EP0124571A1 - Method and apparatus for suppressing unstable internal residual strains by means of vibrations - Google Patents
Method and apparatus for suppressing unstable internal residual strains by means of vibrationsInfo
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- EP0124571A1 EP0124571A1 EP83903593A EP83903593A EP0124571A1 EP 0124571 A1 EP0124571 A1 EP 0124571A1 EP 83903593 A EP83903593 A EP 83903593A EP 83903593 A EP83903593 A EP 83903593A EP 0124571 A1 EP0124571 A1 EP 0124571A1
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Abstract
Méthode et appareil destinés à la suppression des contraintes internes résiduelles instables, et à la stabilisation dimensionnelle des pièces fabriquées en utilisant des matériaux solides, ayant une structure cristalline. Dans ce but, l'appareil est formé d'une chaîne d'excitation, d'une chaîne d'analyse, et d'un ordinateur qui interprète le signal analysé, et en fonction de celui-ci commande la chaîne d'excitation, le résultat étant visualisé sur un affichage, et enregistré graphiquement sur un diagramme - certificat de qualité. La règle de vibration est préétablie sous la forme d'un programme dans la mémoire de l'ordinateur ou établie sur place. L'apparail peut être réalisé en variante mobile pour les grandes pièces ou en variante stationnaire pour les petites pièces, le détensionnage pouvant être réalisé à la place optimale du point de vue de l'utilisateur.Method and apparatus for the removal of unstable residual internal stresses, and for the dimensional stabilization of parts manufactured using solid materials, having a crystal structure. For this purpose, the apparatus is formed by an excitation chain, an analysis chain, and a computer which interprets the analyzed signal, and as a function of this controls the excitation chain, the result being displayed on a display, and recorded graphically on a diagram - quality certificate. The vibration rule is preset in the form of a program in the computer memory or established on site. The apparatus can be produced in a mobile variant for large parts or in a stationary variant for small parts, the tensioning can be carried out in the optimal place from the point of view of the user.
Description
METHODE ET APPAREIL POUR SUPPRIMER LES CONTRAINTES RESIDUELLES INTERNES INSTABLES A L'AIDE DES VIBRATIONS METHOD AND APPARATUS FOR REMOVING RESIDUAL INTERNAL UNSTABLE CONSTRAINTS USING VIBRATION
Domaine techniqueTechnical area
L' invention se rapporte à une méthode et à un appareil pour supprimer les contraintes résiduelles internes instables à l'aide des vibrations produites par une source à fréquence variable, qui peuvent être appliqués aux différentes pièces des domaines industriels différents.The invention relates to a method and an apparatus for removing unstable internal residual stresses using vibrations produced by a variable frequency source, which can be applied to different parts of different industrial fields.
Technique anterieurePrevious technique
On cennaît des méthodes pour la réduction des contraintes résiduelles internes instables des différentes structures métalliques qui consistent en application de l'énergie vibratoire à variation discontinue de la fréquence sur la pièce, les fréquences de vibration s'établissant fonction des changements brusques de la réponse dynamique de la pièce. La vibration s'execute jusqu'à ce que la grandeur des changements respectives soit substantiellement reduite, le domaine de vibration étant compris de O à 150 Hz.Methods for the reduction of the unstable internal residual stresses of the various metallic structures are known, which consist in applying vibrational energy with discontinuous variation of the frequency on the part, the vibration frequencies being established as a function of sudden changes in the dynamic response. of the room. The vibration is executed until the magnitude of the respective changes is substantially reduced, the range of vibration being from 0 to 150 Hz.
Ces procédés ont l'inconvénient que la vibration est produite à une ou plusieurs fréquences fixes et n'ont pas en vue que la fréquence de résonnance se modifie pendant le processus de détensionnement, en perturbant le transfert d'énergie de l'excitateur à la pièce.These methods have the disadvantage that the vibration is produced at one or more fixed frequencies and do not have in view that the resonant frequency changes during the stress relieving process, by disturbing the transfer of energy from the exciter to the room.
Exposé de l'inventionStatement of the invention
La méthode, selon l'invention élimine les désavantages de l'art antérieur, car, en vue d'optimiser le régime de vibration et de la durée de vibration pour supprimer les contraintes résiduelles internes instables, consiste en l'évaluation de l'état tensionnel par la comparaison des deux réponses dynamiques successives et la vibration répétée a fréquence variable de la pièce jusqu'à la minimalisation des différences entre les deux réponses dynamiques successives, le régime de la vibration s'établissant en fonction des caracteristiques physiques et dimensionnelles des pièces.The method according to the invention eliminates the disadvantages of the prior art because, in order to optimize the vibration regime and the duration of vibration to remove unstable internal residual stresses, consists in the evaluation of the state tension by comparing the two successive dynamic responses and the repeated vibration at variable frequency of the part until the differences between the two successive dynamic responses are minimized, the vibration regime being established as a function of the physical and dimensional characteristics of the parts .
