JP2002166364A - ロータ上へ羽根を固定する環状空洞の超音波ショットピーニング方法および装置 - Google Patents
ロータ上へ羽根を固定する環状空洞の超音波ショットピーニング方法および装置Info
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Abstract
空洞上で再現可能なプレストレスをより短時間で発生す
ることができる、ショットピーニング方法を提供する。 【解決手段】 空洞内を滑動することが可能な対向する
閉鎖手段14Bを有するスリーブ16内の中間位置内に
配設されたソノトロード8の振動表面8aに、一定量の
球10を設置し、挿入開口部5をソノトロード8に対向
する位置に設置し、閉鎖手段14Bが前記開口部5内に
開口する空洞の端部に対向するショットピーニング位置
内の挿入開口部5側にソノトロード8およびスリーブ1
6を一緒に移動させ、次に、閉鎖手段を空洞2の第1端
部5A内に移動し、球を含む閉鎖可動エンクロージャを
形成するように、ロータリム1を回転軸を中心として回
転させる。リムを回転させ、球の霧を発生させる。
Description
ueue d’aronde)の形状で、ロータリムの
外周に形成された、少なくとも1つの環状空洞(alv
eole annulaire)の隔壁のショットピー
ニング(grenaillage)による、表面処理お
よび圧縮プレストレス(precontrainte
de compression)を与える方法に関し、
前記環状空洞は、環状側面口により外部に開口し、少な
くとも1つの羽根挿入開口部にそれぞれ開口する少なく
とも2つの空洞の端部を有する。
触線が強い応力を受ける、羽根の脚を含むことができる
タービンエンジンのロータ上で、羽根のハンマ固定(a
ttache marteaux)の環状空洞の隔壁
に、圧縮プレストレスを与えることが必要である。実
際、運転時、種々の手段により環状空洞内に固定される
タービンまたはファンの羽根は、これらの接触線のレベ
ルで大きな摩擦による磨耗をきたす大きな遠心力を受け
る。この摩擦による磨耗が、使用中の部品の寿命を短く
するため、定期的にこれら部品を交換しなければならな
い。
せ、接触線の近傍の環状空洞の表面を硬化させるため
に、各空洞内に挿入された圧縮空気ノズルから発射され
た球を使用して、環状空洞をショットピーニングするこ
とが知られている。球は、部品の表面におけるひびの発
生および進行に対抗するために、被処理表面の浅い厚み
において永続する圧縮を生じさせる。
常は0.3mmから0.5mmのマイクロ球しか噴射で
きない。また球の分布は、位置においても速度において
も正規分布である。
ら、キャビティの全表面は、局部的な処理の連続でしか
処理されず、また局部的な処理は、不都合な局部的な変
形および球の残留付着をきたすことがある。
弱いため、被処理部位の近傍では粗さが過度に高くな
り、そのため表面の硬化が制限されてしまう。事実、噴
射される球の直径が小さいため、ショットピーニングが
強ければ強いほど、表面状態の劣化もより顕著になる。
は、ほとんど制御が不可能であり、再現するのが難し
い。
強いショットピーニング、すなわち変形を誘導させずか
つ被処理表面の劣化を制限しつつ、表面のより大きな圧
縮厚さを得ることを可能にしながら、全空洞上で再現可
能なプレストレスをより短時間で発生することができ
る、タービンのロータの環状空洞のショットピーニング
方法を提供することである。
ニング方法が超音波により実施され、 a)振動表面を取り囲み、空洞内を滑動することが可能
な対向する閉鎖手段を含む、スリーブ内の中間位置に予
め配設されたソノトロード(sonotrode)の前
記振動表面に、所与の直径の一定量の球を設置する段階
と、 b)挿入開口部を前記ソノトロードに対向する位置に設
置する段階と、 c)閉鎖手段が、前記開口部に開口する空洞の端部に対
