EP1568442A1 - Procédé de grenaillage de précontrainte et buse d'éjection pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procédé de grenaillage de précontrainte et buse d'éjection pour sa mise en oeuvre Download PDF

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EP1568442A1 EP05290391A EP05290391A EP1568442A1 EP 1568442 A1 EP1568442 A1 EP 1568442A1 EP 05290391 A EP05290391 A EP 05290391A EP 05290391 A EP05290391 A EP 05290391A EP 1568442 A1 EP1568442 A1 EP 1568442A1
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    • B24CABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
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    • B24C5/00Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04Nozzles therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for blasting wall prestressing a cavity and the gas discharge nozzles charged with shot for carrying out the process
  • Shot peening is a surface treatment to increase the mechanical endurance of parts subjected to dynamic stresses. This endurance increase is achieved by compressing the surface which avoids or delays the appearance or propagation of cracks. Compression is caused by the bombardment of the surface to be treated for example by shot or hard micro-beads that create a superficial plastic deformation, itself generating the creation of sub-layer compression constraints.
  • the shot is sucked and suspended in a stream of air or pulsed gas at high speed to increase its output kinetic energy a nozzle, or projected by a turbine, which is perfect for the treatment outer surface, the angle of incidence of the jet containing the shot may be chosen to obtain an appropriate impact angle on the surface to be treated.
  • deflectors located at the end of the ejection nozzle mounted at the end of a lance penetrating the cavity to be treated that is moving targets (that is, properly shaped obstacles located on the trajectory of the gas inside the cavity to be treated) to deflect the shot towards the walls.
  • the present invention aims to provide a simple and economical solution to the problems posed by the implementation of previously known means. It consists of a shot peening process using a gas flow loaded with shot, reconditioned turbulent flow at the outlet of the ejection nozzle before entering the cavity the walls are to be treated, so that the trajectories of the particles of shot are random and therefore incidental to the surface of these walls.
  • a device nozzle particularly simple, economic realization, and little wear allows its industrial implementation.
  • the prestressing shot blasting process consists in projecting inside the cavity whose walls are to be treated, a turbulent flow of gas charged with shot. This flow is projected through a nozzle, the mixture of gas and shot being made upstream of the latter during suction, the turbulence being performed as close to the outlet of the nozzle and the entrance into the cavity to be treated.
  • the ejection end of the nozzle is disposed facing and near the entrance of the cavity. treat. Due to the turbulent flow, the particles of shot have trajectories totally random, most of which become incidental to the surface to be treated. We have broken trajectories impacting this surface perfectly, and producing the expected result, that is to say its compression in all the flow path. Moreover these broken trajectories, during rebounds on the walls, contribute to the maintenance of turbulence along the entire length of the flow path inside the cavity.
  • the device according to the invention consists of a nozzle of shot blasting of known type, extended by an ejection tip whose inner shape locally modifies the passage section of the gas vein containing the shot into suspension.
  • the changes in speed and pressure gradient in this area of the mouthpiece of ejection produce the detachment of the gaseous layers and make the flow turbulent, to obtain the result previously described.
  • the nozzle according to the invention, it comprises a inlet pipe of the mixture, followed by an ejection section of increasing section which corresponds to a simple embodiment and limiting the wear, the setting turbulence progressively going towards the exit.
  • the arrival pipe of the mixture is cylindrical and the ejection section is conical divergent.
  • the angle of the generator of the cone is understood between 15 ° and 45 °; other values would not change the scope of the invention.
  • the ejection exit section is identical to the section input of the cavity to be treated.
  • the ratio of the sections between the the gas supply line and the outlet of the ejection zone is between 0.25 and 0.45.
  • FIG. 1 is a sectional view of an ejection nozzle according to an embodiment preferential for the implementation of the method according to the invention.
  • FIG. 1 The embodiment described in FIG. 1 is intended to allow interchangeability ejection zones by decreasing the cost price of the device.
  • the inlet opening 10 of the shot blast cavity is placed in front of the outlet 6 of the zone ejection 4.
  • An additional piece 11 can be added in the nozzle 1, with a bore 12 for allow to pass the standard inlet section 13 of the nozzle 1 to the section of the pipe 9 inlet of the nozzle 3.
  • the fluid previously loaded with shot is admitted into line 9 in steady state substantially laminar. From its entry into the ejection zone 4, the variation of section causes a turbulence of the flow, which enters this way into the cavity 10, causing effective blasting of its walls, that is to say with random and incident shot trajectories on the surface of this cavity 10.

