EP2255926B1 - Procédé et dispositif de grenaillage par ultrasons - Google Patents

Procédé et dispositif de grenaillage par ultrasons Download PDF

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EP2255926B1
EP2255926B1 EP10166957.0A EP10166957A EP2255926B1 EP 2255926 B1 EP2255926 B1 EP 2255926B1 EP 10166957 A EP10166957 A EP 10166957A EP 2255926 B1 EP2255926 B1 EP 2255926B1
Authority
EP
European Patent Office
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sonotrode
projectile
equal
projectiles
deflector
Prior art date
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Application number
EP10166957.0A
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German (de)
English (en)
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EP2255926A1 (fr
Inventor
Patrick Cheppe
Vincent Desfontaine
Jean-Michel Duchazeaubeneix
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2255926A1 publication Critical patent/EP2255926A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/08—Devices for generating abrasive blasts non-mechanically, e.g. of metallic abrasives by means of a magnetic field or by detonating cords
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/006—Peening and tools therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B24C3/32—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks
    • B24C3/325—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks for internal surfaces, e.g. of tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/005—Vibratory devices, e.g. for generating abrasive blasts by ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion

Definitions

  • the present invention relates to projectiles, devices and installations for ultrasonic shot blasting as well as parts processed by shot blasting.
  • Ultrasonic blasting processes and installations are described in particular in French patents FR 2 815 280 and FR 2,815,281 using at least one sonotrode having a titanium body for moving projectiles to induce compressive stresses in the treated workpiece.
  • European demand EP 1207014 discloses a device for blasting annular cells in which a deflector is placed within the chamber in order to attenuate the effect of blasting the bottom of the cell.
  • Requirement SU 1009735 describes a deflector screwed onto the bottom of a bowl, this bottom then being vibrated so as to project the balls.
  • the projectiles used and described so far in these patents are mainly steel balls whose diameter is for example about 2 mm.
  • the use of these projectiles does not allow to obtain a sufficient intensity of treatment on concave surfaces having a radius of curvature lower than that of projectibles or in the bottom of certain recesses.
  • the projectile is preferably substantially spherical, especially with a maximum tolerance of plus or minus 60 microns on its sphericity.
  • the projectile comprises on the surface at least one non-ferrous material, advantageously tungsten carbide (WC).
  • WC tungsten carbide
  • the projectile can be made entirely of tungsten carbide.
  • the invention aims, in another aspect, to avoid this additional treatment and at the same time maintain the fatigue strength of the treated part.
  • a projectile intended for use in a shot blasting installation, in particular a shot blasting installation in which the projectile is set in motion by at least one sonotrode, this projectile being characterized by the fact that it comprises on the surface at less a non-ferrous material and in that it has a density greater than or equal to 3 g / cm 3 , better still greater than or equal to 12 g / cm 3 .
  • the non-ferrous material is advantageously tungsten carbide (WC).
  • Such a projectile, composite may allow for example to use, to achieve the core, a less noble material that used to achieve the envelope, which can help reduce costs. This can still make it possible to use for the core a material that is denser but does not have sufficient hardness.
  • the second material has a hardness greater than that of the first, in particular a hardness greater than or equal to 800 HV, better than or equal to 1300 HV, and preferably also, the second material is a non-ferrous material, for example tungsten carbide (WC).
  • WC tungsten carbide
  • the invention further relates, in another of its aspects, individually or in combination with the foregoing, a blasting device comprising at least one sonotrode for moving at least one projectile, in particular a projectile as defined herein below.
  • this sonotrode having at least one face intended to come into contact with the projectile, this device being characterized by the fact that the sonotrode has a metal body, preferably made of titanium, coated with a deposit of a material harder than the base metal of a thickness greater than or equal to 0.5 mm advantageously based on tungsten carbide.
  • Such a device makes it possible to obtain a much greater resistance to wear (abrasion) of the sonotrode, in particular when using projectiles having the characteristics defined above, without harming the acoustic operation of the sonotrode.
  • the thickness is preferably greater than or equal to 0.75 mm, being between 0.9 mm and 1.1 mm, for example.
  • the invention further relates, in another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, a device for treating at least one piece by shot blasting, this device comprising at least one sonotrode for setting in motion at least a projectile, for example a projectile as defined above, this sonotrode comprising a body made at least partially of titanium, this device being characterized by the fact that the body is made at least partially, more fully, forged titanium.
