DE102017007801A1

DE102017007801A1 - Method and apparatus for solidification blasting or solidification rolling

Info

Publication number: DE102017007801A1
Application number: DE102017007801.7A
Authority: DE
Inventors: Gerd Waning
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-02-21
Also published as: WO2019034284A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (100) zum Verfestigungsstrahlen oder Verfestigungswalzen eines Bauteils (101), wobei die Oberfläche (102) oder zumindest ein Teil der Oberfläche (102) des Bauteils (101) mit einem Verfestigungsstrahl (120) mit einem Strahlmittel (121) bzw. mit einer Verfestigungswalze beaufschlagt wird, wobei die Oberfläche (102) oder zumindest der Teil der Oberfläche (102) des Bauteils (101) vor und/oder während der Beaufschlagung mit dem Verfestigungsstrahl (120) bzw. mit der Verfestigungswalze gekühlt wird.The present invention relates to a method and apparatus (100) for solidification blasting or solidification rolling of a component (101), wherein the surface (102) or at least a part of the surface (102) of the component (101) is provided with a solidification jet (120) having a The surface (102) or at least the part of the surface (102) of the component (101) before and / or during the application of the solidification jet (120) or with the solidification roller is cooled.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen eines Bauteils, wobei die Oberfläche oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Bauteils mit einem Verfestigungsstrahl aus einem Strahlmittel beaufschlagt wird.The invention relates to a method and a device for solidification blasting of a component, wherein the surface or at least a part of the surface of the component is subjected to a hardening beam from a blasting medium.

Stand der TechnikState of the art

Beim sogenannten Verfestigungsstrahlen (engl. „shot peening“) wird ein Verfestigungsstrahl aus einem Strahlmittel und gegebenenfalls einem Fördermedium wie Luft auf die Oberfläche eines Bauteils gelenkt. Typische Bauteile sind etwa im Luft- und Raumfahrt- sowie im Automobilbereich eingesetzte Lenk-, Antriebs- und Getriebeteile. Als Strahlmittel werden dabei zumeist kugelförmig oder annähernd kugelförmige Partikel (sog. Strahlmittelkugeln) verwendet, etwa Stahlkugeln. Diese Strahlmittelkugeln treffen mit hoher Geschwindigkeit von beispielsweise über 80 m/s auf die Bauteiloberfläche auf, prallen an der Oberfläche ab und geben dabei einen Teil ihrer kinetischen Energie ab.In so-called "shot peening", a hardening jet of a blasting medium and possibly a conveying medium such as air is directed onto the surface of a component. Typical components include steering, drive and transmission parts used in the aerospace and automotive industries. As a blasting agent are mostly spherical or approximately spherical particles (so-called. Strahlmittelkugeln) used, such as steel balls. These blasting agent balls strike the component surface at high speed of, for example, over 80 m / s, bounce off the surface and release part of their kinetic energy.

Das Strahlmittel wirkt dabei wie ein kleinster Schmiedehammer. Die Strahlmittelkugeln dringen zumindest teilweise in den Werkstoff des Bauteils ein und hinterlassen in der Bauteiloberfläche zumeist kalottenförmige Einschläge. Das Bauteilmaterial wird durch die eindringenden Strahlmittelkugeln zumindest teilweise verdrängt und verdichtet sich dabei, wodurch eine plastische Verformung entsteht. Durch diese plastische Verformung wiederum wird in der Bauteilrandzone, also in der Oberfläche bzw. in einem oberflächennahen Bereich des Bauteils eine Druckeigenspannung erzeugt.The blasting agent acts like a small forging hammer. The blasting agent beads penetrate at least partially into the material of the component and leave in the component surface mostly dome-shaped impacts. The component material is at least partially displaced by the penetrating blasting agent balls and thereby compacted, whereby a plastic deformation is formed. By virtue of this plastic deformation, a compressive residual stress is in turn generated in the component edge zone, that is to say in the surface or in a region of the component near the surface.

Eine Beschädigung oder Zerstörung von Bauteilen nimmt zumeist in der Bauteilrandzone bzw. in oberflächennahen Bereichen ihren Ursprung. Jedoch können Risse in Bauteilen nicht oder zumindest kaum in Bereichen mit Druckeigenspannungen entstehen oder sich ausbreiten. Durch das Verfestigungsstrahlen und die dadurch erzeugte Druckeigenspannung in oberflächennahen Bauteilbereichen kann somit die Dauerfestigkeit des Bauteils erhöht werden.Damage or destruction of components usually takes its origin in the component edge zone or in areas near the surface. However, cracks in components can not or at least hardly occur in areas with compressive residual stresses or propagate. As a result of the solidification blasting and the compressive residual stress generated in the component regions near the surface, the fatigue strength of the component can thus be increased.

Beispielsweise bei einer dynamischen Beanspruchung des Bauteils müssten auf das Bauteil ausgeübte (Zug-)Kräfte zunächst die Druckeigenspannung in den oberflächennahen Bereichen überwinden, bevor sie in der Bauteilrandzone wirksam werden und dort Risse entstehen können. Je höher also die Druckeigenspannungen sind, welche durch das Verfestigungsstrahlen erzeugt werden können, desto weiter kann die Dauerfestigkeit des Bauteils erhöht werden. Daneben ist das Verfestigungswalzen bekannt, bei dem ein Bauteil mit Druck einer Walze beaufschlagt wird, um die Dauerfestigkeit des Bauteils zu erhöhen.For example, in the case of dynamic loading of the component, (tensile) forces exerted on the component would first have to overcome the inherent compressive stress in the areas near the surface before they become effective in the component edge zone, where cracks can occur. Thus, the higher the residual compressive stresses which can be generated by the solidification jetting, the further the fatigue strength of the component can be increased. In addition, the solidification rollers is known in which a component is subjected to pressure of a roller in order to increase the fatigue strength of the component.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfestigungsstrahlen bzw. -walzen weiter zu verbessern, insbesondere um höhere Druckeigenspannungen zu erzeugen und um somit die Dauerfestigkeit von Bauteilen weiter zu erhöhen.The object of the present invention is to further improve the solidification blasting or rolling, in particular to produce higher compressive residual stresses and thus to further increase the fatigue strength of components.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen eines Bauteils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in analoger Art und Weise.This object is achieved by a method and an apparatus for solidification blasting of a component having the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description. Embodiments of the method according to the invention and the device according to the invention will become apparent from the following description in an analogous manner.

Im Rahmen des Verfestigungsstrahlens wird die die Oberfläche oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Bauteils mit einem Verfestigungsstrahl mit einem Strahlmittel beaufschlagt. Die Vorrichtung weist zu diesem Zweck eine Verfestigungsstrahleinheit auf. Beispielsweise kann diese Verfestigungsstrahleinheit eine oder mehrere Düsen oder mindestens ein Schleuder- bzw. Schaufelrad aufweisen.In the context of solidification blasting, the surface or at least part of the surface of the component is subjected to a hardening jet with a blasting medium. The device has a solidification jet unit for this purpose. By way of example, this solidification jet unit may have one or more nozzles or at least one centrifugal or paddle wheel.

