FR3124412A1 - Procédé de grenaillage d’une pièce annulaire - Google Patents

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    • 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
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Abstract

Le présent document concerne un procédé de grenaillage d’une surface S annulaire d’une pièce (14) annulaire d’axe longitudinal à l’aide d’une machine de grenaillage comprenant une buse (2) de projection de grenailles, comprenant les étapes suivantes : déterminer une plage de compression (6) applicable à la pièce (14) à grenailler,établir une base de données (8) associant une énergie donnée en sortie de la buse à une pluralité de paramètres machine,sélectionner dans la base de données une énergie E en sortie de buse permettant d’établir une compression dans ladite plage de compression (6),déduire une quantité massique de grenailles M à pulvériser sur la pièce annulaire,déterminer une vitesse radiale de déplacement de la buse V fonction de ladite quantité massique de grenailles M, grenailler la surface S annulaire. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 1]

Description

Procédé de grenaillage d’une pièce annulaire
Domaine technique de l’invention
Le présent document porte sur les opérations de grenaillage de pièces destinées au domaine de l’aéronautique par une machine de grenaillage dont des paramètres machines sont optimisés.
Etat de la technique antérieure
Un processus de grenaillage est un traitement mécanique de surface permettant de générer des contraintes résiduelles de compression améliorant la durée de vie d’une pièce. Ce processus de grenaillage consiste à impacter une surface de la pièce avec des grenailles projetées à une vitesse et dans des conditions contrôlées. Des impacts sont générés qui déforment plastiquement une couche superficielle de ladite pièce alors qu’une couche interne de la pièce reste élastique. Ce processus de grenaillage est réalisé à partir d’une machine de grenaillage comprenant une buse de projection de grenailles.
Les opérations de grenaillage ont les effets techniques suivants :
-améliorer la durée de vie en fatigue des pièces industrielles traitées,
- compenser des abattements de durée de vie induits par les traitements de surface des pièces,
- homogénéiser l’état de surface usinées des pièces.
Afin que l’opération de grenaillage induise des propriétés homogènes en surface de la pièce traitée, la surface doit être entièrement recouverte par les impacts de billes. Les meilleurs résultats sont obtenus avec une grenaille homogène (par exemple en acier dur trempé et revenu dont la dureté doit être supérieure à celle des pièces traitées) projetée avec un angle constant par rapport à la surface à traiter. L’énergie transmise à la pièce est homogène. Il est connu d’utiliser également des billes en verre ou céramique, ces billes étant également appelées grenaille.
Dans le domaine de l’aéronautique, le grenaillage de précontraintes s’applique couramment sur des pièces industrielles métalliques complexes telles que des aubes, des disques turbine alvéolés, des disques aubagés monoblocs, des arbres de turbine, des composants de trains d’atterrissage, des roues, pignons.
L’intensité de grenaillage est quantifiée en Almen selon la méthode Almen [SAE J442, SAE J443].
La détermination des paramètres d’un procédé de grenaillage pour une pièce industrielle complexe, c’est-à-dire des paramètres entrés en machine, comporte plusieurs étapes.
La première étape consiste à analyser la spécification au plan propre à la pièce à traiter par le procédé de grenaillage. Ce document, réalisé par des ingénieurs, comprend les informations relatives au grenaillage de la pièce, par exemple :
- les zones de la pièce doivent être grenaillées et par conséquent quelles zones ne doivent pas être grenaillées, certaines zones de la pièce pouvant recevoir des grenailles mais n’étant pas soumises à un contrôle,
- le type de grenaille devant être utilisé,
- une plage de compression souhaitée exprimable en Almen, et
- une matière sélectionnée pour les grenailles.
La deuxième étape consiste à régler les différents paramètres machines afin de répondre à ces spécifications.
Cependant, actuellement, le processus de grenaillage est réalisé sur la base d’un retour d’expérience sur la machine et plus précisément en réalisant plusieurs itérations expérimentales jusqu’à obtenir les paramètres machines adaptées aux spécifications pour chaque type de pièce. Cela signifie qu’actuellement pour chaque type de pièce à grenailler, il est nécessaire de réaliser une pluralité de tests en faisant varier les paramètres machines. Ces paramètres machines comprennent : un angle d’incidence, une distance entre la pièce et la buse, un débit de grenailles, une pression, un diamètre de la buse, une vitesse de rotation de la pièce et une vitesse radiale de déplacement de la buse.
Ce type de processus de grenaillage comprend un nombre de variables très important et les régler individuellement sans forme d’apprentissage est chronophage. En outre, cela engendre la mise au rebus de nombreuses pièces et est donc une opération coûteuse.
Présentation de l’invention