  • the Applicant has indeed found that the forged titanium could be used for the manufacture of a sonotrode, which may allow for example to diversify the supply sources in case of shortage on the titanium obtained by rolling, used until present to make the sonotrodes.
  • the invention is not limited in this particular aspect to sonotrodes used for ultrasonic shot blasting and can be applied to sonotrodes used for ultrasonic welding.
  • the invention thus also relates to a sonotrode made at least partially forged titanium, considered alone.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a device for treating at least one part by shot peening, this device comprising at least one sonotrode and a treatment chamber in which projectiles are set in motion by the sonotrode, this device being characterized in that the chamber comprises at least one wall or protrusion bearing against the workpiece.
  • Such a device may have the advantage of allowing the use of projectiles of relatively small size without fear that they engage for example in an opening of the treated part, such an opening being closed by the wall or protrusion of the above-mentioned chamber and delimit the treatment areas, this having the advantage of avoiding masking / unmasking operations.
  • the invention further relates, in another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, a device for treating at least one part by shot blasting, this device comprising at least one sonotrode and a treatment chamber in which the projectiles can be set in motion by the sonotrode, this device being characterized in that it comprises a filling element whose shape substantially matches that of a face of the workpiece located on the opposite side to the sonotrode.
  • Such a filling element can accelerate the return of projectiles to the sonotrode or prevent some projectiles do not return to the sonotrode.
  • the invention further relates, in another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, a device for blasting at least one workpiece, comprising a sonotrode for propelling projectiles on the workpiece, this sonotrode comprising at least one cavity in which the workpiece is partially engaged. Thus, the workpiece is not engaged inside this cavity.
  • the cavity is for example made on a substantially flat end face of the sonotrode.
  • Such a device makes it easier and faster to process parts having protruding parts, which may be partially engaged in the cavity of the sonotrode and reducing the processing time.
  • the path between the vibrating surface of the sonotrode and the treated part can be shortened and the cavity can be made for example with inclined faces helping to direct the projectiles towards certain areas of the workpiece that would otherwise be more difficult to reach and / or helping to reduce the impact of projectiles, thereby increasing the impact force and reducing the processing time.
  • the invention also relates to a shot blasting installation comprising a sonotrode and at least one projectile as defined above.
  • the sonotrode is for example excited at a frequency between 10 and 60 kHz, for example a frequency of the order of 15 kHz, 20 kHz or 40 kHz.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a workpiece treated in a shotblasting installation using at least one projectile as defined above, having a shot-blasted surface free of deposits or ferrous encrustations and having at least one concave portion having a radius of curvature less than or equal to 1.5 mm, in particular less than or equal to 0.7 mm.
  • the blasted surface preferably has an ALMEN intensity stress level greater than or equal to F8A.
  • the invention further relates, in another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, to a blasting device comprising a treatment chamber open on a sonotrode and a deflector for sending back projectiles present in the treatment chamber and moved by the sonotrode to the surface to be treated.
  • the deflector has for example a conical shape so as to treat a tubular wall, for example a through hole.
  • the treatment chamber is defined between an upper part comprising the deflector and a lower part comprising the sonotrode.
  • Another subject of the invention is a device for blasting a cylindrical part provided at one end with a toothing, this device comprising a sonotrode and a processing chamber traversed by the toothing, the part being rotated around a groove.
  • the treatment chamber having a deflector for returning projectiles to the bottom of the grooves formed between the teeth of the toothing.
  • the part is rotated about an axis substantially parallel to the longitudinal axis of the sonotrode and the treatment chamber comprises inclined walls for returning projectiles to radially inner and radially outer faces of the teeth of the toothing.
  • the toothing is fully engaged in the treatment chamber, which may comprise a central conical deflector for returning projectiles to the radially inner surface of the teeth of the toothing and a peripheral deflector for returning projectiles to the surface radially outer teeth of the teeth.
  • the part may be driven or not relative to the sonotrode, about a substantially parallel longitudinal axis thereof.
  • the invention relates to a projectile intended to be used in a shot blasting installation comprising a sonotrode which is vibrated at ultrasonic frequencies by a suitable generator.
  • This projectile can be characterized by a hardness greater than or equal to 800 HV, a density greater than or equal to 8 g / cm 3 , and a larger dimension less than or equal to 1.5 mm.
