ES2233310T3 - Procedimiento de granallado mediante ultrasonidos de superficies anulares de grandes dimensiones en piezas delgadas. - Google Patents
Procedimiento de granallado mediante ultrasonidos de superficies anulares de grandes dimensiones en piezas delgadas.Info
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Abstract
Procedimiento de granallado por ultrasonidos de superficies anulares de grandes dimensiones de piezas delgadas, consistiendo el citado procedimiento en hacer pasar la superficie (5) que hay que granallar delante de la abertura (13) de un recinto (10) de granallado por ultrasonidos, comprendiendo la citada abertura (13) bordes (14), encerrando el citado recinto (10) una ¿niebla¿ de microbolas (11) entretenida por un vibrador (20) en el interior del recinto (10), impactando las citadas microbolas contra la porción de la superficie (5) que hay que granallar presentada delante de la abertura (13), y provocando los citados impactos el granallado, estando animados el citado recinto (10) y la citada pieza (1) de un movimiento relativo de rotación para hacer pasar toda la superficie que hay que granallar delante de la abertura (13) durante el granallado, caracterizado porque la superficie (5) que hay que granallar se sitúa delante de la abertura (13) con una holgura E, siendo la citada holgura E inferior al diámetro de las microbolas utilizadas, y porque la citada superficie efectúa, al menos, N = cinco revoluciones delante de la abertura (13) durante el granallado.
Description
Procedimiento de granallado mediante ultrasonidos
de superficies anulares de grandes dimensiones en piezas
delgadas.
La invención se refiere a un procedimiento de
granallado denominado "por ultrasonidos" que pone en práctica
una niebla de microbolas en el interior de un recinto y, de modo más
particular, a un procedimiento de granallado de superficies anulares
de grandes dimensiones de piezas delgadas.
Se conoce granallar la superficie de piezas
metálicas por proyección de microbolas. Las microbolas, al impactar
contra la superficie de la pieza con un ángulo de incidencia pequeño
con respecto a la perpendicular a esta superficie y con una energía
cinética suficiente, provocan una puesta en compresión permanente de
la superficie en un espesor pequeño. Esta puesta en compresión se
opone a la aparición y a la progresión de las fisuras en la
superficie de la pieza, y permite, así, mejorar su resistencia a la
fatiga. Las microbolas son normalmente bolas de cojinetes de
rodamiento. Éstas son habitualmente de cerámica o de acero con un
diámetro de 0,2 mm a 4 mm. El granallado se efectúa en el interior
de una cabina cerrada con la ayuda de boquillas alimentadas
simultáneamente de gas comprimido y de microbolas, asegurando el gas
comprimido la propulsión de las microbolas.
En aeronáutica se fabrican piezas delgadas y de
grandes dimensiones cuyo granallado plantea algunas
dificultades:
- \bullet
- Las piezas grandes exigen cabinas grandes,
- \bullet
- El granallado es generalmente ligero para no deformar las piezas delgadas. Éstas, en efecto, no pueden absorber, sin deformarse, las solicitaciones provocadas por las tensiones de compresión resultantes de un granallado importante, extendiéndose, entonces, esta compresión en profundidad debajo de la superficie granallada.
- \bullet
- La exposición de la pieza al granallado pasa por un óptimo que da a esta pieza la mejor resistencia. Un granallado de este tipo es, sin embargo, difícil de asegurar porque las boquillas de granallado son delicadas de regular y no son estables. Así, un granallado insuficiente no da la resistencia prevista, pero todavía puede llegarse al óptimo efectuando un granallado complementario. Por el contrario, un granallado excesivo provoca una degradación superficial irrecuperable de la pieza con una disminución de su resis- tencia.
Por la patente FR.2.689.431 se conoce un
procedimiento de granallado denominado impropiamente "por
ultrasonidos" consistente en entretener una "niebla" de
microbolas en el interior de un recinto, realizándose el
entretenimiento con la ayuda de un vibrador que actúa a frecuencias
del orden de 20 KH, estando el recinto abierto, siendo aplicada la
pieza contra la abertura del recinto, asegurándose el granallado por
los impactos de las microbolas sobre la pieza, estando animados el
recinto y la pieza de un movimiento relativo con miras a hacer pasar
el recinto sobre toda la superficie de la pieza que hay que
granallar. La patente muestra, también, cómo granallar piezas
circulares tales como árboles.
El término "niebla" se utiliza en analogía
con las nieblas formadas por minúsculas gotas de agua. En efecto, en
el procedimiento de granallado por ultrasonidos, las microbolas son
animadas de velocidades aleatorias en módulo y en dirección, lo que
las hace rebotar entre ellas, contra las paredes del recinto y
contra la superficie de la pieza en contacto con la niebla de
microbolas.
Esta patente da ejemplos de piezas macizas
capaces de absorber sin deformarse las solicitaciones resultantes
del granallado. Sin embargo, este procedimiento no permite granallar
piezas circulares delgadas, porque éstas comienzan a deformarse muy
pronto durante el propio granallado. Incluso si la superficie es
granallada uniformemente, estas deformaciones sólo se reabsorben
parcialmente al final del granallado, porque la puesta en tensión se
efectúa por la deformación plástica y no lineal del material.
