DE10243415A1 - Process for the generation of residual compressive stresses in the surface of workpieces - Google Patents

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DE10243415A1
DE10243415A1 DE2002143415 DE10243415A DE10243415A1 DE 10243415 A1 DE10243415 A1 DE 10243415A1 DE 2002143415 DE2002143415 DE 2002143415 DE 10243415 A DE10243415 A DE 10243415A DE 10243415 A1 DE10243415 A1 DE 10243415A1
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Franz Killer
Josef Prof. Dr. Scherer
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einer Oberfläche (9a) eines Werkstücks (9) wird zur Erzeugung der Druckeigenspannungen die Werkstückoberfläche (9a) zumindest teilweise plastisch verformt. DOLLAR A Die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) wird nach der spanenden Bearbeitung mit einem Kontaktschuh (10) beaufschlagt, der auf einer in axialer Richtung schwingenden Sonotrode (3) befestigt ist. DOLLAR A Die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) wird mit dem Kontaktschuh (10) in den Bereichen abgefahren, in denen eine Druckeigenspannung aufgebracht werden soll. DOLLAR A Durch die Beaufschlagung der Oberfläche durch den Kontaktschuh (10) wird die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) plastisch verformt.In a method for generating residual compressive stresses in a surface (9a) of a workpiece (9), the workpiece surface (9a) is at least partially plastically deformed in order to generate residual compressive stresses. DOLLAR A After machining, the surface (9a) of the workpiece (9) is loaded with a contact shoe (10) which is attached to a sonotrode (3) which vibrates in the axial direction. DOLLAR A The surface (9a) of the workpiece (9) is scanned with the contact shoe (10) in the areas in which a residual pressure is to be applied. DOLLAR A The surface (9a) of the workpiece (9) is plastically deformed by the contact shoe (10).

Description

Technisches Gebiettechnical area

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Oberfläche metallischer Werkstücke, beispielsweise Kompressorschaufeln einer Gasturbinenanlage, zur Erhöhung ihrer Oberflächenqualität.The invention relates to a Process for the generation of residual compressive stresses in the surface of metallic Workpieces, for example compressor blades of a gas turbine plant, to increase their Surface quality.

Stand der TechnikState of the art

Als derzeit gängige Verfahren zur Druckeigenspannungserzeugung in Metalloberflächen gelten beispielsweise das Kugelstrahlen und das Festwalzen. Beim Kugelstrahlen werden kleine Kugeln, Keramik- oder Sandpartikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Werkstückes aufgebracht, die Oberfläche plastisch verformt und dadurch Oberflächeneigenspannungen erzeugt. Durch die plastische Verformung wird jedoch auch die Oberflächenrauheit erhöht.As the currently common process for generating residual compressive stress in metal surfaces For example, shot peening and deep rolling apply. At the Shot peening involves using small balls, ceramic or sand particles applied at high speed to the surface of the workpiece, the surface plastically deformed and thereby creates residual surface stresses. The plastic deformation, however, also increases the surface roughness elevated.

Bei Verdichtern von Gasturbinen müssen die Verdichterschaufeln bezüglich ihrer Oberflächenqualität und bezüglich ihrer Oberflächeneigenspannungen bestimmte technische Spezifikationen erfüllen.When compressing gas turbines, the compressor blades must in terms of their surface quality and their Surface residual stresses meet certain technical specifications.