  • figure 1 a projectile 1 corresponding to this definition, of substantially spherical shape, the largest dimension indicated above corresponding to the diameter d of the sphere.
  • the tolerance on the sphericity is better than plus or minus 60 microns.
  • the hardness is greater than or equal to 1300 HV and the density greater than or equal to 12 g / cm 3 .
  • the projectile 1 is for example made entirely of tungsten carbide or in any other material having the required hardness and density.
  • the tungsten carbide comprises for example a cobalt or nickel binder.
  • the material used is a non-ferrous material, which has the advantages discussed above.
  • the projectile 1 is a ball of diameter d equal to 0.91 mm of tungsten carbide (WC).
  • a projectile is for example used in an ultrasonic blasting installation and propelled by the vibrating surface of a sonotrode whose amplitude of vibration is for example of the order of 60 to 80 microns, so that the kinetic energy of the projectile impacting the workpiece can generate constraints, at the end of the workpiece treatment, ALMEN intensity of at least F8A.
  • the excitation frequency of the sonotrode is for example between 10 and 60 kHz, for example 20 kHz.
  • the frequency can be chosen according to the characteristics of the area to be treated and the treatment criteria imposed for example.
  • the small size of the projectile 12 makes it possible to treat concave surfaces of relatively small radius of curvature r , as illustrated in FIG. figure 2 , for example of radius of curvature r less than or equal to 0.7 mm.
  • the projectile 1 can be composite, which has been illustrated in FIG. figure 3 , with for example a core 2 of a first material and a casing 3 of a second material, preferably harder than the first and non-ferrous, the hardness of the second material being for example greater than or equal to 800 HV, better greater than or equal to 1300 HV, this second material being preferentially tungsten carbide.
  • the core may for example be steel, uranium, or any other material compatible with the deposition thereon of the second material and obtaining compression stresses generated by shot blasting.
  • the sonotrode 11 used to move the projectiles 1, in particular those of tungsten carbide may comprise a body 4 made of titanium, coated on its side intended to be impacted by the projectiles by a deposition 5 of a harder material than titanium, with a thickness greater than or equal to 0.5 mm.
  • the outer surface of the deposit is taken up (rectified or machined), in order to return the sonotrode its initial shape.
  • the material constituting the deposit 5 is, for example, tungsten carbide deposited on the titanium by any suitable method, in particular by a method implemented by the French company TECHNOGENIA (Saint Jorie).
  • the thickness e is, for example, greater than or equal to 0.75 mm, better still greater than or equal to 0.9 mm, for example of the order of 1 mm.
  • the body 4 of the sonotrode can be produced, independently of the presence or absence of the deposit 5, at least partially made of forged titanium, for example titanium Ti 10.2.3.
  • forged titanium resists internal stresses induced during the operation of the sonotrode by ultrasonic vibrations.
  • the blasting installations concerned by the invention comprise at least one sonotrode and at least one projectile set in motion by the sonotrode so as to impact the workpiece, directly or after reflection on at least one baffle, which may be constituted for example by a wall of the treatment chamber.
  • This projectile can be for example one of those defined above, being in particular made of tungsten carbide or steel or with a composite structure.
  • the amplitude of vibration of the sonotrode is chosen for example so as to induce in the workpiece constraints corresponding to an intensity ALMEN greater than or equal to F8A. This amplitude is preferably between 1 micron and 300 microns.
  • the shot blasting installation may have various configurations.
  • the treatment chamber can be made with at least one central baffle 52, for example of conical shape, so that the projectiles, by bouncing on this reflector, can reach the edge 49 at a lower incidence.
  • the sonotrode 11 is sufficiently wide to treat all of the toothing 61 at a time, the treatment chamber having for example at its center a conical deflector 62 for returning the projectiles to the radially inner face 69 of the part 60.
  • the treatment chamber may also have a peripheral wall 70 of conical shape, for returning the projectiles to the radially outer face 68 of the part 60.
  • the latter may be driven or not rotated about an axis coincident with the axis longitudinal X of the sonotrode.
  • a mixture of projectiles of different natures and / or dimensions can be used, if necessary.
  • the invention is not limited to the examples which have just been described, and is applicable to all parts used in the aeronautics and automotive sectors, in particular blades, blades, turbines, gears, threads, bladder receiving cavities, fasteners of all kinds, weld seams, connection radii, dawn / vein, inter-disc pockets, etc.
