(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面（２２）及び外側コーナ部（２８）で前記第１表面（２２）と交差する第２表面（２６）を有する金属構成部品（２０）と前記構成部品（２０）の前記コーナ部（２８）に配置されたコーナマスク（１０）とを有する組み合わせであって、
前記マスク（１０）はピーニング加工による損傷に抵抗性の材料で作られ、前記マスク（１０）は前記コーナ部（２８）をピーニング加工中の損傷から守るために前記コーナ部（２８）を覆うような寸法と形状に作られ、また前記マスク（１０）は、前記マスク（１０）が前記構成部品（２０）の前記コーナ部（２８）に配置されるときに、前記第１表面（２２）の少なくとも１部分及び前記第２表面（２６）の少なくとも１部分がピーニング加工されることが可能になるような寸法と形状に作られる
ことを特徴とする組合せ。
【請求項２】
前記マスク（１０）は、前記コーナ部（２８）をピーニング加工することができるように構成部品（２０）のコーナ部（２８）から取外しできることを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項３】
前記第１表面（２２）は、前記構成部品(２０)中に開口（２４）を画定することを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項４】
前記コーナ部（２８）はコーナ部処理を含み、前記マスク（１０）は前記コーナ部処理をピーニング加工中の損傷から守るためにコーナ部処理を覆うような寸法と形状に作られることを特徴とする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項５】
前記マスク（１０）が、
ピーニング加工中に前記コーナ部（２８）を覆うために前記コーナ部（２８）に隣接する、前記開口（２４）に挿入するのに適した寸法と形状に作られたプラグ（１２）と、
ピーニング加工中に前記コーナ部（２８）を覆いそれによって前記コーナ部（２８）がピーニング加工されるのを防止するために前記開口（２４）の少なくとも１部分を取囲むような寸法と形状に作られた、前記プラグ（１２）の少なくとも１部分を取囲むリム（１４）と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項６】
前記プラグ（１２）は、前記第１表面（２２）と摩擦係合するような寸法に作られることを特徴とする請求項５に記載のマスク（１０）。
【請求項７】
前記プラグ（１２）は、前記構成部品（２０）のコーナ部（２８）のコーナ部処理を覆うように選定された長さを有することを特徴とする請求項５に記載のマスク（１０）。
【請求項８】
前記プラグ（１２）は長さ（４０）を有し、前記リム（１４）は前記長さ（４０）に概して等しい幅（４２）を有することを特徴とする請求項５に記載のマスク（１０）。
【請求項９】
金属構成部品（２０）中に開口（２４）を画定する第１表面（２２）及びコーナ部（２８）で前記構成部品（２０）の前記第１表面（２２）と交差する第２表面（２６）を有する金属構成部品（２０）をピーニング加工する方法であって、
前記構成部品（２０）の前記コーナ部（２８）を覆ってマスク（１０）を配置する段階と、
前記マスキングされた構成部品（２０）の前記第１表面（２２）を第１の強度でピーニング加工する段階と、
前記マスキングされた構成部品（２０）の前記第２表面（２６）を第２の強度でピーニング加工する段階と、
前記構成部品（２０）の前記コーナ部（２８）から前記マスク（１０）を取外す段階と、
前記構成部品（２０）の前記コーナ部（２８）を前記第１の強度及び前記第２の強度よりも小さい第３の強度でピーニング加工する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記第２の強度は、前記第１の強度に実質的に等しいことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３の強度は、ピーニング加工からの損傷が生じるしきい値より小さいことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して構成部品をピーニング加工するための方法及び装置に関し、より具体的には、ピーニング加工中に構成部品のコーナ部への損傷を防止する方法及び装置に関する。
【０００２】
【慣用の技術】
ガスタービンエンジンに用いられるような金属構成部品は、ピーニング加工されて表面圧縮応力を生じている。これらの圧縮応力は、構成部品中の亀裂の発生と成長を抑止する。ピーニング加工が亀裂の発生と成長を抑止するので、ピーニング加工された構成部品は、概してピーニング加工されていない構成部品より長い疲労寿命を有する。しかしながら、高強度のピーニング加工(例えば、約０．００５Ａより大きいアルメン（Ａｌｍｅｎ）強度までのピーニング加工）は、構成部品のコーナ部を損傷し、結果としてより低い疲労寿命になることもある。損傷を受けやすいコーナ部は、構成部品中の穴を取囲むコーナ部を含む。高強度のピーニング加工中にピーニング加工媒体がコーナ部に衝突する力で、コーナ部が傷つけられ、カールさせられ、あるいは折り曲げられるような場合に、損傷は起こる。曲がったコーナ部は、応力を集中させるノッチを形成する。さらに、コーナ部の金属は、曲げられると脆くなる。応力集中および脆性が、構成部品中に亀裂の発生の恐れを増大させまた亀裂の成長の速度を増大させることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