向するショットピーニング位置に、前記ソノトロードお
よび前記スリーブを設置するために、前記ソノトロード
および前記スリーブを、前記羽根挿入開口部側に向けて
ほぼ垂直方向に一緒に移動させる段階と、 d)閉鎖手段を空洞の第1端部内に移動し、球を含む閉
鎖可動エンクロージャを形成するように、ロータリム
を、水平に配設された回転軸を中心として回転させる段
階と、 e)超音波振動発生手段により励起されたソノトロード
を使用して、可動エンクロージャ内に球の霧(brou
illard de bille)を発生させ、空洞の
第2端部に到達するまでロータリムを回転軸を中心とし
て規則的に回転させることにより、隔壁の全体の超音波
ショットピーニングを行う段階とを含むことにより、そ
の目的を達成する。
の均一な分布を得ることが可能になる。球の霧の球は、
任意の方向に移動し、様々な角度でキャビティの隔壁に
当たるため、ノズルからある特定な方向に噴射される球
と比べ、表面状態を向上させる。
がって、たとえば鋼またはセラミック製のころがり軸受
けの球など、硬度および幾何形状に関して高品質の球を
使用することができ、それにより表面状態をさらに良く
維持することが可能になる。
置決めした後、振動表面が空洞の側面口のレベルになる
ように、ソノトロードをほぼ垂直方向に移動させる。
り外部に残っている時に得られる体積よりも小さいた
め、本方法が必要とするショットピーニング処理時間は
短くなる。
する毎に、ロータリムの回転方向を反転させながら、隔
壁についてショットピーニングを少なくとも3回連続し
て行う。
め、環状空洞の隔壁の全体が同時に球の衝撃を受けるわ
けではなく、キャビティ、特に羽根の脚を含む空洞の変
形の危険性が生じる。連続する3回の処理により隔壁を
処理することで、リムの変形を著しく相殺することが可
能になる。
保ち、閉鎖フランジおよび振動表面が口の第1端部の近
傍に到達した時、ショットピーニングを停止し、閉鎖フ
ランジおよび振動表面が挿入開口部より外部になった時
に、口内に再度挿入される球の霧を再度活性化すること
により、3回連続してショットピーニング処理を行うこ
とができる。
設置する。
底部との間に位置する部位のショットピーニングの影響
を軽減するように、異なる隔壁部分に平行な側面を有す
るほぼ三角形の幾何形状となっている。
した後、閉鎖手段を羽根挿入開口内に移動するように、
ロータ部分を回転軸を中心として回転させ、ソノトロー
ドおよびスリーブを低位置側にほぼ垂直方向に移動さ
せ、スリーブおよびソノトロードを備える音響アセンブ
リを、ソノトロードに対向する位置に移動された第2環
状空洞の挿入開口部側にほぼ水平に移動させ、前記第2
環状空洞をショットピーニングするために、一定量の球
支持するソノトロードおよびスリーブを、ショットピー
ニング高位置に再度位置決めする。
低位置に向かってほぼ垂直方向に移動させると有利であ
る。この位置のとき、一定量の球は、ロータリム上に形
成された環状空洞のショットピーニング後に、振動する
表面をスリーブ中に形成された穴を通ってタンクに向け
て排出することができる。
収することができ、次の処理に再使用するか交換するこ
とができる。
量の球を使用する。
は、ノズルにより噴射することが可能な球の直径よりも
大きく、その結果、表面の劣化を少なくしつつショット
ピーニングをより強くすることができる。
も関する。
隔壁部分により画定される可動エンクロージャ内に、所
与の直径の球を噴射することができ、振動表面が口の近
傍に配設された、ソノトロード、およびソノトロードを
取り囲み、前記隔壁部分および前記振動表面とともに密
閉可動エンクロージャを形成することができる閉鎖手段
を有するスリーブと、前記ソノトロードを励起すること
ができる超音波振動発生手段と、前記ソノトロードをほ
ぼ垂直に移動させるための第1手段、および前記閉鎖手
段をほぼ垂直に移動させるための第2手段と、前記ソノ
トロードと前記スリーブとの間に設けられた、球の直径