  • the sonotrode of the example of Figures 4 to 5 can be used or not in the examples of figures 13 and 17 .

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Description

  • La présente invention concerne les projectiles, dispositifs et installations de grenaillage par ultrasons ainsi que les pièces ainsi traitées par grenaillage.
  • Des procédés et installations de grenaillage par ultrasons sont décrits notamment dans les brevets français FR 2 815 280 et FR 2 815 281 , utilisant au moins une sonotrode comportant un corps en titane pour mettre en mouvement des projectiles destinés à induire des contraintes de compression dans la pièce traitée.
  • La demande européenne EP 1207014 divulgue une dispositif de grenaillage d'alvéoles annulaires dans lequel un déflecteur est placé au sein de l'enceinte afin d'atténuer l'effet du grenaillage du fond de l'alvéole.
  • La demande SU 1009735 décrit un déflecteur vissé sur le fond d'un bol, ce fond étant alors mis en vibration de manière à projeter les billes.
  • Les projectiles utilisés et décrits jusqu'à présent dans ces brevets sont principalement des billes d'acier dont le diamètre est par exemple d'environ 2 mm. L'utilisation de ces projectiles ne permet pas d'obtenir une intensité de traitement suffisante sur des surfaces concaves présentant un rayon de courbure plus faible que celui des projectibles ou dans le fond de certains renfoncements.
  • La présente invention vise, selon un premier de ses aspects, à remédier à cet inconvénient, et elle y parvient grâce à un projectile destiné à être utilisé dans une installation de grenaillage, notamment une installation de grenaillage par ultrasons dans laquelle le projectile est propulsé par au moins une sonotrode, le projectile pouvant se caractériser par le fait qu'il présente :
    • une dureté supérieure ou égale à 800 HV, de préférence supérieure ou égale à 1 300 HV,
    • une densité supérieure ou égale à 8 g/cm3, mieux supérieure ou égale à 12 g/cm3, et
    • une plus grande dimension inférieure ou égale à 1,5 mm.
  • L'utilisation d'un tel projectile permet de traiter des zones difficilement accessibles avec les projectiles conventionnels, ayant de faibles rayons de courbure, notamment inférieur à 1,5 mm, le projectile étant néanmoins capable d'acquérir une énergie cinétique suffisamment grande pour générer le niveau de contrainte souhaité dans la pièce et demeurant compatible avec l'utilisation d'une sonotrode.
  • Le projectile est de préférence sensiblement sphérique, notamment avec une tolérance maximale de plus ou moins 60 µm sur sa sphéricité.
  • De préférence, le projectile comporte en surface au moins un matériau non ferreux, avantageusement du carbure de tungstène (WC). Le projectile peut être réalisé entièrement en carbure de tungstène.
  • Par ailleurs, la présence de fer dans les projectiles conventionnels en acier des installations de grenaillage connues entraîne la formation sur la pièce traitée d'un dépôt ferreux et/ou d'incrustations qui doivent ensuite être éliminés sous peine de s'oxyder, ce qui nécessite de nettoyer la pièce après grenaillage. Cette opération de nettoyage est également appelée décontamination et elle est réalisée dans des bains. Par exemple, on utilise des bains d'attaque chimique qui abaissent le niveau des contraintes résiduelles et réduisent la tenue en fatigue de la pièce.
  • L'invention vise, selon un autre de ses aspects, à éviter ce traitement supplémentaire et par la même occasion maintenir la tenue en fatigue de la pièce traitée.
  • Elle y parvient grâce à un projectile destiné à être utilisé dans une installation de grenaillage, notamment une installation de grenaillage dans laquelle le projectile est mis en mouvement par au moins une sonotrode, ce projectile étant caractérisé par le fait qu'il comporte en surface au moins un matériau non ferreux et par le fait qu'il présente une densité supérieure ou égale à 3 g/cm3, mieux supérieure ou égale à 12 g/cm3.
  • Le matériau non ferreux est avantageusement du carbure de tungstène (WC).
  • L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un projectile destiné à être utilisé dans une installation de grenaillage, notamment une installation de grenaillage par ultrasons comportant au moins une sonotrode, ce projectile comportant :
    • un noyau en au moins un premier matériau, et
    • au moins un deuxième matériau différent du premier dans une enveloppe entourant le noyau.
