(57)【要約】ロータ上のブレード２の超音波による横断方向ショットピーニング方法は、ブレード２を有するホイール３を、ほぼ垂直に配置されたその幾何学軸６のまわりに回転させること、およびブレード２を、ホイールに対して横方向に配置された活性エンクロージャ１２の中で振動表面２０によって作られる微小球の霧の中に通すことからなる。活性表面２０はブレード２の経路の下にある。活性エンクロージャ１２がブレード２の経路の上に第２振動表面を含むことは好ましい。本発明はまた、この方法を実施するための機械にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイール（３）の周囲に径方向に延在する部品（２）を超音波によってショットピーニングする方法であって、ホイール（３）を幾何学軸（６）のまわりに回転させ、前記ホイール（３）に横方向に配置された固定活性エンクロージャ（１２）の中に、該活性エンクロージャ（１２）の下部に配置される第１振動表面（２０）によって微小球の霧（１５）を作り、前記活性エンクロージャは、開口部を含み、該開口部は、ホイール（３）の回転中に部品（２）の出し入れを可能にするように構成され、かつ少なくとも３つの隣接部品を収容するために寸法決めされ、ホイール（３）をほぼ垂直な軸（６）のまわりに回転させること、および第１振動表面（２０）が活性エンクロージャ（１２）における部品の経路の下に配置されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
活性エンクロージャ（１２）が、活性エンクロージャ（１２）における部品（２）の経路の上に第２振動表面（２１）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
振動表面（２０、２１）に向かい合った薄い縁部を有する部品（２）に適用される請求項１または２に記載の方法であって、ショットピーニング中に前記薄い縁部が保護されることを特徴とする方法。
【請求項４】
部品（２）の薄い縁部が、ホイール（３）の回転に連動しているロッド（８ａ、９ａ）によって保護されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
活性エンクロージャ（１２）の中に位置する部品（２）の薄い縁部が、エンクロージャ（１２）に連結されたロッド（３０、３１）によって保護され、ホイール（３）はショットピーニング中にステッピング回転されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ホイールが、ショットピーニング中に少なくとも３回の回転を行うことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法を実施するためのショットピーニング機械であって、
ほぼ垂直の軸（６）を有する回転台（４）であって、該回転台と同軸のショットピーニングすべき部品（２）を径方向に含むホイール（３）を抑止する手段を備えた回転台（４）と、
回転台（４）を軸（６）のまわりに回転させるための手段と、
前記部品（２）をショットピーニングするための少なくとも１つのショットピーニング手段とを含み、
前記ショットピーニング手段は、
前記ホイール（３）に対して横方向に配置され、少なくとも３つの隣り合う部品（２）を収容するように寸法決めされ、ホイール（３）の回転中に部品（２）の入れ出しを可能にするように構成した開口部を備えた活性エンクロージャ（１２）と、
活性エンクロージャ（１２）の底に配置されて前記活性エンクロージャにおける部品（２）の経路の下にあり、前記活性エンクロージャ（１２）の中で微小球（１５）の霧を維持することのできる第１振動表面（２０）と、
活性エンクロージャ（１２）から漏れる微小球（１５）を回収して前記エンクロージャ（１２）に戻すための手段とを含むこと
を特徴とする機械。
【請求項８】
ショットピーニング装置がさらに、活性エンクロージャにおける部品（２）の経路の上に第２振動表面（２１）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の機械。
【請求項９】
振動表面（２０、２１）と向かい合って位置する部品（２）の縁部を保護するための保護手段をさらに含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の機械。