Als Strahlmittel werden zweckmäßigerweise kugelförmig oder annähernd kugelförmige Partikel verwendet, sog. Strahlmittelkugeln, beispielsweise Stahlkugeln, Glasperlen, Sand und/oder Hochdruckwasserstrahlen. Insbesondere wird das Strahlmittel in dem Verfestigungsstrahl zusammen mit einem Fördermedium, z.B. Luft, auf die Oberfläche des Bauteils gelenkt. Das Fördermedium steht dabei insbesondere unter Druck, wodurch das Strahlmittel beschleunigt und auf die Bauteiloberfläche transportiert werden kann.As blasting agent spherical or approximately spherical particles are expediently used, so-called. Blasting agent balls, such as steel balls, glass beads, sand and / or high-pressure water jets. In particular, the blasting agent in the hardening jet is mixed with a conveying medium, e.g. Air, directed to the surface of the component. The pumped medium is in particular under pressure, whereby the blasting agent can be accelerated and transported to the component surface.

Erfindungsgemäß wird die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils vor und/oder während der Beaufschlagung mit dem Verfestigungsstrahl gekühlt. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung eine Kühleinheit auf. Somit wird in der Oberfläche des Bauteils zweckmäßigerweise ein Temperaturgradient erzeugt. Durch die Abkühlung der Bauteiloberfläche und insbesondere durch den somit erzeugten Temperaturgradienten stellt sich eine Volumenkontraktion ein, welche insbesondere zu Zugeigenspannungen in der Oberfläche führt. Durch die auftreffenden Strahlmittelkugeln werden diese Zugeigenspannungen zweckmäßigerweise in Druckeigenspannungen umgewandelt. Wenn sich die abgekühlte Bauteiloberfläche nach der Beaufschlagung mit dem Verfestigungsstrahl wieder erwärmt, führt die hieraus resultierende Volumenzunahme zweckmäßigerweise zu einer Erhöhung der bereits erzeugten Druckeigenspannungen.According to the invention, the surface or at least the part of the surface of the component is cooled before and / or during the application of the solidification jet. For this purpose, the device has a cooling unit. Thus, a temperature gradient is expediently generated in the surface of the component. Due to the cooling of the component surface and in particular by the temperature gradient thus generated, a volume contraction arises, which leads in particular to tensile residual stresses in the surface. These tensile stresses are expediently converted into compressive residual stresses by the impinging abrasive balls. When the cooled component surface heats up again after being subjected to the solidification jet, the resulting volume increase results expediently to an increase of the already generated compressive residual stresses.

Durch die erfindungsgemäße Abkühlung der Bauteiloberfläche können somit die durch das Verfestigungsstrahlen erzeugten Druckeigenspannungen in oberflächennahen Bereichen des Bauteils erhöht werden. Die Erfindung stellt somit eine Möglichkeit bereit, um im Vergleich zu herkömmlichen Verfestigungsstrahlmethoden nach dem Stand der Technik höhere Druckeigenspannungen zu erzeugen und die Dauerfestigkeit des Bauteils weiter zu erhöhen.As a result of the cooling according to the invention of the component surface, it is thus possible to increase the compressive residual stresses generated in the surface-near regions of the component by the solidification jets. The invention thus provides a possibility to produce higher residual compressive stresses and to increase the fatigue strength of the component in comparison to conventional prior art solidification blast methods.

Durch die Erfindung können im Vergleich zu herkömmlichen Verfestigungsstrahlmethoden insbesondere eine geringere Korrosionsanfälligkeit sowie eine höhere Wechselfestigkeit des Bauteils durch höhere Oberflächendruckeigenspannungen erreicht werden. Insbesondere wird es ermöglicht, das Gewicht des Bauteils bei gleicher mechanischer Belastbarkeit zu reduzieren, Bauteile können somit kleiner und leichter gebaut werden. Weiterhin kann das Verfestigungsstrahlen insbesondere kostengünstiger und mit höherer Effizienz als herkömmliche Verfestigungsstrahlmethoden durchgeführt werden, da insbesondere eine Strahlzeit, also die Zeitdauer, für welche die Bauteiloberfläche mit dem Verfestigungsstrahl beaufschlagt wird, reduziert werden kann.As a result of the invention, in comparison to conventional solidification jet methods, in particular a lower susceptibility to corrosion and a higher resistance to change of the component can be achieved by higher surface compressive residual stresses. In particular, it is possible to reduce the weight of the component with the same mechanical load capacity, components can thus be made smaller and lighter. Furthermore, the solidification blasting can in particular be carried out more cost-effectively and with higher efficiency than conventional solidification blasting methods, since in particular a blasting time, that is to say the duration for which the component surface is subjected to the hardening beam, can be reduced.

Bei Bauteilen aus Stahl, welche einen gewissen, erhöhten Restaustenitanteil aufweisen, beispielsweise aufgrund von vor dem Verfestigungsstrahlen durchgeführten Wärmebehandlungsprozessen, kann zweckmäßigerweise durch die Abkühlung der Oberfläche erreicht werden, dass sich dieser Restaustenit nur in der Oberfläche bzw. in oberflächennahen Bereichen zu Martensit umwandelt, was insbesondere zur Erzeugung weiterer Druckeigenspannungen sowie einer höheren Oberflächenhärte führt. Des Weiteren kann in diesem Fall der Restaustenit im Kern bzw. in den inneren Bereichen des Bauteils erhalten bleiben, wodurch insbesondere verbesserte Zähigkeitseigenschaften im Kern des Bauteils erreicht werden.In the case of components made of steel, which have a certain, increased retained austenite content, for example due to heat treatment processes carried out before the solidification blasting, it can be advantageously achieved by cooling the surface that this retained austenite converts to martensite only in the surface or in near-surface areas in particular leads to the generation of additional residual compressive stresses and a higher surface hardness. Furthermore, in this case, the retained austenite can be retained in the core or in the inner regions of the component, as a result of which, in particular, improved toughness properties in the core of the component are achieved.

Zweckmäßigerweise können durch die erzeugten Druckeigenspannungen eine Standzeit des Bauteils hinsichtlich der Dauerschwingfestigkeit und die Beständigkeit gegen Spannungs- und Schwingungs-Risskorrosion erhöht werden, insbesondere an Bauteilen, welche starken Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Bauteile der Luft- und Raumfahrt sowie des Automotive-Bereichs, z.B. für Federn, Wellen wie Antriebs- oder Kurbelwellen, Zahnräder, Pleuelstangen, Lenkungs- und Getriebeteile, Turbinenschaufeln, usw.Conveniently, the service life of the component in terms of fatigue strength and resistance to stress and vibration crack corrosion can be increased by the compressive stresses generated, in particular on components which are exposed to strong alternating stresses. The invention is particularly suitable for aerospace and automotive components, e.g. for springs, shafts such as drive or crankshafts, gears, connecting rods, steering and transmission parts, turbine blades, etc.

Beispielsweise kann als Verfestigungsstrahlen ein sogenanntes Druckstrahlen durchgeführt werden, wobei das Strahlmittel mithilfe von Düsen durch flüssige oder gasförmige Trägermittel gefördert und beschleunigt wird. Die entsprechende Verfestigungsstrahleinheit kann zu diesem Zweck eine oder mehrere Düsen aufweisen.For example, as solidification jets, a so-called pressure-blasting can be performed, wherein the blasting agent is conveyed and accelerated by means of nozzles through liquid or gaseous carrier means. The corresponding solidification jet unit may have one or more nozzles for this purpose.