コーナ部がピーニング加工により損傷を受けたかどうかを判断するために、ピーニング加工の後にコーナ部を点検しなければならない。損傷したコーナ部が見つかった場合には、構成部品は、廃棄されるか又は損傷した部位を除去するために再加工される。しかしながら、コーナ部は、ピーニング加工損傷の有無を通常は点検されないので、ピーニング加工損傷は、ピーニング加工工程を制御することにより管理される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のいくつかの特徴の中でも注目されるのは、ピーニング加工中に金属構成部品のコーナ部をマスキングするためのマスクを設けることである。構成部品は、構成部品中に開口を画定する第１表面及びコーナ部で構成部品の第１表面と交差する第２表面を有する。マスクは、ピーニング加工中にコーナ部を覆うためにコーナ部に隣接する、開口に挿入するのに適した寸法と形状に作られたプラグを含む。さらに、マスクは、ピーニング加工中にコーナ部を覆いそれによってコーナ部がピーニング加工されるのを防止するために開口の少なくとも１部分を取囲むような寸法と形状に作られた、プラグの少なくとも１部分を取囲むリムを含む。
【０００５】
別の１つの態様で、本発明は、第１表面及び外側コーナ部で第１表面と交差する第２表面を有する金属構成部品と、構成部品のコーナ部に配置されたコーナマスクとを含む組み合わせを含む。マスクは、ピーニング加工による損傷に抵抗性の材料で作られる。マスクは、ピーニング加工中にコーナ部を損傷から守るためにコーナ部を覆うような寸法と形状に作られる。さらに、マスクは、マスクが構成部品のコーナ部に配置されるときに、第１表面の少なくとも１部分及び第２表面の少なくとも１部分をピーニング加工することができるような寸法と形状に作られる。
【０００６】
さらにもう１つ別の形態で、本発明は、金属構成部品をピーニング加工する方法を含む。その方法は、構成部品のコーナ部を覆うようにマスクを配置する段階と、マスキングされた構成部品の第１表面を第１の強度でピーニング加工する段階と、マスキングされた構成部品の第２表面を第２の強度でピーニング加工する段階とを含む。さらに、その方法は、マスクを構成部品のコーナ部から取外す段階と第１の強度及び第２の強度より小さい第３の強度で構成部品のコーナ部をピーニング加工する段階とを含む。
【０００７】
本発明の他の特徴は、一部は明らかであろうし、また一部は後で指摘されるであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
対応する参照符号は、図面のいくつかの図全体を通して対応する部品を示す。
【０００９】
さて図面を、それも特に図１を参照すれば、本発明のマスクは、全体が参照番号１０で表わされる。マスク１０は、プラグ１２及びプラグの少なくとも１部分を取囲むリム１４を通常含む。マスク１０は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく他の材料で作ることができるが、好ましい実施形態のマスク１０は、ナイロン、ゴム又はポリエチレンのようなピーニング加工による損傷に抵抗性の材料から成形される。また材料は、マスク１０がそれと共に用いられる全体として２０（図２）で表わされる構成部品に擦り傷をつけない程度に柔らかいことも好ましい。
【００１０】
マスク１０は、特に、ピーニング加工中に特定の金属構成部品の特定のコーナ部をマスキングするようになっている。例えば、特定の構成部品２０は、ガスタービンエンジンの高圧タービンディスクとすることができる。ディスク２０は、構成部品中に全体を２４で示した開口を画定する第１表面２２を有する。さらに、構成部品２０は、コーナ部２８で構成部品の第１表面２２と交差する第２表面２６を有する。構成部品２０の第２表面２６は、全体的に環状でディスクの中心線３０の周りに延在する。また、構成部品２０は、ダブテールスロット３２のような他の慣用の形状を含む可能性がある。コーナ部２８には、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、丸い端縁又は角ばった端縁のような他のコーナ部処理を施すことができるが、１つの好ましい実施形態のコーナ部は、公称０．０２０インチの面取りを含む。
【００１１】
さらに図２に示すように、プラグ１２は、ピーニング加工中にコーナ部を覆うためにコーナ部２８に隣接する開口２４に挿入するのに適した寸法と形状に作られる。例えば、開口２４が約０．３００インチの直径を有する円筒形の穴である場合には、プラグ１２は、構成部品１０中の開口に摩擦係合するようにそれより僅かに大きい直径を有する円筒形の外面を含み、締り嵌めを構成する。締り嵌めは、ピーニング加工媒体がプラグ１２及び開口２４を画定する表面２２の間を移動するのを防止し、また第１表面２２及び第２表面２６それぞれをピーニング加工した後プラグを開口から取外すことが可能になり、コーナ部がより低い強度でピーニング加工されることが可能になる。さらに、プラグ１２は、図２に示すように管状であり、構成部品２０中の開口２４の内部表面２２に出入りできるようにする。プラグ１２は、クランプ（図示せず）により所定の位置に保持することができる。
【００１２】