【請求項１０】
前記保護手段がホイール（３）に連結された径方向ロッド束（８ａ、８ｂ）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の機械。
【請求項１１】
前記保護手段が活性エンクロージャ（１２）に連結された棒（３０、３１）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の機械。
【請求項１２】
前記保護手段が、回転台（４）の軸（６）にほぼ直角の方向に移動可能であることを特徴とする、請求項７から１１のいずれか一項に記載の機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ロータ上のターボ機械ブレード翼などの、ホイールの周囲に径方向に延在する部品の超音波によるショットピーニング（ｇｒｅｎａｉｌｌａｇｅ）方法に関する。本発明はまた、この方法を実施するためのショットピーニング機械にも関する。
【０００２】
ホイールという用語によって、幾何学軸に応じた全体的回転形状を有し、その軸のまわりに回転され得る対象物であると理解される。
【０００３】
機械部品の疲労に対する耐性を改善するためには、微小球の放射によって表面をショットピーニングすることが知られている。この技術は、部品の表面の僅かな厚さに対して永続的圧縮を加えるために、航空機産業においてよく使用されている。この圧縮付与は、部品表面におけるきれつの出現または進行を妨げ、これは疲労に対する耐性を改善する。この技術は、部品表面に対して、この表面の垂線に対して僅かな入射角を伴って、十分な運動エネルギーをもって微小球を放射することからなる。
【０００４】
入射角は、衝撃が、球の十分なエネルギーを被衝撃表面に伝えることができるように、表面の垂線に対して４５°以下であることが好ましい。部品をショットピーニングにさらすと、最適状態を通り過ぎる。不十分なショットピーニングは、所定の耐性をもたらさないが、補足的なショットピーニングをさらに実施することができる。反対に、過剰なショットピーニングは、部品の不可逆の劣化を引き起こす。
【０００５】
ショットピーニング技術は特に、ターボ機械のロータのブレード翼表面を圧縮するために適用される。薄い壁を有するブレードの場合には、薄いゾーンにおける曲率の変化による変形を防ぐために、翼の両面を同時にショットピーニングする必要がある。
【０００６】
従来、厚壁の表面のショットピーニングは、圧縮ガスと微小球とが同時に供給されるノズルによって微小球を放射して実施される。ターボ機械のブレード翼のショットピーニングは、各々が翼の片面をショットピーニングする２つのノズルによって実施される。このショットピーニングの方法は、それ自体２つの不都合を示す。すなわち、
ショットピーニングのパラメータは安定せず、最適状態に近いショットピーニングを探すときには、ショットピーニング機械を頻繁に制御および調整しなければならない。
【０００７】
表面の状態が劣化し、これは部品の寿命に害となる。
【０００８】
この方法の使用は、部品とショットピーニング用ノズルの操作を可能にするために、十分に大きな室の中で行わなければならない。
【０００９】
ショットピーニングの対象とされる表面が、単一鋳造の翼配列されたホイールの翼で、翼が互いに比較的短い間隔で離れている場合には、ノズルによるショットピーニング方法の使用はさらに一層難しくなる。
【００１０】
本出願人は、１９９９年１１月１８日に提出され、フランス特許第９９１４４８２号に登録されたフランス特許出願に、振動表面によって活性化（ａｃｔｉｖｅ）したエンクロージャの中に維持された微小球の霧（ｂｒｏｕｉｌｌａｒｄ）を用いた、超音波によるショットピーニング方法を提案している。この出願に記載の方法によれば、ホイールは、水平に配置された軸のまわりに回転駆動される。ホイールの下部に位置するブレードは、低速度で活性エンクロージャを横切り、下ブレードの端部の下に配置された振動表面によって維持された霧の微小球によって衝突を受ける。
【００１１】
振動表面によって活性化した微小球は、活性エンクロージャの中に位置するブレードの表面を打ちに来て、ブレード表面上で微小球は跳ね返り、また同時にブレードの間に位置するホイールの周囲隔壁を打ちに来る。運動エネルギーを失った微小球は振動表面の上に再び落ち、振動表面は活性エンクロージャの中に微小球を再び放射する。微小球の一部は活性エンクロージャから出て、隣接する不活性エンクロージャの中に回収され、ここから微小球は重力によって活性エンクロージャの底に向かって戻る。