Als Verfestigungsstrahlen kann beispielsweise auch ein sog. Schleuderradstrahlen durchgeführt werden, wobei das Strahlmittel durch Schleuderräder beschleunigt wird, die mit Wurfschaufeln oder entsprechenden Einrichtungen versehen sind. Die entsprechende Verfestigungsstrahleinheit weist zu diesem Zweck wenigstens ein Schleuder- bzw. Schaufelrad auf.As solidifying jets, for example, a so-called. Spinning wheel blasting can be performed, wherein the blasting agent is accelerated by blast wheels, which are provided with throwing blades or corresponding devices. The corresponding solidification jet unit has for this purpose at least one spinner or paddle wheel.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfestigungswalzen eines Bauteils. Die Oberfläche oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Bauteils wird mit einer Verfestigungswalze beaufschlagt. Vor und/oder während der Beaufschlagung mit der Verfestigungswalze wird die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils gekühlt.Another aspect of the present invention relates to a method and apparatus for solidification rolling a component. The surface or at least a part of the surface of the component is subjected to a hardening roller. Before and / or during the application of the hardening roller, the surface or at least the part of the surface of the component is cooled.

Wie auch das Verfestigungsstrahlen stellt das Verfestigungswalzen ein mechanisches Oberflächenhärten von Bauteilen dar, wobei durch mechanische Druckbeaufschlagung der Bauteiloberfläche Druckeigenspannungen in der Oberfläche bzw. in oberflächennahen Bereichen erzeugt werden.As well as the solidification blasting, the solidification rolls is a mechanical surface hardening of components, wherein compressive stresses are generated in the surface or in near-surface regions by mechanical pressure loading of the component surface.

Wie auch beim Verfestigungsstrahlen werden durch die erfindungsgemäße Abkühlung der Bauteiloberfläche und durch den somit erzeugten Temperaturgradienten in der Bauteiloberfläche die durch das Verfestigungswalzen erzeugten Druckeigenspannungen in oberflächennahen Bereichen des Bauteils und dessen Dauerfestigkeit erhöht.As with solidification jetting, the compressive stresses generated in the surface of the component and its fatigue strength are increased by the inventive cooling of the component surface and by the thus generated temperature gradients in the component surface.

Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung zum Verfestigungswalzen sowie zum Verfestigungsstrahlen ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung in analoger Art und Weise, ohne dass dies wiederholten Ausführungen bedürfte.Advantages and preferred embodiments of the method according to the invention or of the device for solidification rolling and for solidification blasting result from the present description in an analogous manner, without this requiring repeated execution.

Vorteilhafterweise wird die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils auf eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur abgekühlt, zweckmäßigerweise auf Temperaturen unterhalb von -80°C, insbesondere auf Temperaturen unterhalb von -100°C. Das Bauteil bzw. dessen Oberfläche kann dabei insbesondere zunächst Raumtemperatur besitzen und von dieser herunter gekühlt werden. Es ist auch denkbar, dass das Bauteil bzw. die Bauteiloberfläche zunächst eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur aufweist und vor oder während der Beaufschlagung mit dem Verfestigungsstrahl bzw. der Verfestigungswalze auf eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur herunter gekühlt wird.Advantageously, the surface or at least the part of the surface of the component is cooled to a temperature below room temperature, expediently to temperatures below -80 ° C, in particular to temperatures below -100 ° C. The component or its surface can in particular initially have room temperature and be cooled down by this. It is also conceivable that the component or the component surface initially has a temperature above room temperature and before or during the application of the hardening beam or the hardening roller to a Temperature below the room temperature is cooled down.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils während der Beaufschlagung mit dem Verfestigungsstrahl durch den Verfestigungsstrahl selbst gekühlt. Insbesondere kann das Bauteil bzw. seine Oberfläche dabei vor der Beaufschlagung mit dem Verfestigungsstrahl Raumtemperatur besitzen und nicht aktiv gekühlt werden und während der Beaufschlagung von dem Verfestigungsstrahl selbst passiv abgekühlt werden, zweckmäßigerweise auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur. Auf diese Weise wird während des Verfestigungsstrahlens insbesondere automatisch derjenige Teil der Bauteiloberfläche gekühlt, welcher von dem Strahlmittel beaufschlagt wird.According to a particularly preferred embodiment, the surface or at least the part of the surface of the component is cooled during the application of the hardening beam by the solidification jet itself. In particular, the component or its surface may have room temperature before being subjected to the solidification jet and may not be cooled actively and may be cooled passively by the solidification jet itself, preferably at temperatures below room temperature. In this way, during the solidification jet, in particular, that part of the component surface which is acted upon by the blasting agent is automatically cooled.

Vorzugsweise wird das Strahlmittel gekühlt, insbesondere bevor es in dem Verfestigungsstrahl auf die Bauteiloberfläche geführt wird. Das Strahlmittel kann beispielsweise gekühlt gelagert werden oder (unmittelbar) vor Einführung in den Verfestigungsstrahl auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden. Somit kann die Bauteiloberfläche durch die aufprallenden Strahlmittelkugeln selbst gekühlt werden.The blasting agent is preferably cooled, in particular before it is guided in the hardening beam onto the component surface. The blasting agent can be stored, for example, cooled or cooled (immediately) before introduction into the hardening beam to the desired temperature. Thus, the component surface itself can be cooled by the impacting shot blasting balls.

Alternativ oder zusätzlich wird dem Verfestigungsstrahl vorteilhafterweise ein Kühlmedium beigefügt. Somit wird zweckmäßigerweise ein Gemisch aus Förderluft, Strahlmittel und Kühlmedium als Verfestigungsstrahl verwendet. Die Bauteiloberfläche wird somit mit einem gekühlten Verfestigungsstrahl beaufschlagt und auf diese Weise zweckmäßigerweise abgekühlt. Beispielsweise kann flüssiger Stickstoff und/oder unterkühltes Wassereisgranulat als Kühlmedium verwendet werden.Alternatively or additionally, the hardening beam is advantageously accompanied by a cooling medium. Thus, it is expedient to use a mixture of conveying air, blasting medium and cooling medium as hardening jet. The component surface is thus subjected to a cooled hardening beam and cooled in this way expediently. For example, liquid nitrogen and / or supercooled water ice granules can be used as the cooling medium.

Auf analoge Weise wird die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils vorteilhafterweise während der Beaufschlagung mit der Verfestigungswalze durch diese selbst gekühlt. Vorzugsweise wird die Verfestigungswalze zu diesem Zweck durch eine geeignete Kühlvorrichtung gekühlt.In an analogous manner, the surface or at least the part of the surface of the component is advantageously cooled by itself during the application of the hardening roller. Preferably, the hardening roller is cooled for this purpose by a suitable cooling device.

Vorteilhafterweise wird das Strahlmittel mittels flüssigen Stickstoffs gekühlt. Beim Verfestigungswalzen wird vorteilhafterweise die Verfestigungswalze mittels flüssigen Stickstoffs gekühlt. Das Strahlmittel bzw. die Verfestigungswalze können somit auf kostengünstige und aufwandsarme Weise auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden. Insbesondere können somit ein Temperaturunterschied zwischen Bauteiloberfläche und Verfestigungsstrahl bzw. Verfestigungswalze und somit der erzeugte Temperaturgradient in der Bauteiloberfläche erhöht und der Prozess des Verfestigungsstrahlens bzw. Verfestigungswalzens beschleunigt werden.Advantageously, the blasting agent is cooled by means of liquid nitrogen. In solidification rolling, the hardening roll is advantageously cooled by means of liquid nitrogen. The blasting agent or the solidification roller can thus be cooled to low temperatures in a cost-effective and low-effort manner. In particular, a temperature difference between the component surface and hardening jet or hardening roller and thus the generated temperature gradient in the component surface can thus be increased and the process of hardening blasting or hardening rolling accelerated.