L'appareil pour la réalisation de la méthode est formé
d'un génerateur de fonctions, qui commande un amplificateur de puissance qui agit sur un excitateur de vibrations qui transfère l'énergie à la pièce, et un traducteur qui transmet l'information de la réponse dynamique à un analyseur de spectre qui interprète le signal, tout le processus étant commandé par un computer.The apparatus for carrying out the method is formed a function generator, which controls a power amplifier which acts on a vibration exciter which transfers energy to the room, and a translator which transmits the information of the dynamic response to a spectrum analyzer which interprets the signal , the whole process being controlled by a computer.
L'invention sera décrite plus en détails en regard du dessin anexé à titre d'exemple nullement limitatif, lequel représente le schema-bloc simplifié de l'ensemble appareilpièce.The invention will be described in more detail with reference to the appended drawing by way of nonlimiting example, which represents the simplified block diagram of the apparatus and parts assembly.
Procédé selon l'invention, s'appliquant aux pièces ou (sous) ensembles monobloc dans la structure interne desquels il y a des contraintes internes résiduelles instables résultés a. la suite des traitements thermiques et/ou mécaniques, et réside en réalisation d'une liaison élastique entre la pièce et l'excitateur si bien que l'énergie de vibration se transmette directement de la partie mobile de l'excitateur à la pièce, et la pièce puisse vibrer relativement librement. On applique une énergie vibratoire à fréquence variable à une vitesse constante de variation, le domaine de balayage, la vitesse de balayage et la puissance d'excitation étant établies en fonction des caractéristiques physiques et dimensionnelles de la pièce, et la réponse dynamique (la courbe fréquence-amplitude) dans le domain exploré est mémorisée. L'exploration est répétée en comparant la nouvelle réponse dynamique à celle antérieure, en enregistrant les différences. Les différences respectives sont causées par la modification de l'état tensionnel interne pendant l'excitation vibratoire. On répète l'opération de vibration jusqu'à ce que les différences des deux réponses dynamiques successives soient minimes, en pouvant réduire le domaine si on observe la stabilisation.Method according to the invention, applying to monobloc parts or (sub) assemblies in the internal structure of which there are unstable residual internal stresses resulting a. following thermal and / or mechanical treatments, and lies in producing an elastic connection between the part and the exciter so that the vibration energy is transmitted directly from the moving part of the exciter to the part, and the part can vibrate relatively freely. Variable frequency vibrational energy is applied at a constant rate of variation, the scanning range, the scanning speed and the excitation power being established as a function of the physical and dimensional characteristics of the part, and the dynamic response (the curve frequency-amplitude) in the explored domain is memorized. The exploration is repeated by comparing the new dynamic response to the previous one, recording the differences. The respective differences are caused by the change in the internal blood pressure state during vibrational excitation. The vibration operation is repeated until the differences of the two successive dynamic responses are minimal, being able to reduce the domain if the stabilization is observed.
Comme variante, on peut réaliser la vibration aussi aux fréquences de résonnance de la pièce, quand le temps et la succession des fréquences des vibrations seront établis par un computer se basant sur un programme préetabli de la manière que la vibration aux fréquences audio ne nuise.
La méthode et l'appareil selon l'invention ont les avantages suivantes:As a variant, the vibration can also be carried out at the resonance frequencies of the room, when the time and the succession of the frequencies of the vibrations are established by a computer based on a preset program in such a way that the vibration at the audio frequencies does not harm. The method and the apparatus according to the invention have the following advantages:
- donnent la possibilité d'évidencier les contraintes internes résiduelles instables des pièces, en agissant en tant que méthode de contrôle nondestructif, et de supprimer ces contraintes;- give the possibility of evidencing the unstable residual internal stresses of the parts, by acting as a nondestructive control method, and of removing these stresses;
- permettent l'optimisation des paramètres de vibration;- allow optimization of vibration parameters;
- le même appareil peut détensionner des pièces d'une grande gamme dimensionnelle;- the same device can tension parts of a large dimensional range;
- permettent l'entière automatisation du processus avec une grande flexibilité d'utilisation, le même appareil pouvant être utilisé aussi dans d'autres domaines.- allow full automation of the process with great flexibility of use, the same device can also be used in other areas.