【００１２】
翼の薄い端部は非常に激しい衝撃を受け、ショットピーニング作業の終りにこれらの端を切り落とさなければならない。
【００１３】
ショットピーニング作業中に、ホイールは多数回の回転をする。最適状態に到達すること、およびショットピーニングの非対称性と部品が薄いときの変形との発生を防ぐこともさらに容易である。
【００１４】
フランス特許第９９１４４８２号に記載の方法は、長さが比較的小さなブレード翼のために特に適合している。
【００１５】
しかし、翼が２枚の続く翼の間隔と比較して長いとき、特に、翼長と翼間隔の比が３以上である場合には、または翼の高さが１００ｍｍ以上で、翼の形状が非常に曲がっているときには、翼間の空間の奥近くに位置する翼の側面は、微小球がすでに多数回も翼に到達するために跳ね返っており、その運動エネルギーの一部を失っているので、あまりショットピーニングされない。したがってショットピーニングはもはや均質ではなく、あらゆる個所で最低のショットピーニングを保証するために、ショットピーニング時間を増やさなければならない。
【００１６】
本発明の目的は、ホイールの周囲に径方向に延在する部品を超音波によってショットピーニングする方法であって、長さがどうであっても部品表面の効果的なショットピーニングを可能にする方法を提案することである。
【００１７】
したがって本発明は、ホイールの周囲に径方向に延在する部品を超音波によってショットピーニングする方法に関し、この方法によれば、ホイールをその幾何学軸のまわりに回転させ、前記ホイールに横方向に配置された固定活性エンクロージャの中に、活性エンクロージャの下部に配置された第１振動表面によって微小球の霧を作り、この活性エンクロージャは、開口部を含み、該開口部は、ホイールの回転中に部品の出し入れを可能にするように構成され、少なくとも３つの隣接部品を収容するために寸法決めされる。
【００１８】
本発明による方法は、ホイールをほぼ垂直に配置されたその軸のまわりに回転させること、および第１振動表面が、活性エンクロージャにおける部品の経路の下に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成は、活性エンクロージャの中を通過する部品の表面ゾーンのすべてに衝撃を与えることを、ホイールの回転軸に対するこれらの距離がどうであっても可能にする。
【００２０】
本発明による方法の有利な特徴によれば、エンクロージャは、活性エンクロージャにおける部品の経路の上に第２振動表面を含む。
【００２１】
この特徴によって、弱い運動エネルギーでエンクロージャの上部に到達して、重力によって再び落下するように提供されている微小球は、この第２振動表面によって再活性化され、部品の表面と活性エンクロージャの隔壁の上で跳ね返ることによって、再びショットピーニングに加わる。
【００２２】
本発明による方法を、ターボ機械ブレード翼の前縁および後縁などの、振動表面に向かい合った薄い縁部を有する部品を適用するとき、本発明の有利な別の特徴によって、ショットピーニング中における前記薄い縁部は保護される。
【００２３】
この保護は、ホイールの回転に連動して、各々が薄い縁部を隠蔽する複数のロッドによって保証できることが好ましい。これらのロッドは、薄い縁部とソノトロードとの間に配置されている。これらのロッドは、薄い縁部に衝撃を与えることができる球のエネルギーを減らす効果がある。これらのロッドは、薄い縁部に接触するか、または薄い縁部から僅かに離れてもよい。
【００２４】
この保護はまた、エンクロージャに連結する固定ロッドによっても保証される。この場合には、活性エンクロージャの中にある部品の縁部が固定ロッドと向かい合って位置するように、ホイールをショットピーニング中にステップごとに回転させる。ショットピーニングをホイールの１ステップの回転中に止めることができる。
【００２５】
したがって、ショットピーニング中に、ソノトロードから直接に来る球の高エネルギー衝撃から薄い延部を保護するために、ロッドは、ブレードの薄い縁部とソノトロードとの間に置かれる。
【００２６】
本発明はまた、上記の方法を実行するためのショットピーニング機械にも関する。
【００２７】
この機械は、