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Abstract

Le procédé consiste à transformer l'écoulement laminaire d'un flux de gaz chargé de grenaille dans la canalisation d'admission 9 en écoulement turbulent dans la zone d'éjection 4 de section variable dans le sens de circulation 7 de ce fluide, avant son injection dans l'ouverture d'entrée 10 de la cavité à traiter. La buse destinée à sa mise en oeuvre comporte une zone d'éjection 4 de préférence conique, de section de sortie sensiblement identique à la section d'entrée 10 de la cavité à traiter, réalisée dans un embout 3 démontable. <IMAGE>

Description

Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de grenaillage de précontrainte de paroi d'une cavité et les buses d'éjection de gaz chargé de grenaille destinées à la mise en oeuvre du procédé
Etat de la technique considérée.
Le grenaillage de précontrainte est un traitement de surface permettant d'augmenter l'endurance mécanique de pièces soumises à des sollicitations dynamiques. Cette augmentation d'endurance est obtenue par la mise en compression de la surface ce qui évite ou retarde l'apparition ou la propagation de fissures. La mise en compression est provoquée par le bombardement de la surface à traiter par exemple par de la grenaille ou des micro-billes dures qui créent une déformation plastique superficielle, elle-même générant la création de contraintes de compression en sous couche.
Pour réaliser ce bombardement la grenaille est aspirée et mise en suspension dans un flux d'air ou de gaz pulsé à grande vitesse pour augmenter son énergie cinétique en sortie d'une buse, ou projetée par une turbine, ce qui convient parfaitement pour le traitement d'une surface extérieure , l'angle d'incidence du jet contenant la grenaille pouvant être choisi pour obtenir un angle d'impact approprié sur la surface à traiter.
Lorsqu'il s'agit de grenailler un alésage ou la surface interne d'une pièce creuse, particulièrement de grande longueur par rapport à sa section , le problème se complique car on ne peut plus utiliser une turbine, ni une buse de gaz ou d'air pulsé. En effet le gaz présentant en sortie de buse un flux sensiblement laminaire , la grenaille en suspension dans ce flux traverse la cavité à traiter sans impacter correctement sa surface,les lignes de flux restant sensiblement parallèles aux génératrices des parois de cette cavité.
Pour remédier à cet inconvénient on utilise soit des déflecteurs situés à l'extrémité de la buse d'éjection montée au bout d'une lance pénétrant dans la cavité à traiter, soit des cibles mobiles (c'est-à-dire des obstacles de forme appropriée situés sur la trajectoire du gaz à l'intérieur de la cavité à traiter) pour dévier la grenaille vers les parois.
Ces systèmes présentent trois inconvénients majeurs en termes de procédure et de coûts de production :
  • Dans un alésage de diamètre réduit, ils créent une obstruction qui en limitant le débit de grenaille augmente le temps de traitement (nonobstant le fait qu'au dessous d'une certaine section à traiter il n'est plus possible d'introduire une lance ou une cible dans la cavité, particulièrement si celle-ci est longue ou courbée).
  • La déviation du jet use considérablement la lance ou la cible (bien que réalisées avec des matériaux très durs et coûteux) tout en absorbant une grande partie de l'énergie cinétique destinée au traitement de la pièce entrainant une surconsommation d'énergie.
  • La grenaille est détériorée par la cible ou le déflecteur autant que par la surface à traiter, réduisant sa durée de vie.
Ces différentes techniques existantes, outre leur coût très élevé du fait de l'usure des pièces et des temps de changement d'outillage, ne peuvent pas permettre de traiter de façon correcte et homogène des alésages de grande longueur ou /et de rapport longueur/largeur élevé. Or il existe de nombreuses pièces de section intérieure sensiblement cylindrique, pour lesquelles le grenaillage de précontrainte apporte une amélioration sensible de leur résistance, lorsqu'elles sont soumises à des contraintes alternées.
Objet de l'invention
La présente invention vise à apporter une solution simple et économique aux problèmes posés par la mise en oeuvre des moyens antérieurement connus. Elle consiste en un procédé de grenaillage utilisant un flux de gaz chargé de grenaille , mis en état d'écoulement turbulent en sortie de buse d'éjection avant de pénétrer dans la cavité dont les parois sont à traiter, de telle façon que les trajectoires des particules de grenaille soient aléatoires et donc incidentes par rapport à la surface de ces parois. Un dispositif de buse particulièrement simple, économique de réalisation, et peu soumise à l'usure permet sa mise en oeuvre industrielle.
Caractéristiques de l'invention
Le procédé de grenaillage de précontrainte selon l'invention consiste à projeter à l'intérieur de la cavité dont les parois sont à traiter, un flux turbulent de gaz chargé de grenaille. Ce flux est projeté par l'intermédiaire d'une buse, le mélange du gaz et de la grenaille étant réalisé en amont de celle-ci lors de l'aspiration, la mise en turbulence étant réalisée au plus près de la sortie de la buse et de l'entrée dans la cavité à traiter. L'extrémité d'éjection de la buse est disposée face et près de l'entrée de la cavité à traiter. Du fait de l'écoulement turbulent, les particules de grenaille ont des trajectoires totalement aléatoires, dont la plus grande part deviennent incidentes par rapport à la surface à traiter. On a donc des trajectoires brisées impactant parfaitement cette surface, et produisant le résultat escompté, c'est-à-dire sa mise en compression sur tout le parcours du flux. De plus ces trajectoires brisées, lors des rebonds sur les parois, concourent à l'entretien de la turbulence sur toute la longueur du parcours du flux à l'intérieur de la cavité.
Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, c'est-à-dire la transformation du flux laminaire en flux turbulent, le dispositif selon l'invention consiste en une buse de grenaillage de type connu, prolongée d'un embout d'éjection dont la forme intérieure modifie localement la section de passage de la veine gazeuse contenant la grenaille en suspension. A la sortie de la canalisation d'arrivée du mélange gaz/grenaille dans la buse, les modifications de vitesse et de gradient de pression dans cette zone de l'embout d'éjection produisent le décollement des couches gazeuses et rendent l'écoulement turbulent, permettant d'obtenir le résultat précedemment décrit. Ces modifications de sections peuvent être continues ou discontinues.
Selon un mode de réalisation de la buse selon l'invention, celle-ci comporte une canalisation d'arrivée du mélange, suivie d'une section d'éjection de section croissante ce qui correspond à un mode de réalisation simple et limitant l'usure , la mise en turbulence se faisant progressivement en allant vers la sortie.
Selon une variante préférentielle, la canalisation d'arrivée du mélange est cylindrique et la section d'éjection est conique divergente.
Selon une caractéristique supplémentaire, l'angle de la génératrice du cône est compris entre 15° et 45° ; d'autres valeurs ne changeraient pas la portée de l'invention.
Selon une autre caractéristique, la section de sortie d'éjection est identique à la section d'entrée de la cavité à traiter.
Selon encore une autre caractéristique de réalisation, le rapport des sections entre la canalisation d'arrivée du gaz et la sortie de la zone d'éjection est compris entre 0,25 et 0,45.
Selon encore une autre caractéristique de la buse selon l'invention,la partie de l'embout de la buse comportant une section d'éjection croissante, est amovible et démontable. Cette caractéristique est justifiée par deux raisons :
  • la première est la possibilité d'une usure plus importante dans cette zone, permettant de changer l'embout sans changer le corps de buse.
  • la seconde est de pouvoir changer l'embout en fonction de la section d'entrée de la cavité à traiter.
Les avantages du procédé ressortent à l'évidence : aucune pièce destinée à dévier le flux de gaz chargé de grenaille n'étant nécéssaire, on peut grenailler des cavités dont le rapport longueur/section est élevé, sans recourir à des dispositifs annexes ( cibles, déflecteurs) s'usant rapidement et difficiles à mettre en oeuvre dans une production de série. La buse permettant d'obtenir un flux turbulent, est de réalisation particulièrement simple, la section divergente de la zone d'éjection limitant de plus l'usure de ce dispositif.
Description d'une forme de réalisation de l'invention.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et qui est donnée en relation avec une forme de réalisation préférentielle de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en coupe d'une buse d'éjection selon un mode de réalisation préférentiel pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Selon la figure 1, la buse 1 comporte un évidemment 2 à l'intérieur duquel sont montés :
  • un embout 3 , comportant la zone d'éjection 4 de section croissante entre son entrée 5 du fluide chargé de grenaille (dont le sens de circulation est figuré par la flèche 7) et sa sortie 6. Sur cet exemple, la zone d'éjection est un cône de section divergente.
  • une pièce 8,comportant une canalisation 9, de section identique à la section d'entrée 5 de la zone d'éjection 4 pratiquée dans l'embout 3. Sur cet exemple, la canalisation 9 est cylindrique
Il faut bien entendu remarquer que la portée et les caractéristiques de l'invention ne sont pas modifiées si les pièces 3 et 8 sont réalisées d'une seule pièce ou si la section d'éjection 4 et la canalisation 9 sont percées directement dans le corps de la buse 1
Le mode de réalisation décrit sur la figure 1 est destiné à permettre l'interchangeabilité des zones d'éjection en diminuant le prix de revient du dispositif.
L'ouverture d'entrée 10 de la cavité à grenailler est placée devant la sortie 6 de la zone d'éjection 4.
Une pièce supplémentaire 11 peut être rajoutée dans la buse 1, avec un alésage 12 pour permettre de faire passer la section d'entrée standard 13 de la buse 1 à la section de la canalisation 9 d'entrée de l'embout 3 .
Le fonctionnement du dispositif selon l'invention pour permettre la mise en oeuvre du procédé permettant de grenailler l'intérieur de la cavité 10, sans recourir à un déflecteur ou à une cible à l'intérieur de celle-ci est le suivant :
Le fluide préalablement chargé de grenaille est admis dans la canalisation 9 en régime sensiblement laminaire. A partir de son entrée dans la zone d'éjection 4, la variation de section provoque une mise en turbulence du flux, qui pénètre de cette façon dans la cavité 10, provoquant le grenaillage effectif de ses parois, c'est-à-dire avec des trajectoires de grenaille aléatoires et incidentes à la surface de cette cavité 10.