  • Un tel projectile, composite, peut permettre par exemple d'utiliser, pour réaliser le noyau, un matériau moins noble que celui utilisé pour réaliser l'enveloppe, ce qui peut contribuer à diminuer les coûts. Cela peut encore permettre d'utiliser pour le noyau un matériau plus dense mais ne présentant pas une dureté suffisante.
  • De préférence, le deuxième matériau présente une dureté supérieure à celle du premier, notamment une dureté supérieure ou égale à 800 HV, mieux supérieure ou égale à 1300 HV, et de préférence également, le deuxième matériau est un matériau non ferreux, par exemple du carbure de tungstène (WC).
  • L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, individuellement ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de grenaillage comportant au moins une sonotrode pour mettre en mouvement au moins un projectile, notamment un projectile tel que défini ci-dessus, cette sonotrode présentant au moins une face destinée à venir au contact du projectile, ce dispositif pouvant se caractériser par le fait que la sonotrode a un corps métallique, de préférence en titane, revêtu d'un dépôt d'un matériau plus dur que le métal de base d'une épaisseur supérieure ou égale à 0,5 mm avantageusement à base de carbure de tungstène.
  • Un tel dispositif permet d'obtenir une résistance à l'usure (abrasion) beaucoup plus grande de la sonotrode, notamment lors de l'utilisation de projectiles présentant les caractéristiques définies plus haut, sans nuire au fonctionnement acoustique de la sonotrode.
  • L'épaisseur est de préférence supérieure ou égale à 0,75 mm, étant comprise entre 0,9 mm et 1,1 mm par exemple.
  • L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de traitement d'au moins une pièce par grenaillage, ce dispositif comportant au moins une sonotrode pour mettre en mouvement au moins un projectile, par exemple un projectile tel que défini ci-dessus, cette sonotrode comportant un corps réalisé au moins partiellement en titane, ce dispositif pouvant se caractériser par le fait que le corps est réalisé au moins partiellement, mieux entièrement, en titane forgé.
  • La demanderesse a pu en effet constater que le titane forgé pouvait être utilisé pour la fabrication d'une sonotrode, ce qui peut permettre par exemple de diversifier les sources d'approvisionnemcnt en cas de pénurie sur le titane obtenu par laminage, utilisé jusqu'à présent pour fabriquer les sonotrodes.
  • L'invention n'est pas limitée dans cet aspect particulier à des sonotrodes utilisées pour le grenaillage par ultrasons et peut s'appliquer à des sonotrodes utilisées pour le soudage par ultrasons. L'invention a ainsi encore pour objet une sonotrode réalisée au moins partiellement en titane forgé, considérée isolément.
  • Selon un autre de ses aspects, l'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de traitement d'au moins une pièce par grenaillage, ce dispositif comportant au moins une sonotrode et une chambre de traitement dans laquelle des projectiles sont mis en mouvement par la sonotrode, ce dispositif étant caractérisé par le fait que la chambre comporte au moins une paroi ou excroissance venant en appui contre la pièce à traiter.
  • Un tel dispositif peut présenter l'avantage de permettre l'utilisation de projectiles de taille relativement petite sans craindre que ceux-ci s'engagent par exemple dans une ouverture de la pièce traitée, une telle ouverture étant obturée par la paroi ou excroissance de la chambre précitée et de délimiter les zones de traitement, ceci ayant pour avantage d'éviter des opérations de masquage/démasquage.
  • L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de traitement d'au moins une pièce par grenaillage, ce dispositif comportant au moins une sonotrode et une chambre de traitement dans laquelle les projectiles peuvent être mis en mouvement par la sonotrode, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte un élément de remplissage dont la forme épouse sensiblement celle d'une face de la pièce à traiter située du côté opposé à la sonotrode.
  • Un tel élément de remplissage peut permettre d'accélérer le retour des projectiles vers la sonotrode ou d'éviter que certains projectiles ne retournent pas vers la sonotrode.
  • L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, selon un autre de ses aspects, une installation de grenaillage d'une pièce à traiter, comportant:
    • au moins une sonotrode,
    • au moins un projectile présentant une surface en un matériau non ferreux, l'amplitude de vibration de la sonotrode étant choisie de manière à induire dans la pièce à traiter des contraintes correspondant au minimum à une intensité ALMEN de F8A.