Alternativ oder zusätzlich können CO₂-Pellets und/oder CO₂-Schnee vorteilhafterweise dem Verfestigungsstrahl beigefügt werden, um das Strahlmittel zu kühlen. Vorzugsweise wird somit ein Gemisch aus Förderluft, Strahlmittel sowie CO₂-Pellets und/oder CO₂-Schnee als Verfestigungsstrahl verwendet. Trockeneis in Form von CO₂-Pellets bzw. CO₂-Schnee ermöglicht insbesondere eine kostengünstige und aufwandsarme Abkühlung der Bauteiloberfläche.Alternatively or additionally, CO ₂ pellets and / or CO ₂ snow can advantageously be added to the solidification jet in order to cool the blasting medium. Preferably, therefore, a mixture of conveying air, blasting agent and CO ₂ pellets and / or CO ₂ snow is used as hardening beam. Dry ice in the form of CO ₂ pellets or CO ₂ snow in particular allows a cost-effective and low-cost cooling of the component surface.

Bevorzugt werden die CO₂-Pellets und/oder der CO₂-Schnee vorgekühlt, insbesondere mittels flüssigen Stickstoffs. Die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils wird vorzugsweise mit Hilfe der vorgekühlten CO₂-Pellets und/oder des vorgekühlten CO₂-Schnee gekühlt. Somit wird die Temperatur des Trockeneises reduziert, bevor dieses der Bauteiloberfläche oder dem Verfestigungsstrahl zugeführt wird. Die Oberfläche des Bauteils kann somit auf kostengünstige und aufwandsarme Weise noch stärker abgekühlt werden. Insbesondere können somit ein Temperaturunterschied zwischen Bauteiloberfläche und Verfestigungsstrahl bzw. Verfestigungswalze und der erzeugte Temperaturgradient der Bauteiloberfläche erhöht und der Prozess des Verfestigungsstrahlens bzw. Verfestigungswalzens beschleunigt werden.Preferably, the CO ₂ pellets and / or the CO ₂ snow are pre-cooled, in particular by means of liquid nitrogen. The surface or at least the part of the surface of the component is preferably cooled by means of the pre-cooled CO ₂ pellets and / or the pre-cooled CO ₂ snow. Thus, the temperature of the dry ice is reduced before it is supplied to the component surface or the solidification jet. The surface of the component can thus be even more cooled in a cost effective and low-cost manner. In particular, a temperature difference between the component surface and the solidification jet or hardening roller and the generated temperature gradient of the component surface can thus be increased and the process of hardening blasting or hardening rolling accelerated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils zunächst vorgewärmt, insbesondere auf eine Temperatur von über 100°C, bevor die Oberfläche oder zumindest der Teil der Oberfläche des Bauteils durch den Verfestigungsstrahl bzw. die Verfestigungswalze abgekühlt wird. Zweckmäßigerweise wird die Oberflächentemperatur bis zur oder nahe der Anlasstemperatur des Bauteilmaterials erhöht. Nachdem die Oberfläche entsprechend vorgewärmt wurde, wird sie insbesondere durch den Verfestigungsstrahl bzw. die Verfestigungswalze abgekühlt, insbesondere auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, wodurch ein hoher Temperaturgradient in der Oberfläche erzeugt werden kann. Zweckmäßigerweise wird dem Verfestigungsstrahl in diesem Fall unterkühltes Wassereisgranulat als Kühlmedium zugefügt. Die Effektivität des Verfestigungsstrahlens kann somit noch weiter gesteigert werden, da auf diese Weise besonders hohe Wärmeübergangskoeffizienten erreicht werden können. Insbesondere kann ein Bauteil mit Martensit aus Restaustenit sofort entspannt werden, wenn es auf die entsprechende Anlasstemperatur oder auf Temperaturen nahe der Anlasstemperatur vorgewärmt und mit dem Verfestigungsstrahl beaufschlagt und abgekühlt wird.According to a preferred embodiment, the surface or at least the part of the surface of the component is first preheated, in particular to a temperature of over 100 ° C, before the surface or at least the part of the surface of the component is cooled by the solidification jet or the solidification roller. Conveniently, the surface temperature is increased to or near the tempering temperature of the component material. After the surface has been appropriately preheated, it is cooled in particular by the hardening jet or the hardening roller, in particular to temperatures below room temperature, whereby a high temperature gradient can be generated in the surface. Conveniently, in this case, supercooled water ice granules are added to the solidification jet as the cooling medium. The effectiveness of the solidification jet can thus be further increased, since in this way particularly high heat transfer coefficients can be achieved. In particular, a component containing martensite made of retained austenite can be immediately expanded when it is preheated to the appropriate tempering temperature or at temperatures close to the tempering temperature and charged with the hardening jet and cooled.

Vorteilhafterweise werden mittels des in der Oberfläche des Bauteils erzeugten Temperaturgradienten Eigenschaften der Oberfläche des Bauteils gezielt beeinflusst. Durch die Erfindung wird somit der in der Bauteiloberfläche erzeugte Temperaturgradient als Parameter für das Verfestigungsstrahlen bzw. für das Verfestigungswalzen eingeführt, mit dessen Hilfe spezielle Eigenschaften der Oberfläche des Bauteils, insbesondere die Druckeigenspannungen in der Oberfläche bzw. oberflächennahen Bereichen des Bauteils und/oder die Dauerfestigkeit des Bauteils, gezielt beeinflusst werden können.Advantageously, by means of the temperature gradient generated in the surface of the component properties of the surface of the component purposefully influenced. The invention thus introduces the temperature gradient generated in the component surface as a parameter for the solidification blasting or for the solidification rolling, with the aid of which special properties of the surface of the component, in particular the residual compressive stresses in the surface or near-surface regions of the component and / or fatigue strength of the component, can be selectively influenced.

Vorteilhafterweise werden, neben dem Temperaturgradienten, einer oder mehrere weitere Parameter des Verfestigungsstrahlens bzw. des Verfestigungswalzens eingestellt und/oder geregelt, um Eigenschaften der Oberfläche des Bauteils gezielt zu beeinflussen. Das Verfestigungsstrahlen bzw. Verfestigungswalzen kann dabei zweckmäßigerweise vollautomatisiert durchgeführt werden. Insbesondere können durch geeignetes Einstellen bzw. Regeln dieser Parameter in unterschiedlichen Teilen der Bauteiloberfläche lokal unterschiedliche Eigenschaften erzeugt werden. Vorzugsweise werden die Druckeigenspannungen in der Oberfläche bzw. oberflächennahen Bereichen des Bauteils durch Einstellen und/oder Regeln der Parameter gezielt beeinflusst.Advantageously, in addition to the temperature gradient, one or more further parameters of the solidification jet or of the solidification rolling are set and / or regulated in order to influence properties of the surface of the component in a targeted manner. The solidification blasting or hardening rolling can advantageously be carried out fully automatically. In particular, locally different properties can be generated by suitably setting or regulating these parameters in different parts of the component surface. The compressive residual stresses in the surface or near-surface regions of the component are preferably influenced in a targeted manner by setting and / or regulating the parameters.

