JPH11104747A - 部品の表面に圧縮応力を発生する装置と方法 - Google Patents

部品の表面に圧縮応力を発生する装置と方法

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JPH11104747A
JPH11104747A JP10182085A JP18208598A JPH11104747A JP H11104747 A JPH11104747 A JP H11104747A JP 10182085 A JP10182085 A JP 10182085A JP 18208598 A JP18208598 A JP 18208598A JP H11104747 A JPH11104747 A JP H11104747A
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peening
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JP10182085A
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Peter G Bailey
ピーター・グレゴリー・ベイリー
Dewey D Dunkman
デューイ・デュアン・ダンクマン
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General Electric Co
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    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/47—Burnishing
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】異物による損傷又は予想外に大きな使用時の応
力の何れかから発生したひび割れの伝播を防止するため
に深い表面圧縮応力を必要とする工作物上の局部的な区
域の深いピーニングを行う事が出来る装置及び方法を提
供する。 【解決手段】部品の表面の接触区域の位置決めを制御し
て、凹みづけ要素に対する部品の表面の接触区域を位置
決めする。凹みづけ要素を治具に取付けて、接触区域で
凹みを作る。凹みづけ要素が接触区域に接触する時の凹
みづけの力を測定し、測定された力の大きさ並びに所望
の圧縮に応答して制御する。この装置は、従来のピーニ
ングに伴う表面の損傷を伴わずに、深い圧縮応力を発生
する事が出来るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は特に、並外れて深い表面圧縮応
力を必要とするファン及び圧縮機のエーロフォイル並び
に回転部品上にある局部的な区域のピーニングに関す
る。
【０００２】
【発明の背景】ショット・ピーニングは、回転部品、フ
ァン／圧縮機のエーロフォイル及び高い応力を受ける静
止部品に日常的に適用されて、加工による引張り応力を
打消し、表面の介在物に対する保護をし、擦り傷を減ら
し、応力腐蝕ひび割れを防止する圧縮応力発生方法であ
る。一般的にこういう目的には、（０．０１０吋まで
の）比較的浅い圧縮の深さで十分である。こういう深さ
を大きく越える従来のピーニングは、部品の寿命を短く
する表面の損傷を招くことがある。従来より大きな圧縮
深さを達成しようとすると、損傷が大きくなることがあ
る。これは、必要なショット速度が高くなることによ
り、一層深い凹みが発生して、冷間加工が増加し、表面
の延性が失われる結果を招くからである。更にこれは、
巻込み及び折れ目のきっかけとなるひび割れの発生を招
く。一層大きなショットを使うことによって、凹みを一
層浅くすることにより、損傷を減らすことが出来るが、
これはピーニング時間が長くなるため、不経済と考えら
れる場合が多い。ショット寸法を２倍にすると、各々の
凹みは１ショットの打撃を必要とし、寸法を２倍にする
と、ショット１ポンド当たりの粒子の数が１／８に減少
するので、ピーニング時間が８倍に長くなる。
【０００３】（直径１／１０吋までの）大きなショット
を用いる別の方法は重力加速ショット・ピーニング（Ｇ
ＡＳＰ）である。然し、ＧＡＳＰは、深い圧縮層ではな
く、大型エーロフォイルにおけるように、滑らかな表面
仕上げを達成するために主に使われる。非常に深い圧縮
層（約０．０３０吋）を発生し、しかも極めて大きな
「凹み」寸法のために表面の損傷を極く少なくして、そ
うするレーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）が現在開発中で
ある。都合が悪いことに、ＬＳＰは費用がかかり、管理
設備に費用がかかるのに、生産率が低い。ＬＳＰの開発
から、「凹み」のパターンが所望のひび割れくい止め効
果を上げる上で極めて重要であることが判った。
【０００４】そこで、現存のショット・ピーニング方法
のコストが高く、管理費が高く、生産率が低いという欠
点を伴わずに、ＬＳＰの「大きな凹み」の効果が得られ
るようにすることが望ましい。
【０００５】
【発明の要約】この発明は、異物による損傷又は予想外
に大きな使用時の応力の何れかから発生したひび割れの
伝播を防止するために並外れて深い表面圧縮応力を必要
とする工作物上の局部的な区域の精密級の深いピーニン
グを行う事が出来るようにする。この発明は、予定のパ
ターンでボールのような大きなピーニング要素を用いて
部品の表面を押しつけることにより、「大きな凹み」に
よるＬＳＰ効果を機械的に作り出す。この発明は、エー
ロフォイルの縁のような向かい合う面を同時にプレスし
て、歪みを最小限に抑えることが出来るようにもする。
【０００６】この発明の一面では、部品の表面に圧縮応
力を発生する装置が、治具の両端に設けた一対のピーニ
ング要素を用いる。一対のピーニング要素と一直線上に
ある荷重セルが圧縮の力を測定する。位置決め手段が部
品を一対の向かい合うピーニング要素の間に整合させ
る。てこによって、一対のピーニング要素の内の１番目
がこの一対のピーニング要素の２番目に向かって移動す
るようにし、エーロフォイルの両側の縁を締付ける。Ｘ
−Ｙ位置決めテーブルを予定の歩進で動かして、部品の
表面に精密なパターンで凹みを設ける。
【０００７】これから説明する図面には、好ましい実施
例が示されているが、この発明の範囲を逸脱せずに、こ
の実施例に種々の変更を加えることが出来る。この発明
の新規な特徴は特許請求の範囲に具体的に記載してある
が、この発明自体の構成、作用及びその他の目的並びに
利点は、以下図面について説明する所から更に良く理解