Dazu werden die Schaufeln mit einer Oberflächenqualität von N5 – N6 durch Fräsen, beispielsweise durch HSC-Hellfräsen, hergestellt. Anschliessend werden mittels Kugel- und Korundstrahlen die Oberflächendruckspannungen definiert erzeugt. Hierdurch wird die Oberflächenqualität schlechter, sie liegt nach dem Strahlen nur bei N7. Um die spezifizierte Oberflächenqualität von mindestens N4 zu bekommen, müssen dann die Schaufeln schleppgeschliffen werden. Dadurch sind mehrere Schritte nötig, die den Herstellungsprozess der Schaufeln verlängern und dadurch verteuern.To do this, the blades with a Surface quality from N5 - N6 through milling, for example by HSC bright milling, manufactured. Then use shot peening and corundum blasting the surface compressive stresses defined generated. This will make the surface quality worse, it will lag behind blasting only at N7. To the specified surface quality of at least To get N4 then the blades are dragged. This makes several Steps needed which prolong the manufacturing process of the blades and thereby make them more expensive.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einer Oberfläche eines Werkstücks der eingangs genannten Art, Werkstücke mit einer definierten Oberflächenqualität und definierten Oberflächeneigenspannungen möglichst effizient und kostengünstig herzustellen.The invention is based on the object a method for generating residual compressive stress in a surface a workpiece of type mentioned, workpieces with a defined surface quality and defined Surface residual stresses preferably efficient and inexpensive manufacture.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Verfahrens geben die abhängigen Ansprüche wieder.According to the invention, this object is achieved by Characteristics of the independent Claim reached. Advantageous refinements and developments of this Procedure give the dependent Claims again.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin,
die Oberfläche des Werkstücks nach der spanenden Bearbeitung mit einem Kontaktschuh zu beaufschlagen,
die Oberfläche in jenen Bereichen, in denen eine Druckeigenspannung aufgebracht werden soll, mit diesem Kontaktschuh abzufahren,
dabei den Kontaktschuh auf einer in axialer Richtung schwingenden Sonotrode zu befestigen,
und die Sonotrode Schwingungen im Ultraschallbereich ausführen zu lassen.The basic idea of the invention is
to apply a contact shoe to the surface of the workpiece after machining,
to drive the surface in those areas in which a residual pressure is to be applied with this contact shoe,
to fix the contact shoe on a sonotrode vibrating in the axial direction,
and let the sonotrode vibrate in the ultrasonic range.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass durch das Abfahren der Werkstückoberfläche mit dem schwingenden Kontaktschuh, welcher wie ein Hammer wirkt, und die dadurch erzielte plastische Verformung der Oberfläche definierte Oberflächenqualitäten und definierte Oberflächeneigenspannungen erzielt werden.The advantages of the invention are below other to see in that by moving the workpiece surface with the swinging contact shoe, which looks like a hammer, and defined the resulting plastic deformation of the surface Surface qualities and defined surface residual stresses be achieved.

Durch die Erfindung können geforderte Oberflächeneigenschaften bezüglich der Druckeigenspannungen und der Oberflächenqualität reproduzierbar hergestellt werden. Die für die Erfindung benötigte Zusatzausstattung ist gegenüber den herkömmlichen Kugelstrahl- und Schleppschleifanlagen weitaus kostengünstiger. Zudem müssen die durch das Kugelstrahlen und das Schleppschleifen erzeugten Abfälle nicht mehr beseitigt werden, wodurch weitere Kosten eingespart werden. Der Vergleich für die Herstellung einer Schaufel mittels des erfindungsgemässen Prozesses mit dem herkömmlichen Kugelstrahl- und Schleppschleifprozess ergibt, dass ca. 90% der Kosten eingespart werden können.The surface properties required by the invention in terms of the compressive residual stresses and the surface quality are reproducibly produced become. The for needed the invention Additional equipment is opposite the conventional Shot peening and drag grinding systems are much cheaper. Also have to the wastes generated by shot peening and drag grinding are not more are eliminated, which saves further costs. The comparison for the production of a blade by means of the process according to the invention with the conventional Shot peening and drag grinding processes show that approx. 90% of the Costs can be saved.