Le présent document concerne un procédé de grenaillage d’une surface S annulaire d’une pièce annulaire d’axe longitudinal à l’aide d’une machine de grenaillage comprenant une buse de projection de grenailles, comprenant les étapes suivantes :
  1. déterminer une plage de compression applicable à la pièce à grenailler,
  2. établir une base de données associant une énergie donnée en sortie de la buse à une pluralité de paramètres machine tel qu’un angle d’incidence, une distance entre la pièce et la buse, un débit, une pression, un diamètre de la buse et une vitesse de rotation de la pièce, ces paramètres étant compris dans la base de données,
  3. sélectionner dans la base de données une énergie E en sortie de buse permettant d’établir une compression dans ladite plage de compression,
  4. à partir d’un modèle tridimensionnel de la pièce annulaire, déduire une quantité massique de grenailles M à pulvériser sur la pièce annulaire,
  5. à partir du modèle tridimensionnel de la pièce annulaire, déterminer une vitesse radiale de déplacement de la buse V fonction de ladite quantité massique de grenailles M,
  6. grenailler la surface S annulaire de ladite pièce annulaire en utilisant la vitesse de déplacement de la buse V et les paramètres machine associées à l’énergie E en sortie de buse.
Ce procédé permet d’identifier rapidement les paramètres permettant d’obtenir un grenaillage répondant aux exigences attendues et générant des déformations acceptables pour la pièce. Aucune itération expérimentale n’est nécessaire pour établir les bons paramètres machines et la vitesse radiale de déplacement de la buse est adaptée. Ce procédé permet d’optimiser et d’automatiser les calculs de vitesse radiale de déplacement de la buse. Ainsi, le nombre d’essais sur pièces pour la mise au point du grenaillage est réduit avec un développement effectué en dehors de la machine, par simulation.
Une cartographie de recouvrement optimisée avec une vitesse de déplacement de buse ajustée de façon automatique en fonction de la zone de la pièce est ainsi obtenue. Le phénomène de sur-recouvrement et ses conséquences désastreuses sur la pièce sont ainsi évités. Aucune apparition des fissures, bourrelets, abattement en durée de vie en fatigue n’est généré.
La simulation du jet de grenaille permet de vérifier l’incidence du jet de grenaille pour garantir l’énergie transmise à la surface de la pièce, les valeurs exactes de l’intensité Almen et le taux recouvrements dans les zones complexes.
Les paramètres machine peuvent être obtenus à partir d’une pluralité d’essais expérimentaux réalisée à partir d’éprouvettes Almen.
Grâce à cette pluralité d’essais expérimentaux, il est possible de constituer une base de données expérimentales des différentes combinaisons de paramètres machines.
La pièce annulaire peut avoir une vitesse de rotation.
La buse peut décrire un mouvement de spirale centré sur la pièce annulaire.
Le mouvement de la buse permet de limiter une formation de bourrelets ou de déformation de la matière. En outre, cela permet de traiter une pièce sur 360°.
La pièce annulaire peut avoir une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de déplacement de la buse.
L’étape d) peut comprendre les étapes suivantes :
  • déterminer une surface annulaire S sur le modèle tridimensionnel de la pièce annulaire,
  • subdiviser la surface annulaire S en k surfaces annulaires Skcoaxiales et radialement successives,
  • en déduire la quantité massique de grenailles Mkà pulvériser pour chaque surface annulaire Sken fonction d’une densité de grenailles appliquée DA,
  • en déduire un temps de grenaillage tkpour chaque surface annulaire Skfonction de ladite quantité massique de grenailles Mk
  • déterminer une dimension radiale pour chaque surface annulaire Sk,
  • en déduire la vitesse radiale de déplacement Vkde la buse fonction de la dimension radiale de chaque Sket du temps de grenaillage tk.
En segmentant et en subdivisant la surface annulaire S en k surfaces annulaires Sk, il est possible de grenailler précisément des zones complexes.
La quantité massique de grenailles Mkà pulvériser sur la pièce peut être obtenue selon l’équation suivante :
Où :
  • DA est une densité de grenaille appliqué en g/cm² ;
  • Skest exprimé en cm² ;
  • Mkest exprimé en kg.
Le temps de grenaillage tkpeut être fonction d’un débit Qkde grenailles et de la quantité massique de grenailles Mkpour la surface annulaire Sk.
La vitesse radiale de déplacement de la buse Vkpeut être fonction d’une distance radiale de la surface Sket inversement proportionnelle au temps de grenaillage tkassocié à la surface annulaire Sk.
Brève description des figures
représente un diagramme d’un procédé de grenaillage d’une surface S d’une pièce annulaire, selon l’invention.
représente un ensemble d’éprouvettes Almen montées sur une pièce.
représente un modèle tridimensionnel d’une première pièce annulaire, selon l’invention.
représente un deuxième modèle tridimensionnel d’une deuxième pièce annulaire.
représente un troisième modèle tridimensionnel d’une troisième pièce annulaire avec une trajectoire d’une buse de grenailleuse, selon l’invention.
représente un contrôle visuel de recouvrement correcte de grenaillage sur un modèle tridimensionnel d’une pièce annulaire, selon l’invention.