Vorteilhafterweise werden einer oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt und/oder geregelt: eine Strahlgeschwindigkeit; ein Druck des Verfestigungsstrahls; ein Abstand zwischen der Bauteiloberfläche und einer Verfestigungsstrahldüse bzw. einem Schleuderrad, welche bzw. welches verwendet wird, um den Verfestigungsstrahl auf die Bauteiloberfläche zu führen; ein Auftreffwinkel des Verfestigungsstrahls auf die Bauteiloberfläche; eine Zeitdauer, für welche die Bauteiloberfläche mit dem Verfestigungsstrahl beaufschlagt wird (Strahlzeit); das spezielle verwendete Strahlmittel, insbesondere die Art bzw. das Material des Strahlmittels (z.B. Stahlkugeln, Glasperlen, Sand, Hochdruckwasserstrahl) und/oder ein Durchmesser bzw. eine Größe der einzelnen Strahlmittelkugeln; eine Bauteilvorbehandlung.Advantageously, one or more of the following parameters are adjusted and / or regulated: a jet velocity; a pressure of the solidification jet; a gap between the component surface and a solidification jet nozzle or impeller used to guide the solidification jet to the component surface; an angle of incidence of the solidification jet on the component surface; a period of time for which the component surface is subjected to the solidification jet (jet time); the particular abrasive used, in particular the type or material of the abrasive (e.g., steel balls, glass beads, sand, high pressure water jet) and / or a diameter or size of the individual abrasive balls; a component pretreatment.

Je höher die Strahlgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, mit welcher die Strahlmittelkugeln auf die Bauteiloberfläche auftreffen, desto höher der Energieeintrag in die Oberfläche. Jedoch darf die Strahlgeschwindigkeit nicht zu hoch gewählt werden, da die Oberfläche bei zu hohen Strahlgeschwindigkeiten beschädigt werden kann. Die Strahlgeschwindigkeit kann insbesondere in einem Bereich von bis zu 160 m/s liegen. Durch den Druck des Verfestigungsstrahls, insbesondere den Druck des Fördermediums, kann zweckmäßigerweise die Strahlgeschwindigkeit beeinflusst werden. Beispielsweise kann der Druck des Fördermediums bis zu 10 bar betragen. Der Auftreffwinkel kann insbesondere durch die räumliche Orientierung der Verfestigungsstrahldüse zu der Oberfläche verändert werden. Im Zuge der Bauteilvorbehandlung können beispielsweise Wärmebehandlungsprozesse vor dem Verfestigungsstrahlen durchgeführt werden.The higher the jet velocity, ie the speed with which the blasting agent balls impinge on the component surface, the higher the energy input into the surface. However, the jet speed must not be too high, as the surface can be damaged if the jet speeds are too high. The jet speed can be in particular in a range of up to 160 m / s. By the pressure of the solidification jet, in particular the pressure of the pumped medium, expediently the jet velocity can be influenced. For example, the pressure of the pumped medium can be up to 10 bar. The angle of incidence can be changed in particular by the spatial orientation of the solidification jet nozzle to the surface. In the course of the component pretreatment, for example, heat treatment processes can be carried out before the solidification blasting.

Die Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen kann insbesondere eine oder mehrere Düsen aufweisen. Beispielsweise kann eine Verfestigungsstrahldüse vorgesehen sein, um den Verfestigungsstrahl auf die Bauteiloberfläche zu führen. Eine Kühlmediumdüse kann beispielsweise vorgesehen sein, um ein Kühlmedium zum Abkühlen der Bauteiloberfläche auf selbige zu führen. Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere eine Verfestigungsstrahldüse vorgesehen sein, um ein Gemisch aus Strahlmittel und Kühlmedium als Verfestigungsstrahl auf die Bauteiloberfläche zu führen. Insbesondere kann eine herkömmliche Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen auf konstruktiv und finanziell einfache Weise nachgerüstet werden, indem derartige Düsen in die Vorrichtung implementiert werden.The device for solidification blasting may in particular comprise one or more nozzles. For example, a solidification jet nozzle may be provided to guide the solidification jet to the component surface. For example, a cooling medium nozzle may be provided to guide a cooling medium to cool the component surface thereon. Alternatively or additionally, in particular, a hardening jet nozzle can be provided in order to guide a mixture of blasting agent and cooling medium as hardening jet onto the component surface. In particular, a conventional solidification blasting apparatus can be retrofitted in a structurally and financially simple manner by implementing such nozzles in the apparatus.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigen

1 bis 4 schematisch jeweils eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verfestigungsstrahlen durchzuführen, und
5 und 6 schematisch jeweils eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verfestigungswalzen, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verfestigungswalzen durchzuführen.

The invention and its advantages will now be explained with reference to the accompanying drawings. In this show

1 to 4 schematically each a preferred embodiment of a device according to the invention for solidification blasting, which is adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention for solidification blasting, and
5 and 6 schematically each show a preferred embodiment of a device according to the invention for solidification rolling, which is adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention for solidification rolling.

In 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen eines Bauteils 101 schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Verfestigungsstrahlvorrichtung 100 ist dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.In 1 is a preferred embodiment of a device according to the invention for solidification blasting of a component 101 shown schematically and designated 100. The solidification jet device 100 is adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention.

Das Bauteil 101 kann beispielsweise ein Bauteil der Luft- und Raumfahrt oder des Automotive-Bereichs sein, etwa eine Antriebs- oder Kurbelwelle. Im Zuge des Verfestigungsstrahlens wird die Oberfläche 102 des Bauteils 101 mit einem Verfestigungsstrahl 120 beaufschlagt. Zu diesem Zweck weist die Verfestigungsstrahlvorrichtung 100 eine Verfestigungsstrahleinheit 110 auf.The component 101 For example, it may be a component of aerospace or automotive, such as a drive or crankshaft. In the course of solidification blasting, the surface becomes 102 of the component 101 with a solidification jet 120 applied. For this purpose, the solidification jet device 100 a solidification jet unit 110 on.

Im Beispiel von 1 ist die Verfestigungsstrahlvorrichtung 100 zum sog. Druckstrahlen ausgebildet. Als Verfestigungsstrahl 120 wird in diesem Beispiel ein Gemisch aus einem Strahlmittel 121 und einem Fördermedium 122 der Bauteiloberfläche 102 zugeführt. Als Strahlmittel 121 werden beispielsweise Stahlkugeln verwendet, als Fördermedium 122 z.B. Luft. Die Verfestigungsstrahleinheit 110 weist zu diesem Zweck eine Düse 111 sowie eine Strahlmittelzufuhr 121a und eine Luftzufuhr 122a auf.In the example of 1 is the solidification jet device 100 designed for so-called pressure blasting. As hardening beam 120 In this example, a mixture of a blasting agent 121 and a pumped medium 122 the component surface 102 fed. As a blasting agent 121 For example, steel balls are used as the medium 122 eg air. The solidification jet unit 110 has a nozzle for this purpose 111 and a blasting agent supply 121 and an air supply 122a on.

Die Strahlmittelkugeln 121 in dem Verfestigungsstrahl 120 treffen mit hoher Geschwindigkeit von beispielsweise etwa 80 m/s auf die Bauteiloberfläche 102 auf, prallen dort ab und wandeln dabei einen Teil ihrer kinetischen Energie um. Dabei dringen die Strahlmittelkugeln 121 zumindest teilweise in den Werkstoff des Bauteils 101 ein und hinterlassen in der Bauteiloberfläche 102 kalottenförmige Einschläge 103. Auf diese Weise wird in der Oberfläche 102 bzw. in oberflächennahen Bereichen des Bauteils 101 eine Druckeigenspannung erzeugt, durch welche wiederum die Dauerfestigkeit des Bauteils 101 erhöht wird.The blasting agent balls 121 in the solidification jet 120 hit the surface of the component at a high speed of, for example, about 80 m / s 102 up, bouncing off and converting some of their kinetic energy. The abrasive balls penetrate 121 at least partially in the material of the component 101 and leave in the component surface 102 dome-shaped impacts 103 , This way, in the surface 102 or in near-surface areas of the component 101 generates a compressive residual stress, which in turn the fatigue strength of the component 101 is increased.