Weiter vorteilhaft ist, dass bei der Herstellung von Schaufeln von Turbomaschinen der Kontaktschuh wie ein Fräswerkzeug in die Maschinenspindel einer Schaufelfräsmaschine durch den Werkzeugwechsler eingewechselt werden kann, und die geforderte Oberflächenspezifikation durch den Ablauf eines computergesteuerten Programmes ähnlich der Helifrästechnologie herstellbar ist. Somit verlässt z. B. eine Verdichterschaufel die Schaufelfräsmaschine absolut einbaufertig und muss nicht mehr, wie bisher, nach dem Kugelstrahlen nochmals einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden.It is also advantageous that at the manufacture of blades of turbomachinery contact shoe like a milling tool into the machine spindle of a blade milling machine through the tool changer can be exchanged, and the required surface specification through the execution of a computer-controlled program similar to that Helifrästechnologie can be produced. Thus, e.g. B. a compressor blade, the blade milling machine is absolutely ready for installation and no longer has to, as before, after shot peening a surface treatment be subjected.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description the drawing

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The following are based on the drawings embodiments the invention closer explained. The same elements are the same in the different figures Provide reference numerals.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Eigenspannungen in einer Oberfläche mittels Ultraschall; 1 a schematic representation of a device for generating residual stresses in a surface by means of ultrasound;

2a eine schematische Seitenansicht eines Kontaktschuhs zur Oberflächenbearbeitung; 2a a schematic side view of a contact shoe for surface processing;

2b eine schematische Seitenansicht eines Kontaktschuhs zur Oberflächenbearbeitung, um 90° gegenüber 2a gedreht. 2 B is a schematic side view of a contact shoe for surface processing, 90 ° opposite 2a turned.

Es sind nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die Steuerung der Fertigungsmaschine sowie die Achsen und die Spindel.It is only for the immediate understanding of the Invention essential elements shown. Not shown for example the control of the production machine and the axes and the spindle.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to execute the invention

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eigenspannungen in einer Oberfläche mittels Ultraschall dargestellt. Als Ultraschall bezeichnet man alle mechanischen Schallwellen mit Frequenzen oberhalb 20 kHz. Mit einem Ultraschallprozessor 1, z.B. einem Ultraschallprozessor UIP250, wird eine regelbare Wechselspannung erzeugt, welche über einen Schallwandler 2 in Ultraschall umgewandelt wird. Eine mit dem Schallwandler 2 verbundene Sonotrode 3 wird durch den erzeugten Ultraschall angeregt und schwingt dadurch in axialer Richtung der Sonotrode 3. Damit die Schwingungen nicht auf das übrige System übertragen werden, ist die Sonotrode 3 mit einem schwingungsfreien Flansch 4 ausgerüstet, mit dem sie über einen speziellen Adapter 5 mit einer Fertigungsmaschine 6, beispielsweise einer Fräsmaschine, verbunden ist. Der Weg des axialen Ausschlages, d.h. die Amplitude der angeregten Sonotrode 3 lässt sich am Ultraschallprozessor 1 über die dem Ultraschallprozessor 1 zugeführte Spannung einregeln, z.B. von 0 bis 54 μm Amplitude. Über zusätzliche Massnahmen kann noch beim Ultraschallgenerator 1 die aktuelle Frequenz des erzeugten Ultraschalls abgegriffen und über ein Oszilloskop 7 dargestellt werden. Sie ist von der jeweiligen Ultraschallanlage 1 abhängig und beträgt z.B. bei der verwendeten Anlage UIP250 ca. 24,1 kHz. Die Frequenz erzeugt eine plastische Verformung der Oberfläche 9a des Werkstückes 9, um die gewünschte Druckeigenspannung in der Oberfläche 9a zu erzielen.In 1 a device for generating internal stresses in a surface by means of ultrasound is shown schematically. All mechanical sound waves with frequencies above 20 kHz are called ultrasound. With an ultrasonic processor 1 , for example an ultrasonic processor UIP250, a controllable AC voltage is generated, which is generated by a sound transducer 2 is converted into ultrasound. One with the transducer 2 connected sonotrode 3 is excited by the generated ultrasound and thereby vibrates in the axial direction of the sonotrode 3 , So that the vibrations are not transmitted to the rest of the system, the sonotrode is 3 with a vibration-free flange 4 equipped with which it has a special adapter 5 with a manufacturing machine 6 , for example a milling machine, is connected. The path of the axial deflection, ie the amplitude of the excited sonotrode 3 can be on the ultrasonic processor 1 about that of the ultrasonic processor 1 Adjust supplied voltage, e.g. from 0 to 54 μm amplitude. Additional measures can still be taken with the ultrasonic generator 1 the current frequency of the ultrasound generated is picked up and via an oscilloscope 7 being represented. It is from the respective ultrasound system 1 dependent and is approx. 24.1 kHz for the UIP250 system used. The frequency creates a plastic deformation of the surface 9a of the workpiece 9 to the desired residual compressive stress in the surface 9a to achieve.