ほぼ垂直の軸を有する回転台であって、該回転台と同軸のショットピーニングすべき部品を径方向に含むホイールを抑止する手段を備えた回転台と、
回転台をその軸のまわりに回転させるための手段と、前記部品をショットピーニングするための少なくとも１つのショットピーニング手段とを含み、
前記ショットピーニング手段は、
前記ホイールに対して横方向に配置され、少なくとも３つの隣り合う部品を収容するように寸法決めされ、ゾーンの回転中に部品の入れ出しを可能にするように構成された開口部を有する活性エンクロージャと、
活性エンクロージャの底に配置され、前記活性エンクロージャにおける部品の経路の下にあり、前記活性エンクロージャの中で微小球の霧を維持することのできる第１振動表面と、
活性エンクロージャから漏れる微小球を回収して前記エンクロージャに戻すための手段と
を含むことを特徴とする。
【００２８】
ショットピーニング装置がさらに、活性エンクロージャの中で部品の経路の上に配置された第２振動表面を含むことは有利である。
【００２９】
この機械はまた、振動表面と向かい合って位置する部品の縁部を保護するための手段を含むことができる。
【００３０】
本発明の他の利点および特徴は、例示として添付の図面を参照して行う以下の説明を読むことによって明らかになろう。
【００３１】
図面では、翼２のショットピーニング機械を参照符号１で示し、翼２は、ターボ機械軸ｘのホイール３の周囲に径方向に延在する。ホイール３を、例えば単一鋳造の翼配列された円板、または可動ブレードを備えたターボ機械のホイールにすることもできる。翼２はまた、ショットピーニングすべき表面を有する部品であって、ショットピーニングすべき部品を支持するのに役立つ、ホイール３の周囲に角度において離間して径方向にかつ規則的に保持するための手段を含む。
【００３２】
ショットピーニング機械１は主として、ほぼ垂直の軸６を有するシャフト５によって支えられた回転台４を含む。シャフト５を、図示されていない回転駆動手段、例えば電動機によって、その軸６のまわりに回転駆動することができる。ホイール３は、接続部品７によって回転台４の上に固定されており、接続部品７の軸ｘが回転台４の軸６と一体をなすように、回転台４の中に作られた軸６を有する雌ねじを切られた中ぐり７ａと協働する。
【００３３】
図２、３に示すように、第１環状フランジ８が、回転台４とホイール３との間に介在し、第２環状フランジ９がホイールと接続部品７との間に介在している。
【００３４】
これらの環状フランジ８、９は、これらの周囲に、軸ｘのまわりに規則的に離隔している、ホイール３の翼２の個数と同じ数のそれぞれ径方向のロッド８ａ、９ａを含む。各ロッド８ａ、９ａは、翼２の後縁と前縁の形状を保護する。下部環状フランジ８は、径方向ロッド８ａの束が、翼２の下縁を覆うようにホイール３の下に位置付けられる。同じく、上部環状フランジ９は、ロッド９ａの束が翼２の上縁を覆うようにホイール３に対してある角度で位置付けられる。回転台４が軸６のまわりに回転するときには、ホイール３と環状フランジ８、９は、軸６のまわりに回転する。
【００３５】
回転台４の直径は、ホイール３に応じて、および翼２が前記回転台の周囲の外側に径方向に突き出るように選ばれる。
【００３６】
図１〜３に、機械１がさらに、シャフト５の支持フレームに連結するほぼ水平の固定ガイドレール１０を含み、その軸はシャフト５の軸６に直角であることが示されている。
【００３７】
このガイドレール１０の上に、厳密な意味でのショットピーニング装置１１が滑動するように載っている。ホイール３を回転台４の上に取り付けるとき、またはその取外しのときには、ショットピーニング装置１１は回転台４から外される。
【００３８】
このショットピーニング装置１１は、主として、２つの側方エンクロージャ、すなわち非活性エンクロージャ１３、１４の間に置かれた中央エンクロージャすなわち活性エンクロージャ１２を含み、非活性エンクロージャいは、本明細書に後で説明するように、場合によっては中央エンクロージャから漏れる微小球１５を回収して、中央エンクロージャ１２に戻すことを目的する。
【００３９】
これらのエンクロージャ１２、１３、１４は、その内径が、ホイール３が軸６のまわりを回っている間に翼２の先端が走る経路の直径とほぼ同じか僅かに大きい扇形状の堅固な外部周囲隔壁１６と、外部周囲隔壁１６と回転台４の周囲との間に延在する洗面器形状の下隔壁１７と、周囲隔壁１６と上部フランジ９の周囲との間に延在する逆洗面器形状またはドーム形状の上隔壁１８とによって、共に境界が定められている。