Además, el procedimiento exige que el granallado se detenga con
precisión cuando la pieza ha efectuado una vuelta y se quiere
obtener un granallado homogéneo. En efecto, una detención tardía del
granallado producirá un exceso localizado de granallado en una zona
de recubrimiento, mientras que una detención prematura producirá una
falta localizada de granallado que será difícil de completar sin
provocar un granallado excesivo justo al lado.
Un primer problema que hay que resolver es
granallar, sin deformarlas, las piezas delgadas y circulares cuyas
dimensiones son superiores a las del recinto de granallado.
Un segundo problema que hay que resolver es
garantizar un granallado homogéneo en toda la superficie que hay que
granallar.
La invención propone un procedimiento de
granallado por ultrasonidos de superficies anulares de grandes
dimensiones de piezas delgadas, consistiendo el citado procedimiento
en hacer pasar la superficie que hay que granallar delante de la
abertura de un recinto de granallado, encerrando el citado recinto
de granallado una "niebla" de microbolas entretenida por un
vibrador en el interior del recinto, impactando las citadas
microbolas con la porción de la superficie que hay que granallar
presentada delante de la abertura, y provocando los citados impactos
el granallado, estando animados el citado recinto y la citada pieza
de un movimiento relativo de rotación para hacer pasar toda la
superficie que hay que granallar delante de la abertura del recinto
durante el granallado.
Un procedimiento de este tipo es interesante
porque la superficie que hay que granallar efectúa durante el
granallado, al menos, N = cinco revoluciones delante de la abertura
del recinto, y porque la superficie que hay que granallar se sitúa
delante de la abertura con una holgura inferior al diámetro de las
microbolas utilizadas.
En otras palabras, el granallado se efectúa en N
pasadas delante de la abertura del recinto, pasando cada punto de la
superficie que hay que granallar N veces delante de la abertura del
recinto, aportando cada paso una fracción sensiblemente igual a 1/N
del granallado total que hay que efectuar.
Un procedimiento de este tipo tiene por efecto
mejorar la homogeneidad del granallado en toda la superficie que hay
que granallar durante la misma ejecución del granallado. Se ha
constatado que esta homogeneidad reduce las deformaciones de la
pieza durante el granallado, así como las deformaciones residuales
de la pieza cuando el granallado ha finalizado. Este resultado
podría explicarse por el hecho de que las solicitaciones impuestas a
la pieza durante el granallado se mantienen sensiblemente uniformes
en toda la superficie granallada. Se resuelve, así, el primer
problema.
Además, no es necesario detener el granallado con
precisión cuando la pieza haya hecho N pasadas delante del recinto
de granallado, porque el exceso o la falta de granallado resultante
de esta imprecisión será, como mucho, igual a 1/N del granallado
total, lo que resuelve el segundo problema.
El inventor considera que el resultado obtenido
es aceptable a partir de N = 5 revoluciones. Este resultado será
evidentemente mejor con un mayor número de revoluciones, por ejemplo
20 ó 100. Un número N importante se impone para granallar piezas muy
delgadas.
Una ventaja del procedimiento es permitir un
granallado importante, y llevado hasta el óptimo, en piezas
delgadas, sin deformarlas, puesto que durante todo el granallado,
las solicitaciones impuestas a la pieza permanecen uniformes.
El procedimiento objeto de la presente solicitud
de patente de invención no debería confundirse con el procedimiento
divulgado en la patente citada, y tampoco parece que sea sugerido
por esta patente. Aunque la patente no dice explícitamente que el
granallado se efectúa en una sola pasada, esto se sobreentiende. En
efecto.
En la línea 20 de la página 7 se da la fórmula Vi
= Ai / To, siendo Vi la velocidad de desplazamiento del recinto
sobre la pieza, Ai la anchura de la superficie vibrante que se
confunde sensiblemente con la anchura del recinto a la vista de la
figura 1, y To la duración de la exposición de la superficie al
granallado, viniendo dada esta duración por una fórmula en la línea
7 de la página 7. Si el granallado se efectuara en N pasadas,
debería haberse escrito Vi = N x Ai / To a fin de que cada parte de
la superficie granallada sea expuesta adecuadamente durante la
duración To. Por tanto, N = 1 es el único modo de interpretar esta
patente.
Por otra parte, especialmente, en las líneas 24 a
34 de la página 7, se dice que una velocidad superior conduce a un
granallado insuficiente, mientras que una velocidad inferior conduce
a un "aplastamiento excesivo". El parámetro velocidad Vi es
aquí importante porque hay que granallar exactamente toda la
periferia de la pieza en una sola vuelta o en un número muy pequeño
de vueltas, a fin de respetar la duración To durante la cual cada
parte de superficie debe quedar expuesta al granallado. Con la
presente invención, por el contrario, este parámetro velocidad
carece de importancia, a condición, evidentemente, de que éste se
mantenga pequeño en comparación con la velocidad de las microbolas
que impactan contra la pieza.