Die jeweils notwendige Leistungsaufnahme wird über ein zwischengeschaltetes Wattmeter 8 gemessen. In die Sonotrode 3 ist als Berührungselement zu einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 9a eines Werkstückes 9 ein Kontaktschuh 10 eingeschraubt. Dieser Kontaktschuh 10 stellt bei diesem Verfahren das eigentliche Werkzeug dar.The power consumption required in each case is via an interposed wattmeter 8th measured. In the sonotrode 3 is a contact element to a workpiece surface to be machined 9a of a workpiece 9 a contact shoe 10 screwed. This contact shoe 10 is the actual tool in this process.

Vorteilhafterweise wird für einen erfolgreichen Verfahrensverlauf das Werkzeug, d.h. der Kontaktschuh 10, mit einer für den jeweiligen Verwendungszweck abgestimmten Vorlast über die Werkstückoberfläche 9a geführt werden. Zur Einregulierung und Überwachung der Vorlast dient eine Kraftmessplattform 11, z.B. eine Kistier-Kraftmessplattform vom Typ 9255A, die auf einem Maschinentisch 12 der Fertigungsmaschine 6 befestigt ist. Weiterhin ist auf der Kraftmessplattform 11 das Werkstück 9 über einen Präzisionsschraubstock 13 aufgespannt. Die in der Plattform 11 erzeugten Signale werden über einen Ladungsverstärker 15 verstärkt und in Spannung umgewandelt. Als Auswertegerät wird ein zweites Oszilloskop 14 verwendet, an dem die aktuelle Kraft für die Vorlast abgelesen werden kann.The tool, ie the contact shoe, is advantageously used for a successful process 10 , with a preload matched to the respective application over the workpiece surface 9a be performed. A force measurement platform is used to adjust and monitor the preload 11 , for example a Kistier force measuring platform of type 9255A, which is on a machine table 12 the manufacturing machine 6 is attached. Furthermore is on the force measuring platform 11 the workpiece 9 via a precision vice 13 clamped. The one in the platform 11 generated signals are via a charge amplifier 15 amplified and converted into tension. A second oscilloscope is used as the evaluation device 14 used to read the current force for the preload.

In 2a und 2b ist der Kontaktschuh 10 im Detail dargestellt. Die mit dem Werkstück in Berührung stehende wirksame Fläche A des Kontaktschuhs ist in ihrer Form und Grösse wesentlich ausschlaggebend für eine erfolgreiche Druckeigenspannungserzeugung mit den vorgegebenen Oberflächenrauheitswerten im Werkstück. Sie ist quer zur Vorschubrichtung entsprechend der geforderten Oberflächenrauheit und dem Werkstückverwendungszweck kugelförmig gekrümmt mit einem Radius R1. Längs zur Vorschubrichtung ist sie mit einem Anlaufradius R2 versehen, dessen Form und Breite B sich nach den Anforderungen des zu bearbeitenden Werkstücks richtet.In 2a and 2 B is the contact shoe 10 presented in detail. The shape and size of the effective surface A of the contact shoe that is in contact with the workpiece is essentially decisive for successful residual pressure generation with the specified surface roughness values in the workpiece. It has a spherical curvature transverse to the feed direction in accordance with the required surface roughness and the purpose of the workpiece, with a radius R1. Along the feed direction, it is provided with a run-on radius R2, the shape and width B of which depend on the requirements of the workpiece to be machined.