Description sommaire du dessinBrief description of the drawing
L'appareil pour la réalisation de l'invention est formé d'un générateur de fonctions 1, à fréquence variable de 1 Hz à 20 kHz, la vitesse de balayage étant comprise la plage de 0,01 Hz/sec à 100 Hz/sec. Au générateur 1 on peut prérégler les limites du domaine des fréquences variables, par commande numérique, et son signal de sortie est amplifié par un amplificateur de puissance 2. L'amplificateur 2 a la puissance de sortie variable, ayant lui aussi une commande numérique. Cet amplificateur 2 agit un excitateur de vibrations 3 qui transmet l'énergie vibratoire à une pièce 4. Sur cette pièce il y a un traducteur 5 qui reçoit le signal correspondant à la vibration de la pièce, le transforme en un signal électrique et le transmet à un analyseur de spectre 6 par une chaîne de préamplification de conditionnement qui n'est pas représenté. L'analyseur de spectre 6 peut être conecté à enregistreur graphique 7, pour obtenir des courbes représentatives pour l'état tensionné ou détensionné, et lui aussi est commandé numériquement. L'appareil contient aussi un computer 8 qui commande tout le processus se basant sur des programmes fixes incluses dans une ou plusieures mémoires programables, la configuration du computer permetant à l'utilisateur d'opérer aussi en suivant un programme fait sur place.
Meilleure manière de réaliser l'inventionThe apparatus for carrying out the invention is formed by a generator of functions 1, with variable frequency from 1 Hz to 20 kHz, the scanning speed being comprised the range of 0.01 Hz / sec to 100 Hz / sec . At generator 1, the limits of the variable frequency domain can be preset, by digital control, and its output signal is amplified by a power amplifier 2. Amplifier 2 has variable output power, also having digital control. This amplifier 2 acts as a vibration exciter 3 which transmits the vibrational energy to a part 4. On this part there is a translator 5 which receives the signal corresponding to the vibration of the part, transforms it into an electrical signal and transmits it to a spectrum analyzer 6 by a conditioning preamplification chain which is not shown. The spectrum analyzer 6 can be connected to a graphical recorder 7, in order to obtain representative curves for the tensioned or relaxed state, and it too is digitally controlled. The apparatus also contains a computer 8 which controls the entire process based on fixed programs included in one or more programmable memories, the configuration of the computer allowing the user to operate also by following a program made on site. Best way to realize the invention
Pour détensionner des grandes dimensions, l'appareil selon l'invention se réalise des modules indépendents assemblés et liés ensemble sur un chariot mobile qui peut être déplacé par l'utilisateur jusqu'à la pièce. La pièce sera mise sur des supports élastiques, sur elle sera fixé le vibrateur, et puis on met en état de fonctionnement l'appareil qui vibrera la pièce conformément au programme désiré.To relax large dimensions, the device according to the invention is made of independent modules assembled and linked together on a mobile carriage which can be moved by the user to the room. The part will be put on elastic supports, on it will be fixed the vibrator, and then we put in working mode the device which will vibrate the part in accordance with the desired program.
En cas de petites pièces, l'appareil peut être réalisé en variante stationnaire, des mêmes modules, et il peut être integré dans une ligne automatisé, au bras mécanique de transfèr si c'est le cas. En cette situation, l'appareil pourra être utilisé pour une seule pièce détensionnée une fois, ou pour plusieures pièces liées monobloc, la règle de vibration étant la même.In the case of small parts, the device can be produced in a stationary variant, from the same modules, and it can be integrated into an automated line, with the mechanical transfer arm if this is the case. In this situation, the device can be used for a single tensioned part once, or for several monobloc linked parts, the vibration rule being the same.
Possibilités d'exploitation industrielleIndustrial exploitation possibilities
L'appareil et la méthode selon l'invention peuvent être utilisés pour le contrôl qualitatif nondestructif de l'état tensionnel d'une pièce, pour la supression des contraintes internes residuelles instables, et pour la stabilisation dimensionnelle des pièces, pendant le cycle technologique normal, et aussi au détensionnement pendant la soudure, et pendant la solidification des pièces coulées.The apparatus and method according to the invention can be used for non-destructive qualitative control of the tensional state of a part, for the removal of unstable residual internal stresses, and for the dimensional stabilization of the parts, during the normal technological cycle. , and also in stress relieving during welding, and during solidification of the cast parts.
L'invention est applicable, en principe, à toute pièce fabriquée d'un matériel solide, à structure crystaline, sans restrictions de forme, dimensions ou poids, étant recommandée pour des éléments des mécanismes de précision, pièces des materiaux stratifiés (bi ou multimateriaux), pièces traitées thermochimiquement à la surface, et, en général, dans les situations quand le traitement thermique peut nuire.
The invention is applicable, in principle, to any part made of a solid material, with crystaline structure, without restrictions of shape, dimensions or weight, being recommended for elements of precision mechanisms, parts of laminated materials (bi or multimaterials ), parts thermochemically treated on the surface, and, in general, in situations where heat treatment may be detrimental.