  • L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de grenaillage d'au moins une pièce à traiter, comportant une sonotrode pour propulser des projectiles sur la pièce à traiter, cette sonotrode comportant au moins une cavité dans laquelle la pièce à traiter est engagée partiellement. Ainsi, la pièce à traiter n'est pas engagée à l'intérieur de cette cavité.
  • La cavité est par exemple réalisée sur une face d'extrémité sensiblement plane de la sonotrode.
  • Un tel dispositif permet de traiter plus facilement et plus rapidement des pièces comportant des parties en saillie, lesquelles peuvent être partiellement engagées dans la cavité de la sonotrode et réduisant le temps de traitement.
  • Le trajet entre la surface vibrante de la sonotrode et la pièce traitée peut être raccourci et la cavité peut être réalisée par exemple avec des faces inclinées contribuant à orienter les projectiles vers certaines zones de la pièce à traiter qui autrement seraient plus difficiles à atteindre et/ou contribuant à réduire l'incidence des projectiles, augmentant ainsi la force d'impact et réduisant le temps de traitement.
  • L'invention a encore pour objet une installation de grenaillage comportant une sonotrode et au moins un projectile tel que défini précédemment. Dans une telle installation, la sonotrode est par exemple excitée à une fréquence comprise entre 10 et 60 kHz, par exemple une fréquence de l'ordre de 15 kHz, 20 kHz ou 40 kHz.
  • L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une pièce traitée dans une installation de grenaillage utilisant au moins un projectile tel que défini ci-dessus, présentant une surface grenaillée dépourvue de dépôt ou d'incrustations ferreuses et comportant au moins une portion concave ayant un rayon de courbure inférieur ou égal à 1,5 mm, notamment inférieur ou égal à 0,7 mm. La surface grenaillée présente de préférence un niveau de contrainte d'intensité ALMEN supérieure ou égale à F8A.
  • L'invention a encore pour objet selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de grenaillage comportant une chambre de traitement ouverte sur une sonotrode et un déflecteur pour renvoyer des projectiles présents dans la chambre de traitement et mis en mouvement par la sonotrode vers la surface à traiter.
  • Le déflecteur présente par exemple une forme conique de manière à permettre de traiter une paroi tubulaire, par exemple un perçage traversant. La chambre de traitement est définie entre une partie supérieure comportant le déflecteur et une partie inférieure comportant la sonotrode.
  • L'invention a encore pour objet un dispositif de grenaillage d'une pièce cylindrique munie à une extrémité d'une denture, ce dispositif comportant une sonotrode et une chambre de traitement traversée par la denture, la pièce étant entraînée en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonotrode, la chambre de traitement comportant un déflecteur pour renvoyer des projectiles vers le fond des gorges ménagées entre les dents de la denture.
  • Dans une variante, la pièce est entraînée en rotation autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la sonotrode et la chambre de traitement comporte des parois inclinées pour renvoyer des projectiles vers des faces radialement intérieures et radialement extérieures des dents de la denture.
  • Dans une autre variante, la denture est entièrement engagée dans la chambre de traitement, laquelle peut comporter un déflecteur conique central permettant de renvoyer des projectiles vers la surface radialement intérieure des dents de la denture et un déflecteur périphérique permettant de renvoyer des projectiles vers la surface radialement extérieure des dents de la denture. La pièce peut être entraînée ou non relativement à la sonotrode, autour d'un axe sensiblement parallèle longitudinal de celle-ci.
  • L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
    • la figure 1 représente de manière schématique un exemple de projectile selon un aspect de l'invention,
    • la figure 2 représente de manière partielle et schématique, en coupe, une pièce ayant une portion concave présentant un faible rayon de courbure,
    • la figure 3 est une coupe transversale dans un plan médian d'un projectile composite conformément à un autre aspect de l'invention,
    • la figure 4 représente de manière schématique et partielle une installation de grenaillage à titre illustratif et qui n'est pas couverte par la présente demande,
    • la figure 5 représente le détail IV de la figure 4,
    • la figure 13 représente un exemple d'installation de grenaillage,
    • la figure 14 représente de manière schématique et partielle un autre exemple de pièce à traiter,
    • la figure 17 représente un exemple d'installations de grenaillage pouvant être utilisée pour traiter la pièce de la figure 14, et
    Projectiles
  • L'invention porte, selon l'un de ses aspects, sur un projectile destiné à être utilisé dans une installation de grenaillage comportant une sonotrode mise en vibration à des fréquences ultrasonores par un générateur adéquat. Ce projectile peut se caractériser par une dureté-supérieure ou égale à 800 HV, une densité supérieure ou égale à 8 g/cm3, et une plus grande dimension inférieure ou égale à 1,5 mm.