されよう。
【０００８】
【発明の詳しい説明】この発明をファン及び圧縮機のエ
ーロフォイル並びに回転部品上にある局部的な区域のピ
ーニングについて説明するが、当業者であれば、この発
明の原理を種々の部品に使えるように容易に適応又は変
更する事が出来る事が理解されよう。図１には、精密級
の深いピーニングを行う集成体１０が示されており、集
成体１０は、例えばファン及び圧縮機のエーロフォイル
１４にある局部的な区域に凹みを付ける又はピーニング
するための機械的な凹みづけ手段１２を有する。機械的
な凹みづけ手段は第１及び第２の凹みづけ要素又はピー
ニング要素１６及び１８で構成される。この発明の好ま
しい実施例では、ピーニング要素１６及び１８は玉軸受
で構成されていて、これらの玉軸受は、部品１４上の接
触区域に凹みを付けるように、治具に夫々取付けられた
金床２２、２４に関連している。当業者であれば明らか
であるが、凹みづけ要素は、方向性を持った応力パター
ンを作るように予定のパターンに配置されたローラ又は
変化する並びに種々の形を含めて、任意の適当な手段で
あって良い。
【０００９】図１の説明を続けると、荷重セル２６がピ
ーニング要素と一直線上に設けられていて、締め付ける
力を測定すると共に、凹みの寸法及び深さの一様性を制
御することが出来るようにしている。てこ２８が、玉軸
受の一方の金床に作用して、プレス運動を行わせる。て
こは、一対のピーニング要素の内の１番目を一対のピー
ニング要素の２番目に向かって移動させ、部品１４の両
側を締付ける。
【００１０】処理しようとするエーロフォイル又はその
他の部品が、可撓性フォルダ３０に取付けられ、このフ
ォルダは、部品の回転が出来るようにする支持体取付け
ブロック３２に関連している。部品は、凹みを付けよう
とする直接の面が、クランプ手段２０のピーニング要素
１６及び１８の間に垂直に挿入されるように回転させ
る。このクランプ手段はＸ−Ｙの向きを持つテーブルに
取付けられ、プレス箇所の精密な位置決めを行う。Ｘ−
Ｙ次元の位置は、オペレータが位置ゲージを読取って、
手作業で部品を位置決めするか、又は数値制御のプログ
ラムされた位置決め装置のような任意の適当な手段によ
って制御することが出来る。この回転により、エーロフ
ォイルの湾曲面を接触箇所で垂直状態に保つことが出来
る。その後、てこ手段２８を使って、叩くのではなく部
品を締付け、所望の凹みづけ効果を生じる。このピーニ
ング方法により、不規則な打撃ではなく、凹みを精密な
パターンで配置することが出来る。
【００１１】締付け過程の制御がこの発明の重要な特徴
である。所望のピーニング効果を達成するのに必要な力
の大きさは、所望の凹みの寸法を所望の圧縮応力の深さ
と相関することにより、実験によって決定する。この力
は、凹みづけボール１６、１８と力発生機構、即ちてこ
２８の間に挿入された荷重セルによって測定する事が出
来る。この力の制御は、オペレータが例えばダイヤルを
見守り、それに応じててこを操作するというように手作
業であっても良いし、あるいは閉ループの数値制御であ
っても良い。
【００１２】この発明の好ましい実施例では、ピーニン
グ要素１６及び１８は従来のボールより大きい。然し、
この発明のピーニング集成体１０は、一層大きなボール
による表面の損傷が小さいという利点を活用しながら
も、従来のピーニングでの一層大きなボールを使った時
の固有の欠点を伴わずに、部品の表面に深い圧縮層を作
ることが出来る。こういう寸法のボールを用いた従来の
ピーニングは、不可能ではないとしても、実用的ではな
い。
【００１３】この発明を１／２吋のボール形凹みづけ要
素の場合について説明したが、当業者には、この他の形
のピーニング要素を使っても、この発明の範囲を逸脱し
ないことは明らかであろう。例えば、多数のボール・セ
グメントをプラテンに取付け、毎回のプレス運動で多数
の凹みを作ることが出来る。更に、例えばエーロフォイ
ルの縁のような部品の両面を同時にプレスして、歪みを
最小限に抑えることが出来る。勿論、タービン又は圧縮
機の回転円板のような一層厚手の部分に対しては、部品
の両側を同時にピーニングする必要はないことがある。
このような場合、この過程は、１個のボール又は整形パ
ターンを用いたプレスで実施する事が出来る。種々の重
なりパターン及び凹みづけ要素の前面の形により、部品
の一方の面又は多数の面の何れに用いた場合でも、従来
のピーニングによる部品に比べて部品の寿命を更に改善
することが出来る。例えば、プラテンに取付けた多数の
ボール・セグメントにより、毎回のプレス運動で多数の
凹みを作ることが出来、卵形、楕円形又は競馬場形のよ
うなその他の形を持つセグメントにより、方向性を持っ
た応力パターンを作ることが出来る。不動の形の代わり
に、ロールを平行運動又は十字運動で動かすことによ
り、パターンを作ることが出来る。
【００１４】この発明は、高強度の従来のショット・ピ
ーニングに伴うような疲労による劣化を招く表面の損傷
の恐れを伴わずに、部品の表面に深い圧縮応力及び残留
応力を発生する方法を提供する。制御された重なりパタ
ーンで、ボール又はその他の形の凹みづけ要素又は輪郭
を付けた縁を持つ平坦な凹みづけ要素で面をへこませる
ことにより、深い圧縮応力が作られる。制御された重な
りパターンは、特定のパターンに配置された多数の凹み
づけ要素の面を持つダイス、１個の又はパターンにした
凹みづけ要素の数値制御による位置決め、又は平行ある
いは十字パターンで走査する輪郭を設けたローラのよう
な種々の適当な手段の内のどれによっても達成する事が
出来る。両側から同時にへこませることにより、部品の
両面に深い圧縮応力を発生することが出来る。
【００１５】この発明の好ましい実施例を図面について
説明したが、この実施例が例示に過ぎないことは当業者
に明らかであろう。当業者には、この発明を逸脱せず
に、種々の変更及び置換が考えられるであろうし、当業
者であれば、この発明の原理を任意の部品、特に異物に
よる損傷又は予想外に高い使用時の応力の何れかから発
生したひび割れの伝播を防止するために並外れて深い表
面圧縮応力を必要とする部品のピーニングを達成するよ
うに、容易に適用し又は変更する事が出来る事が理解さ
れよう。従って、この発明は特許請求の範囲の記載のみ
によって限定されることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による精密級の深いピーニングを行う
集成体の斜視図。
【符号の説明】
１０：ピーニング集成体 １４：ファン及び圧縮機のエーロフォイル １６、１８：凹みづけ要素又はピーニング要素 ２２、２４：金床 ２６：荷重セル ２８：てこ手段 ３２：支持体取付けブロック