La invención se comprenderá mejor y las ventajas
que ésta proporciona se pondrán de manifiesto de modo más claro a la
vista de un ejemplo detallado de realización y de la figura única
aneja que ilustra el granallado de la superficie de apoyo de la
brida de un cono de arrastre de turbomotor para aeronave.
Se hará referencia a la figura única. La pieza 1
es un cono de arrastre de un turbomotor para aeronave. La pieza 1
está constituida por una pared delgada y tiene una forma circular de
revolución alrededor de un eje geométrico 2. La pieza 1 comprende un
fuste 3 troncocónico cuyo extremo de mayor diámetro se prolonga
radialmente por una brida 4, comprendiendo a su vez la citada brida
4 una superficie de apoyo 5 que hay que granallar, siendo la citada
superficie de apoyo 5 anular, plana y radial.
Se utiliza un recinto 10 en cuyo interior se
entretiene una niebla de microbolas 11, estando delimitado el citado
recinto lateralmente por una pared 12, comprendiendo el citado
recinto una abertura 13 cuyos bordes están indicados por 14. Se
utiliza, igualmente, un vibrador 20 constituido por un sonotrodo 21
puesto en resonancia en uno de sus extremos por un generador 22 de
vibraciones que, habitualmente, es de cuarzo, comprendiendo el otro
extremo del sonotrodo 21 una superficie 23 vibrante y sensiblemente
plana, siendo colocada la citada superficie vibrante 23 en el fondo
del recinto 10 y estando frente a la abertura 13. El generador de
vibraciones 22 pone en resonancia longitudinal el sonotrodo 21. La
superficie vibrante 23 así excitada transmite energía a las
microbolas que rebotan sobre la superficie 5 que hay que granallar
frente a la abertura 13 y sobre las paredes del recinto 12,
perdiendo, entonces, las citadas microbolas progresivamente energía,
llegando, igualmente, las citadas microbolas a la superficie
vibrante 23 que las da una nueva energía. Así, las microbolas se
mueven en el interior del recinto a velocidades aleatorias en
magnitud y en dirección, formando, así, estas microbolas una
verdadera "niebla" de microbolas en el interior del recinto
10.
Para granallar la superficie 5:
- \bullet
- se pone una dosis de microbolas dentro del recinto,
- \bullet
- se coloca la pieza 1 de modo que se lleve la superficie 5 que hay que granallar delante de la abertura 13 con una holgura E con respecto a los bordes 14 de la abertura 13, siendo la citada holgura E inferior al diámetro de las microbolas,
- \bullet
- se pone la pieza 1 en rotación según su eje geométrico 2,
- \bullet
- se activa el generador de vibraciones 23 durante una duración preestablecida T, calculándose la citada velocidad de rotación simplemente para que la pieza haga, al menos, N = 5 vueltas durante la duración T,
- \bullet
- se detiene el generador de vibraciones 23 al cabo del tiempo T y se retira la pieza 1.
Una ventaja del procedimiento es que el
granallado se efectúa sin contacto entre la pieza 1 y el recinto 10,
lo que permite evitar cualquier degradación de la superficie de la
pieza.
A pesar de esto, las microbolas quedan retenidas
en el interior del recinto 10 porque la holgura E es inferior al
diámetro de las citadas microbolas.
Esta disposición tiene, también, la ventaja de
evitar la utilización de placas de desgaste en el recinto 10.
La duración total T durante la cual la pieza es
expuesta al granallado viene dada por la fórmula:
T = To x \pi
x D /
L
En la cual To es la duración de la exposición al
granallado de cada elemento de la superficie 5 que hay que
granallar, D es el diámetro medio de la citada superficie 5 y L es
la anchura del recinto 10 tomada tangencialmente al desplazamiento
de la citada superficie 5 delante de la abertura 13, es decir,
perpendicularmente al plano de la figura única.
Si la superficie 5 que hay que granallar no es
plana, se dará a los bordes 14 del recinto 10 una forma
complementaria de la citada superficie, a fin de mantener la holgura
E.
Claims (1)
1. Procedimiento de granallado por ultrasonidos
de superficies anulares de grandes dimensiones de piezas delgadas,
consistiendo el citado procedimiento en hacer pasar la superficie
(5) que hay que granallar delante de la abertura (13) de un recinto
(10) de granallado por ultrasonidos, comprendiendo la citada
abertura (13) bordes (14), encerrando el citado recinto (10) una
"niebla" de microbolas (11) entretenida por un vibrador (20) en
el interior del recinto (10), impactando las citadas microbolas
contra la porción de la superficie (5) que hay que granallar
presentada delante de la abertura (13), y provocando los citados
impactos el granallado, estando animados el citado recinto (10) y la
citada pieza (1) de un movimiento relativo de rotación para hacer
pasar toda la superficie que hay que granallar delante de la
abertura (13) durante el granallado, caracterizado porque la
superficie (5) que hay que granallar se sitúa delante de la abertura
(13) con una holgura E, siendo la citada holgura E inferior al
diámetro de las microbolas utilizadas, y porque la citada superficie
efectúa, al menos, N = cinco revoluciones delante de la abertura
(13) durante el granallado.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|
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