より小さい第1間隙と、前記環状空洞に配設された前記
閉鎖手段と前記環状空洞との間に設けられた、球の直径
より小さい第2間隙とを含む。
と1つのスリーブを備え、ロータリムの周囲に配設され
た複数の音響アセンブリを含むことができ、前記音響ア
センブリは、ロータリムの軸方向に移動することができ
る。
前記振動表面と前記口との間に設けられた、球の直径よ
り小さい第3の間隙を含む。
との間に設けられた、球の直径より小さい第4の間隙を
含み、そのため、振動表面が口を閉鎖しないとき、エン
クロージャの密閉性が保証される。
能な前記種々の要素を、球がブロックしないように構成
される。さらに、ソノトロードおよび閉鎖手段を備える
スリーブは、処理すべきキャビティの形状に適合した形
状を有する。特に、振動表面は口を相補する形状であ
り、閉鎖手段はエンクロージャの密閉性をよく確保する
ように形成される。
ノトロードと一緒に移動することができる。
段は、同時に制御されることが可能である。
ドは中間位置に配置されるが、この中間位置は、前記ス
リーブの閉鎖手段と前記ソノトロードの振動表面とによ
って作られる空間が一定量の球のためのタンクを形成す
る位置である。次に、一定量の球を支承する前記スリー
ブおよび前記ソノトロードは、同一の移動手段により同
時に移動される。最後に、ソノトロードおよび/または
閉鎖手段は、それぞれ、振動表面がキャビティの口を塞
ぎ、閉鎖手段がキャビティの開口部を塞ぐようになるま
で、処理すべきキャビティの幾何形状に従い個別に移動
することができる。
ムを支持するための支持手段と、環状空洞を規則的に回
転させるための前記支持手段の駆動手段とを含む。
球をタンクに排出する手段を備える。
単な手段により、必要であれば処理中に、あるいは処理
の後、一定量の球を排出することができる。
スリーブをほぼ水平に移動するための手段を含む。
し、ソノトロードおよびスリーブを当該空洞に対向する
位置に位置決めするように移動させることにより、ロー
タリム上に一様に配設され同じ断面を有する複数の環状
空洞を処理することができる。
な例として示し添付の図面を参照して行う以下の説明を
読むことにより明らかになろう。
成され、前記ロータリム1の種々の直径に分布する、3
つの環状空洞2を含むロータリム1を示す図である。こ
れらの環状空洞2は、ほぼあり継ぎの形状であり、ほぼ
環状の口2Aを有する。
の形状の脚4を取り付けることができるように、前記空
洞2は、図3で見えるような羽根挿入開口部5を有す
る。
口部5内に取り付けられる。単数または複数の羽根固定
装置(図示せず)により、羽根6を固定することができ
る。
の支承が、2つの接触線2Bとなることを示す図であ
る。
に2つの接触線2Bの部位に、圧縮プレストレスを与え
るための方法および装置を提供し、よって、羽根の脚4
と空洞2の隔壁との間の摩擦により生じるこれら接触線
2Bの耐磨耗強度を増加させ、その結果、ロータリム1
の耐疲労強度を増加させることである。
る装置で、単一の音響アセンブリが使用される装置の例
を示す図であり、ロータリム1の下方に位置決めされる
前記音響アセンブリは、垂直方向および水平方向に移動
することができる。
平に配置されたその回転軸1Aを中心として回転駆動す
ることができる、チャック7により維持される。
に設置されるソノトロード8は、ロータリム1の下に可
動取り付けされる。振動表面8Aの上方には、一定量の
球が設置される。ソノトロード8とスリーブ16とを含
む音響アセンブリは、ソノトロード8の振動表面8A
が、処理すべき空洞2と対向するようになるまで、水平
方向に移動される。
置に設置するように、ロータリム1をその軸1Aを中心
として回転させる。
を、垂直方向にショットピーニング高位置側に移動さ
せ、スリーブ16に形成された閉鎖フランジ14Aおよ
び14Bが、閉鎖可動エンクロージャ12を形成するよ
うに空洞2に設置されるよう、振動表面8Aを、空洞の