Über einen Bolzen 16 kann der Kontaktschuh 10 mit der Sonotrode 3 verbunden werden. Der Bolzen 16 kann auch als Gewindestab ausgeführt sein, mittels dessen der Kontaktschuh 10 dann in die Sonotrode 3 eingeschraubt wird.About a bolt 16 can the contact shoe 10 with the sonotrode 3 get connected. The bolt 16 can also be designed as a threaded rod, by means of which the contact shoe 10 then into the sonotrode 3 is screwed in.

Zum genau definierten Abfahren der Werkstückoberfläche 9a wird als Fertigungsmaschine 6z.B. eine Fräsmaschine vom Typ FUW 400 verwendet. Die Sonotrode 3 wird parallel zur Bearbeitungsrichtung über die Werkstückoberfläche 9a geführt, wobei der in ihr eingeschraubte Kontaktschuh 10 mit einem schnell oszilierenden Hammer vergleichbar ist. Dadurch werden die Oberfläche plastisch verformt und Oberflächeneigenspannungen erzeugt. Die Verfahrrichtung mit der Sonotrode 3 zur Erzeugung von Druckeigenspannungen ist immer identisch mit der Verfahrrichtung der vorangegangenen spanenden Schlichtbearbeitung. Dadurch kann die Programmierung der spanenden Schlichtbearbeitung im wesentlichen auch zur Druckeigenspannungserzeugung verwendet werden. Die Zeitung beim Abfahren der Oberfläche muss dabei dem Kontaktschuh sowie den gewünschten Eigenschaften der Oberfläche angepasst werden.For precisely defined traversing of the workpiece surface 9a is used as a manufacturing machine 6 eg a milling machine of the type FUW 400 used. The sonotrode 3 is parallel to the machining direction over the workpiece surface 9a led, with the contact shoe screwed into it 10 is comparable to a rapidly oscillating hammer. This plastically deforms the surface and creates residual surface stresses. The direction of travel with the sonotrode 3 to generate residual compressive stresses is always identical to the direction of travel of the previous machining finishing process. As a result, the programming of machining finishing can essentially also be used to generate residual compressive stress. The newspaper when moving the surface must be adapted to the contact shoe and the desired properties of the surface.

Die Fertigungsmaschine 6 kann beispielsweise eine mehrachsige Fräsmaschine sein, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dadurch können beliebige Formen im Werkstück erzeugt und dadurch auch beliebige Oberflächen mit dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden. Zur Bearbeitung der Oberfläche können auch Zellen mit mehreren Fertigungsmaschinen verwendet werden.The manufacturing machine 6 can be, for example, a multi-axis milling machine, as is known from the prior art. As a result, any shape can be produced in the workpiece and any surface can be treated with the method according to the invention. Cells with several production machines can also be used to process the surface.

Das zu bearbeitende Werkstück wird dann mittels Wagen automatisch in der Einspannvorrichtung von Maschine zu Maschine gebracht. Eine solche Maschine kann dann exklusiv für einen Bearbeitungsvorgang, wie z.B. der Oberflächenbehandlung verwendet werden, es können aber auch mehrere Bearbeitungsschritte durch Werkzeugwechsel in der gleichen Maschine vorgenommen werden.The workpiece to be machined is then automatically by means of trolleys in the clamping device of the machine brought to machine. Such a machine can then be used exclusively for one Machining process, e.g. surface treatment are used it can but also several processing steps by changing tools in the same machine.

Der Prozessablauf kann im wesentlichen durch die Variation nachfolgend aufgeführter Parameter beeinflusst werden:

  • – Grösse und Form der mit dem Werkstück 9 in Berührung stehenden Fläche A des Kontaktschuhs 10
  • – Leistungsvermögen der Ultraschallanlage 1
  • – Variation der Amplitude
  • - Variation der Vorlast
  • – Vorschubgeschwindigkeit der Sonotrode 3 mit Kontaktschuh 10 auf der Werkstückoberfläche 9a
  • – Zeilungsabstand
The process flow can essentially be influenced by the variation of the following parameters:
  • - Size and shape of the workpiece 9 contact surface A of the contact shoe 10
  • - Performance of the ultrasound system 1
  • - variation of the amplitude
  • - variation of preload
  • - Feed rate of the sonotrode 3 with contact shoe 10 on the workpiece surface 9a
  • - line spacing