【００４０】
下隔壁１７は、ホイール３が回っている間に翼２の先端が走る経路の下に配置され、上隔壁１８はこの経路の上に位置する。下振動表面２０が、下隔壁１７によって形成された洗面器形状の底に配置され、第２の上振動表面２１が、上隔壁１８によって形成されたドーム形状の上部に配置されている。
【００４１】
垂直および径方向仕切り壁は、開口部を備え、開口部の輪郭は、ホイール３の回転中にロッド８ａ、９ａによって生じる環状表面に従って合わせられており、前記垂直および径方向仕切り壁は、隔壁１７、１８を周囲隔壁１６に連結する。翼２の経路の上と下の全部で４つの仕切り壁は特に、非活性エンクロージャ１３、１４を周囲に画定する末端横仕切り壁２１ａ、２１ｂと、活性エンクロージャ１２を非活性横エンクロージャ１３、１４から分ける中間仕切り壁２２ａ、２２ｂとを含む。下中間仕切り壁２２ａ、２２ｂは、下隔壁１７の近くに開口部または隙間２３を備え、この開口部は、非活性横エンクロージャ１３、１４の中に入りこむ微小球１５が、重力によって下振動表面２０に戻ることを可能にする。
【００４２】
したがって活性エンクロージャ１２は、仕切り壁２２ａ、２２ｂによって周囲に境界を定められ、図５に見ることができるように、振動表面２０、２１の間に配置されている。
【００４３】
この活性エンクロージャ１２の周囲の広がりは、この活性エンクロージャ１２の中に少なくとも３つの翼２は収容できるものである。
【００４４】
ある一定量の微小球１５が、活性エンクロージャ１２の中に置かれている。ソノトロードの振動表面２０、２１が活性化されると、下振動表面２０の上に置かれた微小球１５は高く放射され、翼２の表面を打ちに来て、これらの表面上で跳ね返り、その経路をランダムに追随する。これらの微小球１５のいくらかは上振動表面２１の到達し、上振動表面は、微小球に新たな運動エネルギーを供給する。これらの球１５は、降下中にブレード２の隔壁を新たに打つ。いくらかの微小球１５は中間仕切り壁２２ａ、２２ｂを打ちに来て、これらの仕切り壁の上で微小球が跳ね返ることは当然である。これらの微小球１５は、活性エンクロージャ１２の中に留まり、その運動エネルギーを失うと振動表面２０の上に再び落下する。
【００４５】
上と下の中間仕切り壁２２ａ、２２ｂの間に設けられた開口部を通過する翼２の変位のせいで、いくらかの微小球１５は、仕切り壁２２ａ、２２ｂの輪郭を最も近いロッド８ａ、９ｂから分離する空間を通じて横エンクロージャ１３、１４の中に入りこむ。これらの微小球１５は、横エンクロージャ１３、１４の中で運動エネルギーを急速に失い、傾斜している下隔壁１７の上に落下し、下中間仕切り壁２２ａ、２２ｂの最下部に準備された隙間２３を通じて下振動表面２０の上に戻る。
【００４６】
ホイール３の１回転中に、翼２は、活性チャンバ１２の中を通過する間に微小球１５によって衝撃を受ける。
【００４７】
有利に、この通過時間は明確に、最適結果を得るために必要なショットピーニングの全時間よりも短く、したがって、最適結果を得るために行うべき回転の回数が計算される。この回転の回数は、少なくとも３回転である。これによって、処理中における翼の２つの面間での一時的なショットピーニングの偏差をきたす、翼の変形を少なくすることができる。事実上、翼がエンクロージャの中に入ると、回転方向に向けられた翼の面は、その反対面よりも強いショットピーニングを受けるが、それは、この面はソノトロードから直接来る球の高エネルギー衝撃をより多く受けるからである。したがって、前方に向いた面の圧縮プレストレス付与は、反対面のそれよりも大きく、これは翼の後面に向かう部分的塑性変形を引き起こす。翼がショットピーニングエンクロージャを出ようとするときは、発生するのは逆の現象であるが、それでも翼の残留変形は残る。
【００４８】
ただ１回転ではなくＮ回転でショットピーニングを実施するときは、翼の２つの面間でのショットピーニングの一時的偏差はＮで割られ、これは、翼に起因する変形をほぼＮで割ることである。回転の回数Ｎは重要ではない。本出願人は、３〜５回が有意な結果を得るために容認できると考える。
【００４９】
ショットピーニングの全時間を減らすために、上記と同じもので軸６のまわりに配された、複数のショットピーニング装置１１を有する機械１を装備できることが注目される。
【００５０】