  • On a représenté à la figure 1 un projectile 1 répondant à cette définition, de forme sensiblement sphérique, la plus grande dimension indiquée ci-dessus correspondant au diamètre d de la sphère. De préférence, la tolérance sur la sphéricité est meilleure que plus ou moins 60 µm.
  • De préférence, la dureté est supérieure ou égale à 1300 HV et la densité supérieure ou égale à 12 g/cm3.
  • Le projectile 1 est par exemple réalisé entièrement en carbure de tungstène ou dans tout autre matériau présentant les dureté et densité requises. Le carbure de tungstène comporte par exemple un liant cobalt ou nickel.
  • De préférence, le matériau utilisé est un non ferreux, ce qui présente les avantages exposés précédenunent
  • Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le projectile 1 est une bille de diamètre d égal à 0,91 mm de carbure de tungstène (WC). Un tel projectile est par exemple utilisé dans une installation de grenaillage par ultrasons et propulsé par la surface vibrante d'une sonotrode dont l'amplitude de vibration est comprise par exemple de l'ordre de 60 à 80 µm, de manière ce que l'énergie cinétique du projectile impactant la pièce à traiter puisse générer des contraintes, au terme du traitement de la pièce, d'intensité ALMEN d'au moins de F8A.
  • La fréquence d'excitation de la sonotrode est par exemple comprise entre 10 et 60 kHz, par exemple 20 kHz. La fréquence peut être choisie en fonction des caractéristiques de la zone à traiter et des critères de traitement imposés par exemple.
  • La petite taille du projectile 12 rend possible de traiter des surfaces concaves de rayon de courbure r relativement faible, comme illustré à la figure 2, par exemple de rayon de courbure r inférieur ou égal à 0,7 mm.
  • Selon un autre aspect de l'invention, le projectile 1 peut être composite, ce que l'on a illustré à la figure 3, avec par exemple un noyau 2 d'un premier matériau et une enveloppe 3 d'un deuxième matériau, de préférence plus dur que le premier et non ferreux, la dureté du deuxième matériau étant par exemple supérieure ou égale à 800 HV, mieux supérieure ou égale à 1300 HV, ce deuxième matériau étant préférentiellement du carbure de tungstène.
  • Le noyau peut par exemple être de l'acier, de l'uranium, ou tout autre matériau compatible avec le dépôt sur celui-ci du deuxième matériau et avec l'obtention de contraintes de compression générées par grenaillage.
    • Sonotrodes
  • Comme illustré à la figure 4 présentée à titre illustratif et à la figure 5, la sonotrode 11 utilisée pour mettre en mouvement les projectiles 1, notamment ceux en carbure de tungstène précités, peut comporter un corps 4 en titane, revêtu sur son côté destiné à être impacté par les projectiles par un dépôt 5 d'un matériau plus dur que le titane, sur une épaisseur e supérieure ou égale à 0,5 mm. De préférence, la surface extérieure du dépôt est reprise (rectifiée ou usinée), afin de rendre à la sonotrode sa forme initiale. Le matériau constituant le dépôt 5 est par exemple du carbure de tungstène déposé sur le titane par tout procédé adapté, notamment par un procédé mis en oeuvre par la société française TECHNOGENIA (Saint Joriez). L'épaisseur e est par exemple supérieure ou égale à 0,75 mm, mieux supérieure ou égale à 0,9 mm, par exemple de l'ordre de 1 mm.
  • Selon un autre aspect de l'invention, le corps 4 de la sonotrode peut être réalisé, indépendamment de la présence ou non du dépôt 5, au moins partiellement en titane forgé, par exemple du titane Ti 10.2.3. En effet, le titane forgé résiste aux contraintes internes induites lors du fonctionnement de la sonotrode par les vibrations ultrasonores.