Um diese erzeugten Druckeigenspannungen und somit die Dauerfestigkeit des Bauteils weiter zu erhöhen, wird die Oberfläche 102 des Bauteils 101 abgekühlt und ein Temperaturgradient in der Bauteiloberfläche 102 erzeugt. Zu diesem Zweck weist die Verfestigungsstrahlvorrichtung 100 eine Kühleinheit 130 auf.In order to further increase these generated compressive stresses and thus the fatigue strength of the component, the surface becomes 102 of the component 101 cooled and a temperature gradient in the component surface 102 generated. For this purpose, the solidification jet device 100 a cooling unit 130 on.

Die Kühleinheit 130 ist in diesem Beispiel dazu eingerichtet, das Strahlmittel 121 mittels flüssigen Stickstoffs zu kühlen und dem Verfestigungsstrahl 120 ein gekühltes Strahlmittel 121 zuzuführen. Zu diesem Zweck weist die Kühleinheit 130 eine LIN-Zufuhr 131a auf.The cooling unit 130 In this example, it is set up to use the abrasive 121 to cool by means of liquid nitrogen and the solidification jet 120 a cooled blasting medium 121 supply. For this purpose, the cooling unit 130 a LIN supply 131 on.

Über die Düse 111 wird der Bauteiloberfläche 102 somit ein Gemisch aus vorgekühlten Stahlkugeln 121, Luft 122 und Kühlmedium 131 als Verfestigungsstrahl 120 zugeführt. Die Bauteiloberfläche 102 wird somit durch den Verfestigungsstrahl 120 selbst gekühlt, insbesondere auf eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur, insbesondere auf einen Wert von unter -80°C, beispielsweise auf -100°C.About the nozzle 111 becomes the component surface 102 thus a mixture of pre-cooled steel balls 121 , Air 122 and cooling medium 131 as hardening beam 120 fed. The component surface 102 thus becomes through the solidification jet 120 itself cooled, in particular to a temperature below room temperature, in particular to a value of below -80 ° C, for example to -100 ° C.

Eine Steuereinheit 140 ist dazu eingerichtet, Parameter des Verfestigungsstrahlens zu regeln, um die in der Oberfläche 102 erzeugten Druckeigenspannungen und somit die Dauerfestigkeit des Bauteils 101 gezielt zu beeinflussen.A control unit 140 is adapted to control parameters of the solidification jet to those in the surface 102 generated residual compressive stresses and thus the fatigue strength of the component 101 to influence specifically.

Als Parameter werden dabei neben der Temperatur, auf welche die Oberfläche 102 abgekühlt wird bzw. der in der Oberfläche 102 erzeugte Temperaturgradient, beispielsweise die Strahlgeschwindigkeit, der Druck des Fördermediums 122, ein Abstand zwischen der Bauteiloberfläche 102 und der Düse 111, ein Auftreffwinkel des Verfestigungsstrahls 120 auf der Bauteiloberfläche 120 und die Strahlzeit geregelt.As parameters are besides the temperature, on which the surface 102 is cooled or in the surface 102 generated temperature gradient, for example, the jet velocity, the pressure of the pumped medium 122 , a distance between the component surface 102 and the nozzle 111 , an angle of incidence of the solidification jet 120 on the component surface 120 and the beam time regulated.

Die Vorrichtung 100 bzw. die Düse 110 wird entlang einer Bearbeitungsrichtung 104 über die Bauteiloberfläche 102 bewegt, um einzelne Teile bzw. Teilbereiche der Oberfläche 102 konsekutiv bearbeiten zu können. Alternativ kann auch das Bauteil 101 relativ zu der Vorrichtung entlang der Bearbeitungsrichtung 104 bewegt werden. Durch die Regelung der einzelnen Parameter können insbesondere in unterschiedlichen Teilen der Oberfläche 102 unterschiedliche Druckeigenspannungen erzeugt werden.The device 100 or the nozzle 110 is along a machining direction 104 over the component surface 102 moves to individual parts or subregions of the surface 102 to process consecutively. Alternatively, the component can also 101 relative to the device along the machining direction 104 to be moved. By regulating the individual parameters, especially in different parts of the surface 102 different compressive residual stresses are generated.

In 2 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen schematisch dargestellt und mit 200 bezeichnet. Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente.In 2 a further preferred embodiment of a device according to the invention for solidification jets is shown schematically and designated 200. Identical reference numerals in the figures designate identical or identical elements.

Die Vorrichtung 200 weist eine Verfestigungsstrahleinheit 210 mit einer Düse 211, einer Strahlmittelzufuhr 221a und einer Luftzufuhr 222a auf, um der Bauteiloberfläche 102 ein Gemisch aus einem Strahlmittel in Form von Stahlkugeln 221 und einem Fördermedium in Form von Luft 222 als Verfestigungsstrahl 220 zuzuführen, wodurch kalottenförmige Einschläge 103 in der Oberfläche 102 erzeugt werden.The device 200 has a solidification jet unit 210 with a nozzle 211 , a blasting agent supply 221a and an air supply 222a on to the component surface 102 a mixture of a blasting agent in the form of steel balls 221 and a conveying medium in the form of air 222 as hardening beam 220 feed, whereby dome-shaped impacts 103 in the surface 102 be generated.

Zur Kühlung des Strahlmittels 121 bzw. der Bauteiloberfläche 102 weist die Vorrichtung 200 eine Kühleinheit 230 mit einer Kühlmittelzufuhr 231a und einer zweiten Düse 232 auf. Mittels dieser Kühleinheit 230 wird ein Kühlmedium 231 in Form von flüssigem Stickstoff dem Teil der Bauteiloberfläche 102 zugeführt, welcher durch den Verfestigungsstrahl 220 beaufschlagt wird.For cooling the blasting medium 121 or the component surface 102 has the device 200 a cooling unit 230 with a coolant supply 231 and a second nozzle 232 on. By means of this cooling unit 230 becomes a cooling medium 231 in the form of liquid nitrogen, the part of the component surface 102 which is fed through the solidification jet 220 is charged.

Die Düsen 211 und 232 werden entlang der Bearbeitungsrichtung 104 über die Bauteiloberfläche 102 bewegt, um einzelne Teilbereiche der Oberfläche 102 konsekutiv zu bearbeiten bzw. das Bauteil 101 wird relativ zu den Düsen 211 und 232 bewegt.The nozzles 211 and 232 be along the machining direction 104 over the component surface 102 moves to individual subregions of the surface 102 to process consecutively or the component 101 becomes relative to the nozzles 211 and 232 emotional.

Wie oben beschrieben ist eine Steuereinheit 140 vorgesehen, um Parameter des Verfestigungsstrahlens zu regeln und gezielt Druckeigenspannungen in der Oberfläche 102 und die Dauerfestigkeit des Bauteils 101 zu beeinflussen.As described above, a control unit 140 provided to regulate parameters of hardening and targeted internal compressive stresses in the surface 102 and the fatigue strength of the component 101 to influence.