Wird der Kontaktschuh 10 aus Hartmetall hergestellt, liegt beispielsweise der Krümmungsradius R1 quer zur Vorschubrichtung in einem Bereich von 35 bis 70 mm, vorzugsweise ungefähr bei 70 mm. Der Anlaufradius R2 längs zur Vorschubrichtung liegt ungefähr bei 2 mm, die Breite der Fläche B bei ungefähr 3 mm. Die Amplitude der Sonotrode 3 liegt in einem Bereich von 27 bis 54 μm, vorzugweise bei 54 μm bei einer Frequenz von 24,1 kHz. Die Vorlastkraft liegt in einem Bereich von 100 N bis 350 N, vorzugsweise bei 200 N. Als Vorschubgeschwindigkeit wurden 3 m/min verwendet, dies bei einer Zeitung von 1 bis 2 mm, vorzugsweise 1,5 mm.Will the contact shoe 10 Made of hard metal, for example, the radius of curvature R1 lies transversely to the feed direction in a range from 35 to 70 mm, preferably approximately 70 mm. The starting radius R2 along the feed direction is approximately 2 mm, the width of the surface B is approximately 3 mm. The amplitude of the sonotrode 3 is in a range from 27 to 54 μm, preferably 54 μm at a frequency of 24.1 kHz. The preload force is in a range from 100 N to 350 N, preferably 200 N. The feed speed used was 3 m / min, for a newspaper of 1 to 2 mm, preferably 1.5 mm.

Mittels dieser Parameter wurden Druckeigenspannungen von 818 MPa, gemessen längs zur Vorschubrichtung, und 530 MPa, gemessen quer zur Vorschub- bzw. Strömungsrichtung, erzielt. Diese Werte liegen weit über dem geforderten Wert von 200 MPa. Die Rauheit der Oberfläche lag auch unter dem geforderten Grenzwert von 0,4 μm.Using these parameters, residual compressive stresses were measured of 818 MPa, measured lengthways to the feed direction, and 530 MPa, measured transversely to the feed or flow direction, achieved. These values are far above the required value of 200 MPa. The roughness of the surface was also below the required limit of 0.4 μm.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der Einsatz der oben beschriebenen Technologie ist z. B. bei der Herstellung von Lagerstellen eines Turbinen- oder Generatoren-Rotors, der Gehäuselagerschale für Hydrostatiklager, usw. anwendbar.Of course, the invention is not limited to the embodiment shown and described. The Use of the technology described above is e.g. B. in the manufacture of bearings in a turbine or generator rotor, the housing bearing shell for hydrostatic bearings, etc. applicable.

11
Ultraschallprozessorultrasonic processor
22
Schallwandlertransducer
33
Sonotrodesonotrode
44
Schwingungsfreier Flanschvibration-free flange
55
Adapteradapter
66
Fertigungsmaschineproduction machine
77
Oszilloskoposcilloscope
88th
WattmeterWatt meter
99
Werkstückworkpiece
9a9a
WerkstückoberflächeWorkpiece surface
1010
KontaktschuhContact Shoe
1111
KraftmessplattformForce platform
1212
Maschinentischmachine table
1313
Präzisionsschraubstockprecision vice
1414
Oszilloskoposcilloscope
1515
Ladungsverstärkercharge amplifier
1616
Bolzenbolt
R1R1
Radius quer zur Vorschubrichtungradius transverse to the feed direction
R2R2
Radius längs zur Vorschubrichtungradius along to feed direction
AA
Mit dem Werkstück in Berührung stehende Fläche des KontaktschuhsWith the workpiece in touch standing area of the contact shoe
BB
Breite der mit dem Werkstück in Berührung stehenden Fläche des Konwidth the one with the workpiece in contact area of the con
taktschuhsDiplomatic shoe

Claims (11)