たとえば第1端5Aの近傍に移動させるためにロータリ
ムを回転させる。
すように、隔壁の部分2’Cと、口部分2Aを塞ぐ振動
表面8Aと、閉鎖フランジ14Aおよび14Bと、スリ
ーブ16とによって規定される。
間の距離L1は、挿入開口部5の周囲の長さL2にほぼ
等しい。
れ、好ましくは1mmに等しい球10は、エンクロージ
ャ12内のソノトロード8の、上方に向けられた振動表
面8Aにより噴射される。
霧を生成するよう、振動表面8Aが、たとえばクォーツ
方式の振動発生装置18により励起されることを示す図
である。閉鎖フランジ14Aおよび14Bによって支承
されるそらせ板15は、空洞の底部のショットピーニン
グの効果を軽減し、口21の内部側面のショットピーニ
ングを増加させるために、球10の霧内に置くことがで
きる。前記そらせ板15は、隔壁の部分2’Cおよび空
洞の底部にほぼ平行な側面を有する三角形である。
けられた間隙e1は、球10の直径よりも小さいため、
球10は、振動表面8Aと前記スリーブ16との間を通
過することができない。
び14Bは、空洞2の軸方向断面とほぼ相補形の軸方向
断面を有し、その結果、ショットピーニング高位置にお
いては、各閉鎖フランジ14Aおよび14Bと、ショッ
トピーニングすべき隔壁の部分2’Cとの間に設けられ
た間隙e2は、球10の直径よりも小さい。したがって
球10は、エンクロージャ12から抜け出すことができ
ない。
グ高位置で口2Aを塞ぐ時には、ソノトロード8の振動
表面8Aと口2Aとの間に設けられた第3の間隙e3
は、球10の直径よりも小さく、その結果、球10はエ
ンクロージャ12の外に出ることができない。振動表面
8Aが口を塞がない場合には、スリーブ16の端部16
Aと口2Aとの間にできる第4の間隙e4により、エン
クロージャ12の密閉性が確保される。
で前記ソノトロード8を滑動させることにより、ソノト
ロード8の垂直移動が可能である。ベッド24に支承さ
れる第2滑り手段22では、ソノトロード8およびスリ
ーブ16を同時に垂直移動させることが可能である。制
御手段(図示せず)により、前記第1滑り手段20およ
び前記第2滑り手段22を制御することができる。たと
えばレールなどの手段(図示せず)により、ソノトロー
ド8およびスリーブ16を含む音響アセンブリを水平方
向に移動させることができ、その結果、処理すべき空洞
と対向する位置に位置決めされる。
2滑り手段22あるいはベッド24により支承すること
ができるが、その場合、ソノトロード8およびスリーブ
16を一緒にショットピーニング高位置側に上げるため
に、2つの滑り手段20および22の制御は同期させな
ければならない。
ソノトロード8がスリーブ16内の中間位置に設置され
るが、この位置は、スリーブ16と振動表面8Aとによ
って規定される空間が、図6に示すような、振動表面8
A上に配設される一定量の球10を含むことが可能な容
器26を構成する位置である。
リム1を固定した後、処理すべき第1空洞2の近傍ま
で、ソノトロード8およびスリーブ16を移動させ、駆
動手段(図示せず)を用いてロータリム1をその回転軸
1Aを中心として回転させることにより、前記第1空洞
2の挿入開口部5をソノトロード8に対向するようにす
る。駆動手段は、たとえばモータを含む。
を閉鎖フランジ14Aおよび14Bならびに振動表面8
Aを同時に移動させることにより、ソノトロード8およ
びスリーブ16を、ショットピーニング高位置側に移動
させ、次に、2つのフランジ14Aおよび14Bが、た
とえば端部5A内に入るまでロータリム1を回転させ
る。その後は、密閉可動エンクロージャ12内に球10
の霧を発生する振動発生装置18を作動させることによ
り、第1空洞2の隔壁の部分2’Cのショットピーニン
グを行い、隔壁2C全体をショットピーニングするよう
に、ロータリム1をその回転軸1Aを中心として規則的
に回転させる。
の近傍に到達した時、ロータリム1の回転方向を反転さ