Claims
1. Méthode pour la suppression des contraintes internes résiduelles instables à l'aide des vibrations, caractérisé en cerqu'en vue d'évidencier et supprimer les contraintes internes résiduelles instables, se trouvant dans les pièces après des différentes usinages à chaud et/ou à froid, en évidencie l'existence de l'état tensionnel momentannée, sar la comparaison des deux réponses dynamiques successives à vibration à fréquence variable, puis on applique une vibration répétée à fréquence variable, à puissance préetablie dans un domaine compris de 1 Hz à 20 kHz, à une vitesse de balayage reglable de 0,1 Hz/sec à 100 Hz/sec, en fonction des caracteristiques physiques et dimensisnnelles de la pièce.1. Method for the removal of unstable residual internal stresses using vibrations, characterized in that with a view to removing and removing the unstable residual internal stresses, found in the parts after various hot and / or cold, in evidence the existence of the momentary tensional state, sar the comparison of the two successive dynamic responses to vibration at variable frequency, then one applies a repeated vibration to variable frequency, with preset power in a range understood from 1 Hz to 20 kHz, at an adjustable scanning speed from 0.1 Hz / sec to 100 Hz / sec, depending on the physical and dimensional characteristics of the part.
2. Méthode, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, Iersqu'on l'utilise seulement pour le contrôle de l'état tensionnel, la vibration se fait par la mémorisation de la réponse dynamique des deux balayages successives.2. Method according to claim 1, characterized in that, Iersqu'on that it is used only for the control of the tensional state, the vibration is done by the memorization of the dynamic response of the two successive scans.
3. Méthode, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'évaluation cantitative de l'état tensionnel se fait par des comparaisons des réponses dynamiques successives, à des puissances préréglées en fonction des caractéristiques physiques et dimensionnelles de la pièce.3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the cantitative evaluation of the state of tension is done by comparison of the successive dynamic responses, at preset powers according to the physical and dimensional characteristics of the part.
4. Méthode, selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le détensionnement proprement-dit des pièces, la répétition de la vibration se fait continuellement dans un domaine établi initial, ou restreint en fonction de la stabilité de la réponse dynamique jusqu'à ce que les différences entre les réponses dynamiques successives dans tout le domaine préetabli soient minimes.4. Method according to claim 1, characterized in that for the actual stress relieving of the parts, the repetition of the vibration is done continuously in an initial established range, or restricted according to the stability of the dynamic response up to that the differences between the successive dynamic responses in the whole predetermined domain are minimal.
5. Méthode, selen les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la répétition de la vibration pour le détensionnement est faite aux fréquences de résonnance de la pièce issues de la dernière réponse dynamique analysée, le temps de vibration et la succession des séquences de vibration s 'établissant à l'aide d'un computer ayant comme base un programme préetabli. 5. Method, according to claims 1 and 4, characterized in that the repetition of the vibration for the stress relieving is made at the resonant frequencies of the part resulting from the last dynamic response analyzed, the vibration time and the succession of the sequences of vibration established using a computer based on a preset program.
6. Méthode, selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour le détensionnement des pièces des grandes dimensions, la pièce sera mise sur des supports élastiques, et sur elle sera fixé le vibrateur si bien que la partie mobile de vibrateur deviendra quasifixe - elle vibrera ensemble avec la pièce - et la partie fixe de vibrateur deviendra mobile, si bien que l'énergie de vibration se transmettra directement de la partie mobile d'excitateur à la pièce, et la pièce puisse vibrer relativement librement.6. Method according to claims 1 to 5, characterized in that for the stress relieving of large pieces, the piece will be put on elastic supports, and on it will be fixed the vibrator so that the mobile part of the vibrator will become quasifixe - it will vibrate together with the part - and the fixed part of the vibrator will become mobile, so that the vibration energy will be transmitted directly from the mobile part of the exciter to the part, and the part can vibrate relatively freely.
7. Appareil pour la suppression des contraintes internes résiduelles instables, selon la revendication 1, formé d'un générateur de fonctions à fréquence et vitesse de balayage variables, qui commande un amplificateur ayant la puissance de sortie variable pour agir un excitateur de vibrations en vue de transmettre l'énergie vibratoire à une pièce de laquelle un traducteur reprenne le signal pour l'analyseur de spectre, caractérisé en ce que les paramètres de vibration sont établis en se basant sur les caracteristiques physiques et dimensionnelles des pièces et sur les informations reçues d'un analyseur de spectre, et interprétées par un computer se basant sur des programmes fixes ou rédigées sur place. 7. Apparatus for the removal of unstable residual internal stresses, according to claim 1, formed of a generator of functions with variable frequency and scanning speed, which controls an amplifier having the variable output power to act as a vibration exciter in view. to transmit the vibrational energy to a part from which a translator takes over the signal for the spectrum analyzer, characterized in that the vibration parameters are established on the basis of the physical and dimensional characteristics of the parts and on the information received from '' a spectrum analyzer, and interpreted by a computer based on fixed programs or written on site.
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