    • Installations de grenaillage
  • Les installations de grenaillage concernées par l'invention comportent au moins une sonotrode et au moins un projectile mis en mouvement par la sonotrode de manière à impacter la pièce à traiter, directement ou après réflexion sur au moins un déflecteur, lequel peut être constitué par exemple par une paroi de l'enceinte de traitement.
  • Ce projectile peut être par exemple l'un de ceux définis précédemment, étant notamment réalisé en carbure de tungstène ou en acier ou avec une structure composite.
  • L'amplitude de vibration de la sonotrode est choisie par exemple de manière à induire dans la pièce à traiter des contraintes correspondant à une intensité ALMEN supérieure ou égale à F8A. Cette amplitude est préférentiellement comprise entre 1 µm et 300 µm.
  • Selon la nature et notamment la forme de la pièce à traiter, l'installation de grenaillage peut présenter diverses configurations.
  • Le cas échéant, comme illustré à la figure 13, on peut réaliser la chambre de traitement avec au moins un déflecteur central 52, par exemple de forme conique, de manière à ce que les projectiles, en rebondissant sur ce réflecteur, puissent atteindre avec une incidence moins élevée le bord 49.
  • Pour traiter une pièce 60 présentant par exemple une forme cylindrique avec en extrémité une denture 61 appelée également crabot ou curvic, comme illustré à la figure 14, on peut utiliser par exemple l'installation de la figure 17.
  • Dans la configuration de la figure 17, la sonotrode 11 est suffisamment large pour traiter l'ensemble de la denture 61 à la fois, la chambre de traitement présentant par exemple en son centre un déflecteur conique 62 permettant de renvoyer les projectiles vers la face radialement intérieure 69 de la pièce 60.
  • La chambre de traitement peut également présenter une paroi périphérique 70 de forme conique, permettant de renvoyer les projectiles vers la face radialement extérieure 68 de la pièce 60. Cette dernière peut être entraînée ou non en rotation autour d'un axe confondu avec l'axe longitudinal X de la sonotrode.
  • Dans tous les exemples qui précèdent, plusieurs sonotrodes peuvent être utilisées simultanément pour traiter une même pièce.
  • Ces différentes configurations peuvent être appliquées en statique. En revanche, lorsque la pièce est entraînée en rotation, celle-ci peut l'être en continu ou par intermittence.
  • Un mélange de projectiles de différentes natures et/ou dimensions peut être utilisé, le cas échéant.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits, et trouve à s'appliquer à toutes pièces utilisées dans les secteurs de l'aéronautique et de l'automobile, notamment les aubes, pales, turbines, engrenages, filetages, alvéoles de réception de pieds de pale, organes de fixation en tous genres, cordons de soudures, rayons de raccordements, aube/veine, poches inter-disques, etc.
  • Dans toute la description, y compris les revendications, l'expression "comportant un" doit être comprise comme étant synonyme de "comportant au moins un", sauf si le contraire est spécifié.
  • Les caractéristiques des différents exemples de mise en oeuvre de l'invention peuvent être combinées entre elles.
  • En particulier, les projectiles des figures 1 et 3 peuvent être utilisés ou non dans les exemples des figures 13 et 17.
  • La sonotrode de l'exemple des figures 4 à 5 peut être utilisée ou non dans les exemples des figures 13 et 17.

Claims (3)

  1. Procédé de traitement du bord intérieur (49) d'un perçage (50) d'une pièce (51), dans lequel on projette des projectiles avec une sonotrode (11) dans une chambre de traitement, la sonotrode étant extérieure à la chambre de traitement, caractérisé en ce que le procédé met en oeuvre un dispositif de grenaillage tel que défini en revendication 3, la chambre de traitement étant réalisée avec au moins un déflecteur central (52), de manière à ce que les projectiles, en rebondissant sur ce déflecteur, atteignent avec une incidence moins élevée le bord (49).
  2. Procédé selon la revendication 1, le déflecteur (52) étant de forme conique.
  3. Dispositif de grenaillage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, comportant une chambre de traitement ouverte sur une sonotrode (11) et un déflecteur (52) pour renvoyer des projectiles présents dans la chambre de traitement et mis en mouvement par la sonotrode vers la surface à traiter, la chambre de traitement étant définie entre une partie inférieure comportant la sonotrode et une partie supérieure, caractérisé en ce que la partie supérieure comporte le déflecteur et en ce que le déflecteur (52) n'est pas en contact avec la sonotrode (11).
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