せ、口2Aの他方の端部5Aまで、隔壁の部分2’Cの
ショットピーニングを継続する。あらためて端部5Bに
到達するまで、本工程を再度繰り返す。もちろん、本方
法は、前述のように3回以上のショットピーニングを含
むことができる。
たらすぐ、閉鎖フランジ14Aおよび14Bが羽根挿入
開口部5内に設置されるように、ロータリム1を回転さ
せ、挿入開口部5からソノトロード8および閉鎖フラン
ジ14Aおよび14Bを取り出し、ソノトロード8、お
よび第2空洞2と対向するスリーブを備える音響アセン
ブリを水平に移動させ、前述の方法により処理を再度開
始し、その後は、ロータリム1上に形成された軸方向空
洞2全体の処理が終了するまで同様である。
ソノトロード8が引き出される。低位置では、一定量の
球10の取り出しを行う。球10は、スリーブ16内に
形成された穴30を通してエアスプレーガン28を使用
して表面8Aから噴射され、タンク32内に回収され
る。次に前記球10は、その後の処理を行うために再生
または交換される。
内に配設されたファン羽根の前面図である。
される装置の図である。
ング高位置に設置される、ロータリムの回転軸に対し直
角な中間面による装置の断面図である。
図である。
である。
Claims (14)
- 【請求項1】 ほぼあり継ぎの形状で、ロータリム
(1)の外周に形成された、少なくとも1つの環状空洞
(2)の隔壁(2C)にショットピーニングにより、表
面処理および圧縮プレストレスを与える方法であって、
前記環状空洞(2)が、環状側面口(2A)により外部
に開口し、少なくとも1つの羽根挿入開口部(5)にそ
れぞれ開口する少なくとも2つの空洞の端部(5A、5
B)を有し、 a)振動表面(8A)を取り囲み、空洞(2)内を滑動
することが可能な対向する閉鎖手段(14A、14B)
を含む、スリーブ(16)内の中間位置に予め配設され
たソノトロード(8)の前記振動表面(8A)に、所与
の直径の一定量の球(10)を設置する段階と、 b)挿入開口部(5)を前記ソノトロード(8)に対向
する位置に設置する段階と、 c)閉鎖手段(14A、14B)が、前記開口部(5)
に開口する空洞の端部(5A、5B)に対向するショッ
トピーニング位置に、前記ソノトロード(8)および前
記スリーブ(16)を設置するために、前記ソノトロー
ド(8)および前記スリーブ(16)を、前記羽根挿入
開口部(5)側に向けてほぼ垂直方向に一緒に移動させ
る段階と、 d)閉鎖手段(14A、14B)を空洞の第1端部(5
A)内に移動し、球(10)を含む閉鎖可動エンクロー
ジャ(12)を形成するように、ロータリム(1)を、
水平に配設された回転軸(1A)を中心として回転させ
る段階と、 e)超音波振動発生手段(18)により励起されたソノ
トロード(8)を使用して、可動エンクロージャ(1
2)内に球(10)の霧を発生させ、空洞の第2端部に
到達するまでロータリム(1)を回転軸(1A)を中心
として規則的に回転させることにより、隔壁(2C)の
全体の超音波ショットピーニングを行う段階とを含むこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】 ソノトロード(8)およびスリーブ(1
6)を一緒にショットピーニング位置に移動させた後、
振動表面(8a)が空洞(2)の側面口のレベルになる
ように、ソノトロード(8)をほぼ垂直方向に移動させ
ることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 空洞の端部のうちの1つに接近する毎
に、ロータリム(1)の回転方向を反転させながら、隔
壁(2C)についてショットピーニングを少なくとも3
回連続して行うことを特徴とする、請求項1または2に
記載の方法。 - 【請求項4】 エンクロージャ(12)内にそらせ板
(15)を設置することを特徴とする、請求項1から3
のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項5】 第1空洞をショットピーニングした後、
閉鎖手段を羽根挿入開口(5)内に移動するように、ロ
ータ部分(1)を回転軸を中心として回転させ、ソノト
ロード(8)およびスリーブ(16)を低位置側にほぼ
垂直に移動させ、スリーブ(16)およびソノトロード
(8)を備える音響アセンブリを、ソノトロード(8)
に対向する位置に移動された第2環状空洞(2)の挿入
開口部(5)側にほぼ水平に移動させ、前記第2環状空
洞(2)をショットピーニングするために、一定量の球
(10)支持するソノトロード(8)およびスリーブ
(16)を、ショットピーニング高位置に再度位置決め
することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項6】 直径が0.8mmを超える一定量の球
(10)を使用することを特徴とする、請求項1から5
のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項7】 環状空洞(2)の隔壁部分(2’C)に
より画定される可動エンクロージャ(12)内に、所与
の直径の球(10)を噴射することができ、振動表面
(8A)が前記口(2A)の近傍に配設される、ソノト
ロード(8)、およびソノトロード(8)を取り囲み、
前記隔壁部分(2’C)および前記振動表面(8A)と
ともに密閉可動エンクロージャ(12)を形成すること
ができる閉鎖手段(14A、14B)を有するスリーブ
(16)と、 前記ソノトロード(8)を励起することができる超音波
振動発生手段(18)と、 前記ソノトロード(8)をほぼ垂直に移動させるための
第1手段(20)、および前記閉鎖手段(14A、14
B)をほぼ垂直に移動させるための第2手段(22)
と、 前記ソノトロード(8)と前記スリーブ(16)との間
に設けられた、球(10)の直径より小さい第1間隙
(e1)と、 前記環状空洞(2)に配設された前記閉鎖手段(14
A、14B)と前記環状空洞(2)との間に設けられ
た、球(10)の直径より小さい第2間隙(e2)とを
含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項
に記載の方法を実施するための装置。 - 【請求項8】 前記口(2A)に配設された前記振動表
面(8A)と前記口(2A)との間に設けられた、球
(10)の直径より小さい第3の間隙(e3)を含むこ
とを特徴とする、請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 スリーブ(16)の端部(16A)と口
(2A)との間に設けられた、球(10)の直径より小
さい第4の間隙(e4)を含むことを特徴とする、請求
項7または8に記載の装置。 - 【請求項10】 第2移動手段(22)が、閉鎖手段
(14A、14B)とソノトロード(8)と一緒に移動
することができることを特徴とする、請求項7から9の
いずれか一項に記載の装置。 - 【請求項11】 第1移動手段(20)および第2移動
手段(22)が、同時に制御されることが可能であるこ
とを特徴とする、請求項7から10のいずれか一項に記
載の装置。 - 【請求項12】 処理すべきロータリム(1)を支持す
るための支持手段と、環状空洞(2)を規則的に回転さ
せるための前記支持手段の駆動手段とを含むことを特徴
とする、請求項7から11のいずれか一項に記載の装
置。 - 【請求項13】 振動表面(8A)の一定量の球(1
0)をタンク(32)に排出する手段(28)を備える
ことを特徴とする、請求項7から12のいずれか一項に
記載の装置。 - 【請求項14】 ソノトロード(8)およびスリーブ
(16)をほぼ水平に移動するための手段を含むことを
特徴とする、請求項7から13のいずれか一項に記載の
装置。
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