Auf diese Weise kann beispielsweise auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise eine herkömmliche Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen nachgerüstet werden, indem die Kühleinheit 230 in die herkömmliche Vorrichtung implementiert wird.In this way, for example, in a structurally simple and cost-effective manner, a conventional device for solidification jets be retrofitted by the cooling unit 230 is implemented in the conventional device.

In 3 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen schematisch dargestellt und mit 300 bezeichnet. Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente.In 3 is a further preferred embodiment of a device according to the invention for solidification jets shown schematically and with 300 designated. Identical reference numerals in the Figures designate identical or identical elements.

Die Vorrichtung 300 weist einerseits eine Verfestigungsstrahleinheit 210 auf, analog zu der in 2 dargestellten Verfestigungsstrahleinheit, um auf die Bauteiloberfläche 102 einen ersten Verfestigungsstrahl 220 aus Stahlkugeln 221 und Luft 222 zu führen.The device 300 on the one hand has a solidification jet unit 210 on, analogous to the in 2 shown solidification jet unit to the component surface 102 a first solidification jet 220 made of steel balls 221 and air 222 respectively.

Weiterhin weist die Vorrichtung 300 eine Verfestigungsstrahleinheit 110 mit Kühleinheit 130 auf, analog zu der Verfestigungsstrahleinheit aus 1, um der Bauteiloberfläche 102 einen zweiten, gekühlten Verfestigungsstrahl 120 zuzuführen. Durch das Gemisch aus Stahlkugeln 121, Luft 122 und Kühlmedium 131 in dem zweiten Verfestigungsstrahl 120 wird die Bauteiloberfläche 102 gekühlt.Furthermore, the device 300 a solidification jet unit 110 with cooling unit 130 on, analogous to the solidification jet unit off 1 to the component surface 102 a second, cooled solidification jet 120 supply. Through the mixture of steel balls 121 , Air 122 and cooling medium 131 in the second solidification jet 120 becomes the component surface 102 cooled.

Auf diese Weise kann eine herkömmliche Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen auf einfache Weise nachgerüstet werden, indem beispielsweise die Verfestigungsstrahleinheit 110 in die herkömmliche Vorrichtung implementiert wird.In this way, a conventional solidification blasting apparatus can be easily retrofitted by, for example, the solidification jet unit 110 is implemented in the conventional device.

Als Verfestigungsstrahlen kann vorteilhafterweise auch ein sog. Schleuderradstrahlen durchgeführt werden. Eine entsprechende bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist schematisch in 4 dargestellt und mit 400 bezeichnet. Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente.As solidification jets advantageously also a so-called. Blast Wheel blasting can be performed. A corresponding preferred embodiment of a device according to the invention is shown schematically in FIG 4 represented and designated 400. Identical reference numerals in the figures designate identical or identical elements.

Eine entsprechende Verfestigungsstrahleinheit 410 weist in diesem Beispiel ein Schleuder- bzw. Schaufelrad 411 mit Wurfschaufeln auf, um das Strahlmittel zu beschleunigen.A corresponding solidification jet unit 410 has in this example a spinner or paddle wheel 411 with throwing blades to accelerate the blasting medium.

Zu diesem Zweck ist eine Strahlmittelzufuhr 421a vorgesehen, um dem Schleuderrad 411 Strahlmittel 121 in Form von Stahlkugeln zuzuführen. Eine Kühleinheit 430 ist dazu eingerichtet, die Strahlmittelkugeln 121 mittels flüssigen Stickstoffs zu kühlen, bevor diese dem Schleuderrad 411 zugeführt werden. Zu diesem Zweck weist die Kühleinheit 430 eine LIN-Zufuhr 431a auf.For this purpose, a blasting agent supply 421a provided to the blower wheel 411 blasting agent 121 in the form of steel balls. A cooling unit 430 is adapted to the blasting shot 121 to cool by means of liquid nitrogen, before this the impeller 411 be supplied. For this purpose, the cooling unit 430 a LIN supply 431a on.

Somit wird die Bauteiloberfläche mit einem Verfestigungsstrahl 420 aus den vorgekühlten Strahlmittelkugeln 121 und dem hier durch schwarze Punkte dargestellten Kühlmedium 131 zugeführt. Das Bauteil 101 kann beispielsweise auf einem Förderband positioniert sein und somit entlang einer Bearbeitungsrichtung 404 relativ zu der Vorrichtung 400 bewegt werden.Thus, the component surface becomes a solidification jet 420 from the pre-cooled shot blasting balls 121 and the cooling medium represented here by black dots 131 fed. The component 101 For example, it may be positioned on a conveyor belt and thus along a machine direction 404 relative to the device 400 to be moved.

In 5 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verfestigungswalzen eines Bauteils 501 schematisch dargestellt und mit 500 bezeichnet, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verfestigungswalzen durchzuführen.In 5 is a preferred embodiment of a device according to the invention for solidification rolling a component 501 shown schematically and with 500 designated, which is adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention for solidification rolling.

Analog zu obiger Beschreibung ist das Bauteil 501 beispielsweise ein Bauteil der Luft- und Raumfahrt oder des Automotive-Bereichs, etwa eine Antriebs- oder Kurbelwelle. Im Zuge des Verfestigungswalzens wird die Oberfläche 502 des Bauteils 501 mit einer Verfestigungswalze 520 beaufschlagt. Das Bauteil 501 wird dabei entlang einer Bearbeitungsrichtung 504 relativ zu der Verfestigungswalze 520 bewegt, welche entlang der Drehrichtung 505 rotiert.Analogous to the above description is the component 501 For example, a component of aerospace or the automotive sector, such as a drive or crankshaft. In the course of hardening rolling, the surface becomes 502 of the component 501 with a hardening roller 520 applied. The component 501 is doing along a machining direction 504 relative to the consolidation roller 520 moves, which along the direction of rotation 505 rotates.

Durch die Beaufschlagung mit der Verfestigungswalze 520 werden in der Oberfläche 502 bzw. in oberflächennahen Bereichen Druckeigenspannungen erzeugt, durch welche die Dauerfestigkeit des Bauteils 501 erhöht wird. Um diese erzeugten Druckeigenspannungen und somit die Dauerfestigkeit weiter zu erhöhen, wird die Oberfläche 502 des Bauteils 501 abgekühlt. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 500 eine Kühleinheit 530 mit einer Kühlmittelzufuhr 531a und einer Düse 532 auf, durch welche ein Kühlmedium 531 z.B. in Form von flüssigem Stickstoff der Verfestigungswalze 520 und der Bauteiloberfläche 502 zugeführt wird.By the application of the hardening roller 520 be in the surface 502 or in near-surface areas compressive stresses generated by which the fatigue strength of the component 501 is increased. In order to further increase these generated compressive stresses and thus the fatigue strength, the surface becomes 502 of the component 501 cooled. For this purpose, the device 500 a cooling unit 530 with a coolant supply 531a and a nozzle 532 on, through which a cooling medium 531 eg in the form of liquid nitrogen of the hardening roller 520 and the component surface 502 is supplied.

Eine Steuereinheit 540 ist dazu eingerichtet, Parameter des Verfestigungswalzens zu regeln, z.B. eine Kraft, mit welcher die Verfestigungswalze 520 auf die Bauteiloberfläche 502 einwirkt, um die in der Oberfläche 502 erzeugten Druckeigenspannungen und somit die Dauerfestigkeit des Bauteils 501 gezielt zu beeinflussen.A control unit 540 is adapted to control parameters of hardening rolling, eg a force with which the hardening roll 520 on the component surface 502 interacts with the surface 502 generated residual compressive stresses and thus the fatigue strength of the component 501 to influence specifically.