Claims (6)

  1. Procédé de grenaillage de précontrainte de parois intérieures d'une cavité, caractérisé en ce que un flux de gaz sensiblement laminaire transportant de la grenaille dans la canalisation 9 d'une buse 1 est transformé en flux turbulent dans la zone d'éjection 4 de cette buse et dirigé dans l'ouverture 10 de la cavité à traiter.
  2. Dispositif de buse pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation 9 d'arrivée du gaz chargé de grenaille est prolongée par une zone d'éjection 4 de section croissante dans le sens de circulation 7 de ce fluide.
  3. Dispositif de buse d'éjection de gaz chargé de grenaille selon la revendication 2 caractérisé en ce que la zone d'éjection 4 est conique.
  4. Dispositif de buse d'éjection de gaz chargé de grenaille selon la revendication 2 caractérisé en ce que la zone d'éjection 4 est réalisée dans un embout 3 démontable par rapport au corps de la buse d'éjection 1.
  5. Dispositif de buse d'éjection de gaz chargé de grenaille selon la revendication 2 caractérisé en ce que la surface de la sortie 6 de la zone d'éjection 4 est identique à la surface de l'ouverture d'entrée (10) de la cavité à traiter.
  6. Dispositif de buse d'éjection de gaz chargé de grenaille selon la revendication 2 caractérisé en ce que la canalisation d'arrivée 9 du gaz dans la zone d'éjection 4 est cylindrique.
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