屬零件，使小屋同金屬零件有一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。并且使小屋通過零件的整個(gè)表面，以使其被完全沖擊。這個(gè)專利也表明怎樣去沖擊像軸類型的圓類零件。相似霧珠型的小水珠也常常被使用。在超聲波沖擊過程中，微小珠子的速度是很大的，方向又是任

7、意的。FR2689431提供了獲得有效應(yīng)力大型零件的例子，零件是沒有變形的，負(fù)載承載力同先前得到的方法是相同的?？墒沁@個(gè)FR2689431專利里介紹的方法不能運(yùn)用在薄壁環(huán)形金屬零件中。這些薄壁環(huán)形金屬在一開始的沖擊作用下就會(huì)有很大的變形，即使這些薄壁環(huán)形零件表面被均勻地沖擊，沖擊作用很小，也會(huì)使零件產(chǎn)生部分變形，這是材料的索性和非線性變形。并且FR2689431方法要求，一是獲得均勻的沖擊，而這份專利得到的是很不精確的沖擊，而環(huán)形金屬零件需要的恰恰是精確的波沖擊。否則轉(zhuǎn)動(dòng)過多會(huì)在零件部分表面產(chǎn)生沖擊重疊，會(huì)使零件局部沖擊過多，而在零件表面的另一些區(qū)域得到少的沖擊，不能使薄壁環(huán)形金屬零件得到最佳

8、的沖擊量。所以，留下我們需要考慮的第一個(gè)問題就是在沖擊薄壁環(huán)形零件時(shí)，當(dāng)零件尺寸超過沖擊小屋（空間）時(shí)，不能使零件產(chǎn)生變形。第二個(gè)問題就是保證全部零件表面進(jìn)行均勻的波沖擊。這個(gè)發(fā)明的概要現(xiàn)在的這個(gè)發(fā)明提供了波沖擊大尺寸環(huán)形薄壁零件表面的方法，這個(gè)方法包括以下步驟：1.提供一個(gè)敞開的小室，并且里面有一個(gè)震蕩器。2.在上述室里面有很多的微小霧珠。使上述薄壁零件同上述室有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，憑借上述被沖擊的環(huán)形表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。操作振蕩器，作用室里面的無數(shù)小霧珠，使這些霧珠作用于環(huán)形零件的表面，使零件得到?jīng)_擊。持續(xù)先前的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，是環(huán)形表面得到的沖擊至少是以前沖擊的5倍。換句話說，薄壁環(huán)形金屬零件經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)的敞

9、開小室，得到N次的沖擊。每通過一次轉(zhuǎn)動(dòng)，零件表面的每一部分就得到總數(shù)1/N次的沖擊。這樣的方法提高了作用效果，使整個(gè)的零件表面得到無差異的波沖擊。對(duì)薄環(huán)形零件的波沖擊不僅減少了在沖擊過程中零件的變形，而且當(dāng)沖擊完成后也會(huì)對(duì)零件留下殘余應(yīng)力。零件的整個(gè)表面承擔(dān)的負(fù)載也隨著沖擊的持續(xù)，顯現(xiàn)無差異性。這樣就解決了上面提出的第一個(gè)問題。另外，當(dāng)零件經(jīng)過沖擊小室被沖擊N時(shí)，沒有必要停止準(zhǔn)確的沖擊。或多或少的沖擊產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果，最多也就是總沖擊數(shù)量大的1/N次。這樣就解決了第二個(gè)問題。為了獲得可接受的結(jié)果，沖擊的次數(shù)N至少是原來波沖擊的5倍?？墒墙?jīng)過大量的周轉(zhuǎn)式移動(dòng)才能得到較好的結(jié)果，如N是20或100

10、次。當(dāng)沖擊非常薄的零件時(shí)，需要指定非常多的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)的次數(shù)N。目前的沖擊方法一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)就是它具有有效性和徹底性。然而，在薄型零件上的最佳的沖擊就是不使零件產(chǎn)生變形。我們理解的是同目前發(fā)明相符的波沖擊一樣，零件各部分所能承擔(dān)的負(fù)載保持著一致性。這項(xiàng)專利申請(qǐng)的方法一定不能同先前提到過的FR2689431里提到的方法混淆。雖然FR2689431不能明確表明波沖擊是單一步驟作用的，但是它能推測出這個(gè)單一步驟的作用是需要的。尤其在FR2689431專利中的第七頁二十行給出的公式Vi二Ai/To。Al代表小室在零件表面上速度，頁代表著如圖1中表明的振蕩器表面的寬度同小室的寬度幾乎完全相符。To代表波沖

11、擊表面的時(shí)間，也就是第七頁第七行的公式中給出的時(shí)間。如果波沖擊零件N次，通過FR2689431中公式Vi=Ai/To知道，零件經(jīng)過持續(xù)的沖擊，表面的每個(gè)地方都能得到最佳的沖擊量?，F(xiàn)在的是FR2689431提供的只有N=1的這一種情況。更多的是，尤其在第7頁第24-34行中說的，速度過大會(huì)導(dǎo)致沖擊不足，而速度過小將會(huì)超過零件工作的硬度。在這里速度是非常重要的，因?yàn)闉榱双@得零件表面每處被沖擊的時(shí)間，零件的全部邊緣還得必須通過單一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)或小量的轉(zhuǎn)動(dòng)才能被準(zhǔn)確的沖擊。但這個(gè)發(fā)明的另一方面，通過霧珠作用零件的實(shí)驗(yàn)過程表明，速度因素也不是很重要的。這項(xiàng)發(fā)明同首選設(shè)備的介紹它的3,通它應(yīng)FIG.Z談一下

12、這個(gè)圖，零件1是一個(gè)人造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的錐形輪子，壁是很薄的，有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的幾何軸子。零件1包括一個(gè)錐桶過法蘭4對(duì)大直徑的錐桶3徑向延伸。法蘭4包括軸承表面5,該被波沖擊的。軸承表面5是環(huán)形、扁平、星形的。儀器中室10內(nèi)有持續(xù)提供的微小霧珠11。室10是以壁12和包括缺口13，參考面14的邊緣為界的。儀器的振蕩器20，是由的底部石英制成的震蕩發(fā)生器22在莖桿22內(nèi)產(chǎn)生了共振組成的。莖桿21的另一端包括很平滑的表面23。震蕩表面23是在室10的底部，面朝缺口13。振蕩器發(fā)生器22作用莖桿21發(fā)生徑向的振動(dòng)，表面23振動(dòng)，把能量傳遞給微霧珠，脫離室12的墻壁，使他們彈向表面5，沖擊朝向缺口13的表面。作用過程中，微珠逐漸損失能量。但是，在同震蕩器底端表面23作用的來回中，微珠能得到更多的能量。然而，在室內(nèi)微珠移動(dòng)的速度是任意大小和任意方向的，在室內(nèi)，微珠是以霧珠的形式存在。為了沖擊表面5，在室內(nèi)放入一份微珠。零件1被以這樣的方式放置，是為了使表面5在缺口13之上。缺口13的邊緣14離表面5的空隙E要小于微珠的直徑。零件1在它的幾何軸上旋轉(zhuǎn)，振動(dòng)發(fā)生器22在先前預(yù)訂的時(shí)間長度T內(nèi)的最少等于5.。經(jīng)過F時(shí)間后，暫停振動(dòng)發(fā)聲器22，并使零件1轉(zhuǎn)動(dòng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)之一是在沖擊作用中，零件1和室10是不相聯(lián)系的。這樣就可能避免任何表面對(duì)零件的破壞。盡管這樣，室內(nèi)的微珠被圈在室10內(nèi)