図７は、翼２の前縁と後縁を保護するシステムの一変形実施形態を示す。この変形形態では、環状フランジ８、９は、径方向ロッド束８ａ、９ａを含まない。ショットピーニング装置１１に対して固定されている保護ロッド３０、３１は、活性エンクロージャ１２の中に取り付けられている。ロッド３０、３１の数は、活性エンクロージャ１２の中に収容できる翼２の数と同じである。
【００５１】
ショットピーニング作業中に、翼２は、翼の前縁と後縁がロッド３０、３１によって保護されるように、ある位置に一定時間だけ停められる。次に、翼は、隣接する２つの翼間の角偏差と同じステップだけ移動される。
【００５２】
本発明の好ましい一実施形態では、ロッド３０、３１は、一方の末端３２、３３によって外隔壁１６に、他方の末端によって共通支持物３４、３５に固定されており、この共通支持物は、ロータ３とそれぞれの内隔壁１７、１８の間で気密継手の役目をするもので、この気密性は、残された隙間が球の直径よりも小さいときに保証される。
【００５３】
ショットピーニングエンクロージャ１２、１３、１４の中へのロータ３の導入を簡単にするために、外隔壁１６を、ほぼロータ３の平面にある接合面３６によって分離される２つの部分１６ａ、１６ｂに分割することは有利となり得る。ロータ３の導入は次の過程に従って行われる。すなわち、
軌線３７に沿って、エンクロージャの上部構成物、すなわち外隔壁１６の上部分１６ａ、ソノトロード２１、および内隔壁１８を取り外し、
軌線３８に沿って、ロータ３を配置し、
ロータの上のエンクロージャを再び閉じてショットピーニングができるように、軌線３７とは逆の軌線３９に沿って、エンクロージャの同じ上部構成物を近寄せる。
【００５４】
このステップ式の移動は、ショットピーニングがこの移動中に継続する場合には、前縁と後縁が移動の際に少ない頻度で衝撃を受けるように高速度で実施される。また、翼２のステップ式移動中にソノトロードを停止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ショットピーニングすべきブレード翼を有するターボ機械の翼配列されたホイールが取り付けられている、本発明によるショットピーニング機械の概略上面図である。
【図２】
図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った垂直断面図である。
【図３】
機械の回転台の上における翼配列されたホイールの固定と、翼の前縁と後縁を保護する格子束の配置を示す図である。
【図４】
線ＩＶ−ＩＶに沿った図１の平面を切る垂直平面によるショットピーニング機械の断面図である。
【図５】
活性エンクロージャおよび活性エンクロージャから出る微小球を回収するエンクロージャとを拡大して示す、図４に類似の図である。
【図６】
エンクロージャを横切ってショットピーニング装置におけるブレード経路のすぐ下に位置する水平平面による、図４の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】
ショットピーニング装置と、翼の前縁および後縁を保護するロッドとを拡大して示し、これらのロッドはエンクロージャの上に取り付け固定されている、図２に類似の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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2004508963.tif 000011
2004508963.tif 000012
2004508963.tif 000013
2004508963.tif 000014
2004508963.tif 000015
2004508963.tif 000016
2004508963.tif 000017
2004508963.tif 000018
2004508963.tif 000019
2004508963.tif 000020
2004508963.tif 000021
2004508963.tif 000022
2004508963.tif 000023
2004508963.tif 000024
2004508963.tif 000025
【国際調査報告】
2004508963.tif 000026
2004508963.tif 000027
2004508963.tif 000028
2004508963.tif 000029