リム１４は、ピーニング加工中にコーナ部２８を覆いそれによってコーナ部がピーニング加工されるのを防止するために開口２４の少なくとも１部分を取囲むような寸法と形状に作られる。リム１４は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、別の形状とすることができ、１つの好ましい実施形態においてリムは環状である。
【００１３】
好ましくは、プラグ１２及びリム１４は、ピーニング加工中はコーナ部２８及びいかなるコーナ部処理（例えば、面取り）をも覆うように、かつそれぞれ第１表面２２及び第２表面２６の充分な部分を露出したままにして、それらの表面をピーニング加工することが可能になるような寸法と形状に作られる。例えば、プラグが０．０２０インチの面取りを有するコーナ部２８を覆うのに用いられる場合には、プラグ１２は約０．０７５インチの公称長さ４０を有することができ、またリム１４はプラグの長さに概ね等しい公称幅４２を有することができる。さらに、プラグ１２の長さ４０は、マスク１０を開口２４の所定の位置に保持するように選定される。プラグ１２の最小の長さ４０及びリム１４の最小の幅４２は、コーナ部２８及びいかなるコーナ部処理をも覆うのに充分でなければならないが、最大の長さ及び幅は、とりわけ重要というわけではない。最大の長さ４０及び幅４２は、それぞれ第１表面２２及び第２表面２６の大部分の表面区域をピーニング加工するために露出するように、最小にするのが好ましいが、この選択は、製造に好都合なようにマスク１０の寸法に大きな公差を許容しようとする要望によりいくぶん緩められる。
【００１４】
上述のマスク１０を用いるための処理法が、図２から図４までに示される。最初に、マスク１０は、図２に示されるように構成部品２０のコーナ部２８を覆って配置される。マスク１０を所定の位置に置いて、それぞれ第１表面２２及び第２表面２６の露出部分は、従来慣用の強度（例えば、約０．００４Ａ及び約０．００８Ａの間のアルメン強度）までピーニング加工される。図２に示すように、構成部品２０の第２表面２６は、慣用の処理法を用いる全体を５０で示した慣用のショットピーニング加工装置でピーニング加工される。構成部品２０は、第２表面２６がピーニング加工されるとき、ターンテーブル（図示せず）の上に配置することができる。さらに、第２表面２６がピーニング加工されるとき、環状のプレート（図示せず）のような別のマスクを用いて１つあるいはそれ以上の開口２４を覆うことができる。
【００１５】
図３に示すように、構成部品２０の第１表面２２は、全体を５２で示す慣用の偏向ショットピーニング加工装置を用いてピーニング加工されるが、この装置は、ピーニング加工媒体を開口２４に射出するためのノズル５４と媒体を表面２２に向けて指向させるための往復動デフレクタ５６とを含む。１つの好ましい実施形態においては偏向ピーニング加工装置を用いているが、ランスピーニング加工装置（図示せず）のような他の慣用のピーニング加工装置を、本発明の技術範囲から逸脱することなく用いることができるのは当然である。
【００１６】
第１表面２２及び第２表面２６がピーニング加工されると、マスク１０が構成部品２０のコーナ部２８から取外されて、図４に示すようにピーニング加工するためにコーナ部が露出される。コーナ部２８は、コーナ部への損傷を防止するように選定されたより低い強度（例えば、約６Ｎ及び約１２Ｎの間）までピーニング加工される。
【００１７】
上述の方法を用いて、第１表面２２及び第２表面２６の大部分は、構成部品のそれぞれの表面でまたその直下で構成部品中に圧縮残留応力を付与するように選定された最適に望ましい強度までピーニング加工される。コーナ部２８は、コーナ部への損傷を防止するように選定されるより低い強度までピーニング加工される。さらに、このより低い強度のピーニング加工は、構成部品中にいくらかの圧縮残留応力を付与する。従って、欠陥の発生及び拡大が減少する。さらに、ピーニング加工強度は、損傷が生じるしきい値より低くなるように選定されるので、コーナ部を点検し、損傷したコーナ部を有する構成部品を再加工するか又は廃棄することに関連するかなりの時間及び費用が、避けられる。
【００１８】
本発明又は本発明の好ましい実施形態の要素を説明するとき、要素が１つあるいはそれ以上あり、また、列挙された要素以外に追加的な要素があってもよい。
【００１９】
本発明の技術的範囲から逸脱することなく、上述の構造に様々な変更を加えることが可能であり、上記の説明に含まれあるいは添付の図面に示される全ての事項は、例示であって限定する意味ではないと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のマスクの斜視図。
【図２】  構成部品の外部表面がピーニング加工されるときに、構成部品中の穴に取付けられるマスクを有する金属構成部品の部分断面図。
【図３】  穴の内部表面がピーニング加工されるときに、取付けられるマスクを有する構成部品の部分断面図。
【図４】  穴及び構成部品の外部表面の間のコーナ部がピーニング加工されるときに、取外されるマスクを有する構成部品の部分断面図。
【符号の説明】
１０  マスク
１２  プラグ
１４  リム
２０  構成部品
２２  第１表面
２４  開口
２６  第２表面
２８  コーナ部
３０  中心線
３２  ダブテールスロット
４０  長さ
４２  幅
５０  ショットピーニング加工装置
５２  ショットピーニング加工装置
５４  ノズル
５６  デフレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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