Claims (9)

  1. Procédé de grenaillage d’une surface S annulaire d’une pièce (14) annulaire d’axe longitudinal à l’aide d’une machine de grenaillage comprenant une buse (2) de projection de grenailles, comprenant les étapes suivantes :
    1. déterminer une plage de compression (6) applicable à la pièce (14) à grenailler,
    2. établir une base de données (8) associant une énergie donnée en sortie de la buse à une pluralité de paramètres machine tel qu’un angle d’incidence, une distance entre la pièce et la buse, un débit, une pression, un diamètre de la buse et une vitesse de rotation de la pièce, ces paramètres étant compris dans la base de données,
    3. sélectionner dans la base de données une énergie E en sortie de buse permettant d’établir une compression dans ladite plage de compression (6),
    4. à partir d’un modèle tridimensionnel de la pièce annulaire, déduire une quantité massique de grenailles M à pulvériser sur la pièce annulaire,
    5. à partir du modèle tridimensionnel de la pièce annulaire, déterminer une vitesse radiale de déplacement de la buse V fonction de ladite quantité massique de grenailles M,
    6. grenailler la surface S annulaire de ladite pièce annulaire en utilisant la vitesse de déplacement de la buse V et les paramètres machine associées à l’énergie E en sortie de buse.
  2. Procédé de grenaillage selon la revendication 1, dans lequel les paramètres machine sont obtenus à partir d’une pluralité d’essais expérimentaux réalisés à partir d’éprouvettes Almen 10.
  3. Procédé de grenaillage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce (14) annulaire a une vitesse de rotation.
  4. Procédé de grenaillage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la buse décrit un mouvement de spirale centré sur la pièce (14) annulaire.
  5. Procédé de grenaillage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce (14) annulaire a une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de déplacement de la buse.
  6. Procédé de grenaillage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape d) comprend les étapes suivantes :
    • déterminer une surface annulaire S sur le modèle tridimensionnel de la pièce annulaire,
    • subdiviser la surface annulaire S en k surfaces annulaires Skcoaxiales et radialement successives,
    • en déduire la quantité massique de grenailles Mkà pulvériser pour chaque surface annulaire Sken fonction d’une densité de grenailles appliquée DA,
    • en déduire un temps de grenaillage tkpour chaque surface annulaire Skfonction de ladite quantité massique de grenailles Mk
    • déterminer une dimension radiale pour chaque surface annulaire Sk,
    • en déduire la vitesse radiale de déplacement Vkde la buse fonction de la dimension radiale de chaque Sket du temps de grenaillage tk.
  7. Procédé de grenaillage selon la revendication 6, dans lequel la quantité massique de grenailles Mkà pulvériser sur la pièce est obtenue selon l’équation suivante :

    Où :
    • DA est une densité des grenailles en g/cm² ;
    • Skest exprimé en cm² ;
    • Mkest exprimé en kg.
  8. Procédé de grenaillage selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le temps de grenaillage tkest fonction d’un débit Qkde grenailles et de la quantité massique de grenailles Mkpour la surface annulaire Sk.
  9. Procédé de grenaillage selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel la vitesse radiale de déplacement de la buse Vkest fonction d’une distance radiale de la surface Sket inversement proportionnelle au temps de grenaillage tkassocié à la surface annulaire Sk.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5212976A (en) * 1991-07-03 1993-05-25 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation (S.N.E.C.M.A.) Method and apparatus for controlling shot peening device
US9003850B2 (en) * 2006-06-23 2015-04-14 Muhr Und Bender Kg Boundary layer improvement of plate springs or undulating springs
US10330564B2 (en) * 2013-05-03 2019-06-25 The Boeing Company System and method for predicting distortion of a workpiece resulting from a peening machine process

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