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 部品の表面に圧縮応力を発生する装置に
    於て、部品の表面の接触区域の位置ぎめを制御する位置
    ぎめ手段と、部品の表面に接触して、前記接触区域に凹
    みをつけるように据付けられた少なくとも１つの凹みづ
    け要素と、前記少なくとも１つの凹みづけ要素が前記接
    触区域に接触する時の前記少なくとも１つの凹みづけ要
    素の力を測定する測定手段と、前記接触区域における前
    記少なくとも１つの凹みづけ要素の力を制御する制御手
    段とを有する装置。
  2. 【請求項２】 前記位置ぎめ手段がＸ−Ｙテーブルで構
    成される請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも１つの凹みづけ要素が第
    １及び第２の凹みづけ要素で構成されている請求項１記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２の凹みづけ要素が、部
    品の表面の両側に接触するように配置されている請求項
    ３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２の凹みづけ要素が部品
    の表面の両側を同時にピーニングする請求項４記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも１つの凹みづけ要素がボ
    ール形凹みづけ要素で構成されている請求項１記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの凹みづけ要素がロ
    ーラで構成されている請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも１つの凹みづけ要素が予
    定のパターンに配置された多数の形で構成されている請
    求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記測定手段が荷重セルで構成される請
    求項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記制御手段がてこを有する請求項１
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記凹みづけがプレス作用によって行
    われる請求項１記載の装置。
  12. 【請求項１２】 部品の表面に深い圧縮応力を発生する
    方法に於て、部品の表面の接触区域の位置決めを制御
    し、前記部品の表面に接触するように少なくとも１つの
    凹みづけ要素を治具に取付け、押しつける力を利用し
    て、前記少なくとも１つの凹みづけ要素が前記接触区域
    で凹みを作るようにする工程を含む方法。
  13. 【請求項１３】 更に、前記少なくとも１つの凹みづけ
    要素が接触区域に接触する時の押す力を測定する工程を
    含む請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 更に、接触区域における前記少なくと
    も１つの凹みづけ要素の押す力を制御する工程を含む請
    求項１２記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記少なくとも１つの凹みづけ要素が
    湾曲面を有する凹みづけ要素である請求項１２記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記少なくとも１つの凹みづけ要素が
    ローラで構成される請求項１２記載の方法。
JP10182085A 1997-06-30 1998-06-29 部品の表面に圧縮応力を発生する装置と方法 Withdrawn JPH11104747A (ja)

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US08/886167 1997-06-30
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DE (1) DE69815444T2 (ja)

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