Verfahren zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einer Oberfläche (9a) eines Werkstücks (9), wobei zur Erzeugung der Druckeigenspannungen die Werkstückoberfläche (9a) zumindest teilweise plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) nach der spanenden Bearbeitung mit einem Kontaktschuh (10) beaufschlagt wird, der auf einer entlang ihrer Längsrichtung schwingenden Sonotrode (3) befestigt ist, dass die Schwingungsfrequenz der Sonotrode (3) im Ultraschallbereich liegt, und dass die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) mit dem Kontaktschuh (10) in den Bereichen, in denen eine Druckeigenspannung aufgebracht werden soll, abgefahren wird.Process for generating residual compressive stresses in a surface ( 9a ) of a workpiece ( 9 ), whereby the workpiece surface (to generate the residual compressive stresses) 9a ) is at least partially plastically deformed, characterized in that the surface ( 9a ) of the workpiece ( 9 ) after machining with a contact shoe ( 10 ) is acted upon, the on a sonotrode vibrating along its longitudinal direction ( 3 ) that the oscillation frequency of the sonotrode ( 3 ) lies in the ultrasonic range, and that the surface ( 9a ) of the workpiece ( 9 ) with the contact shoe ( 10 ) is traversed in the areas in which a residual compressive stress is to be applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschwingung mittels eines Ultraschallprozessors (1) und eines Schallwandlers (2) auf die Sonotrode (3) übertragen wird.A method according to claim 1, characterized in that the ultrasonic vibration by means of an ultrasonic processor ( 1 ) and a transducer ( 2 ) on the sonotrode ( 3 ) is transmitted. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (3) mit dem Kontaktschuh (10) in die Maschinenspindel einer Fräsmaschine (6) eingespannt ist, und der Kontaktschuh (10) in einem der vorangegangenen spanenden Bearbeitung des Werkstücks (9) analogen Bewegungsablauf über die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) geführt wird.A method according to claim 2, characterized in that the sonotrode ( 3 ) with the contact shoe ( 10 ) in the machine spindle of a milling machine ( 6 ) is clamped, and the contact shoe ( 10 ) in one of the previous machining operations on the workpiece ( 9 ) analog movement over the surface ( 9a ) of the workpiece ( 9 ) to be led. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Kontaktschuh (10) mit einer Vorlast im Bereich von 100 N bis 350 N über die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) geführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the contact shoe ( 10 ) with a preload in the range of 100 N to 350 N above the surface ( 9a ) of the workpiece ( 9 ) to be led. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktschuh (10) mit einer Vorlast von 200 N über die Oberfläche (9a) des Werkstücks (9) geführt wird.A method according to claim 4, characterized in that the contact shoe ( 10 ) with a preload of 200 N over the surface ( 9a ) of the workpiece ( 9 ) to be led. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Vorlast eine Kraftmessplattform (11) mit dem Werkstück (9) zusammenwirkt.Method according to Claim 1, characterized in that a force measuring platform ( 11 ) with the workpiece ( 9 ) interacts. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jener Bereich des Kontaktschuhs (10), welcher mit der Werkstückoberfläche (9a) in Kontakt tritt, tellerrandförmig ausgeformt ist.A method according to claim 1, characterized in that that area of the contact shoe ( 10 ), which with the workpiece surface ( 9a ) comes into contact, is shaped like a plate. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (A) des Kontaktschuhs (10) quer zur Vorschubrichtung konvex ausgebildet ist.A method according to claim 7, characterized in that the contact surface (A) of the contact shoe ( 10 ) is convex across the feed direction. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (A) des Kontaktschuhs (10) längs zur Vorschubrichtung einen Anlaufradius aufweist.A method according to claim 7, characterized in that the contact surface (A) of the contact shoe ( 10 ) has a starting radius along the feed direction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Werkstückoberfläche (9a) erzeugten Druckeigenspannungen grösser als 200 MPa sind.A method according to claim 1, characterized in that the in the workpiece surface ( 9a ) generated residual compressive stresses are greater than 200 MPa. Schaufel einer Turbomaschine, deren Oberfläche zumindest teilweise nach dem Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche behandelt wurde.Blade of a turbomachine, the surface of which at least partly according to the procedure any of the preceding claims was treated.
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