In 6 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 600 zum Verfestigungswalzen schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 600 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Oberfläche 502 des Bauteils 501 durch die Verfestigungswalze 520 selbst zu kühlen. Zu diesem Zweck ist eine Kühleinheit 630 vorgesehen mit einer Kühlmittelzufuhr 631a und einer Düse 632, durch welche ein Kühlmedium 631, z.B. flüssiger Stickstoff, der Verfestigungswalze 520 zugeführt wird, um diese zu kühlen. Auch eine Abkühlung der Verfestigungswalze 520 von Innen, etwa durch entsprechende Zuleitungen für ein Kältemittel, ist denkbar.In 6 is a further preferred embodiment of a device according to the invention 600 for solidification rollers shown schematically. The device 600 is preferably adapted to the surface 502 of the component 501 through the solidification roller 520 to cool itself. For this purpose, a cooling unit 630 provided with a coolant supply 631a and a nozzle 632 through which a cooling medium 631 , eg, liquid nitrogen, the solidification roll 520 is fed to cool it. Also a cooling of the hardening roller 520 from the inside, for example through appropriate supply lines for a refrigerant, is conceivable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100, 200, 300, 400100, 200, 300, 400: Vorrichtung zum Verfestigungsstrahlen Apparatus for solidification blasting
101101: Bauteilcomponent
102102: Oberfläche des BauteilsSurface of the component
103103: kalottenförmige Einschläge in der Oberfläche des Bauteilsdome-shaped impacts in the surface of the component
104104: Bearbeitungsrichtung machining direction
110110: VerfestigungsstrahleinheitConsolidation jet unit
111111: Düsejet
120120: Verfestigungsstrahlshot-peening
121121: Strahlmittel, Strahlmittelkugeln, StahlkugelnBlasting media, shot blasting balls, steel balls
121a121: StrahlmittelzufuhrBlasting material supply
122122: Fördermedium, LuftConveying medium, air
122a122a: Luftzufuhrair supply
130130: Kühleinheitcooling unit
131131: Kühlmediumcooling medium
131a131: LIN-ZufuhrLIN supply
140140: Steuereinheit control unit
210210: VerfestigungsstrahleinheitConsolidation jet unit
211211: Düsejet
220220: Verfestigungsstrahlshot-peening
221221: Strahlmittel, Strahlmittelkugeln, StahlkugelnBlasting media, shot blasting balls, steel balls
221a221a: StrahlmittelzufuhrBlasting material supply
222222: Fördermedium, LuftConveying medium, air
222a222a: Luftzufuhrair supply
230230: Kühleinheitcooling unit
231231: Kühlmediumcooling medium
231a231: LIN-ZufuhrLIN supply
232232: Düse jet
404404: Bearbeitungsrichtungmachining direction
410410: VerfestigungsstrahleinheitConsolidation jet unit
411411: Schleuderradblower
420420: Verfestigungsstrahlshot-peening
421a421a: StrahlmittelzufuhrBlasting material supply
430430: Kühleinheitcooling unit
431a431a: LIN-Zufuhr LIN supply
500, 600500, 600: Vorrichtung zum VerfestigungswalzenApparatus for solidification rolling
501501: Bauteilcomponent
502502: Oberfläche des BauteilsSurface of the component
504504: Bearbeitungsrichtungmachining direction
505505: Drehrichtung der VerfestigungswalzeDirection of rotation of the hardening roller
520520: Verfestigungswalzeconsolidation roller
530, 630530, 630: Kühleinheitcooling unit
531531: Kühlmediumcooling medium
531a531a: LIN-ZufuhrLIN supply
532532: Düsejet
540540: Steuereinheitcontrol unit
631631: Kühlmediumcooling medium
631a631a: LIN-ZufuhrLIN supply
632632: Düsejet

Claims

A method for solidification blasting of a component (101), wherein the surface (102) or at least part of the surface (102) of the component (101) is acted upon by a hardening beam (120, 220, 420) with a blasting medium (121, 221), characterized in that the surface (102) or at least the part of the surface (102) of the component (101) before and / or during the application of the solidification jet (120, 220, 420) is cooled.

Method according to Claim 1 in that the surface (102) or at least the part of the surface (102) of the component (101) is cooled to a temperature below the room temperature.

Method according to one Claim 1 or 2 in that the surface (102) or at least the part of the surface (102) of the component (101) is cooled by the solidification jet (120, 420) itself during the application of the hardening jet (120, 420).

Method according to Claim 3 wherein the blasting medium (121) is cooled and / or wherein the solidifying jet (120, 420) is accompanied by a cooling medium (131).

Method according to Claim 4 wherein the blasting agent (121) is cooled by liquid nitrogen (131).

Method according to Claim 4 or 5 in which CO ₂ pellets and / or CO ₂ snow (131) are added to the solidification jet (120).

Method according to Claim 6 , wherein the CO ₂ pellets and / or the CO ₂ snow (131, 231) are pre-cooled, in particular by means of liquid nitrogen, and wherein the surface (102) or at least the part of the surface (102) of the component (101) Help the precooled CO ₂ pellets and / or the pre-cooled CO ₂ snow (131, 231) is cooled.

Method according to one of the preceding claims, wherein the surface (102) or at least the part of the surface (102) of the component (101) is first preheated, in particular to a temperature of over 100 ° C, before the surface (102) or at least the Part of the surface (102) of the component (101) is cooled.

Method according to one of the preceding claims, wherein properties of the surface (101) of the component (102) are specifically influenced by means of a temperature gradient generated in the surface (102) of the component (101).

Method according to Claim 9 wherein at least one further parameter of the solidification jet is adjusted and / or regulated, in particular to influence properties of the surface (102) of the component (101).

Method for solidifying a component (501), wherein the surface (502) or at least a part of the surface (502) of the component (501) is subjected to a hardening roller (520), characterized in that the surface (502) or at least the Part of the surface (502) of the component (501) before and / or during the application of the solidification roller (520) is cooled.

Method according to Claim 11 wherein the surface (502) or at least the portion of the surface (502) of the component (501) is cooled to a temperature below room temperature.

Method according to one Claim 11 or 12 wherein the surface (502) or at least the part of the surface (502) of the component (501) itself is cooled by the hardening roller (520) during the application of the hardening roller (520).

Method according to Claim 13 wherein the solidification roller (520) is cooled by liquid nitrogen.

Apparatus (100, 200, 300, 400) for solidifying blasting a component (101), comprising a solidification jet unit (110, 210, 410) adapted to the surface (102) or at least a portion of the surface (102) of the component (101) with a hardening beam (120, 220, 420) with a blasting agent (121, 221), characterized by a cooling unit (130, 230, 430), which is adapted to the surface (102) or at least the part the surface (102) of the component (101) before and / or during the application of the solidification jet (120, 220, 420) to cool.

Device after Claim 15 wherein the cooling unit (130, 420) is adapted to cool the blasting agent (121), in particular by means of liquid nitrogen and / or the solidification jet (120, 420) to attach a cooling medium (131).

Apparatus (500, 600) for solidifying a component (501), comprising a hardening roller (520) adapted to act on the surface (502) or at least part of the surface (502) of the component (501), characterized by a cooling unit (530, 630) configured to cool the surface (502) or at least the portion of the surface (502) of the component (501) prior to and / or during loading with the consolidation roller (520).

Device after Claim 17 wherein the cooling unit (630) is adapted to cool the hardening roller (520), in particular by means of liquid nitrogen.