(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ローラバニシングシステム（１０）であって、
ワーク（４０）の表面に押し込み深さ（Ｄ）まで押圧され、送り速度（ｆ）で前記表面上で転動し、背圧（ＢＰ）下で超音波周波数で振動するように構成されたローラ（２６）と、ここで前記ローラ（２６）は駆動モータ（２８）によって駆動される動作ユニットによって押圧および転動され、前記ローラ（２６）の前記振動は、入力電流（Ｉ）が入力される超音波振動ユニット（２２）によって駆動され、
予測残留圧縮応力（Ｓｅ）と前記駆動モータ（２８）のリアルタイム出力（Ｐｒ）とに基づいて、前記押し込み深さ（Ｄ）、前記背圧（ＢＰ）、前記入力電流（Ｉ）および前記送り速度（ｆ）のうち少なくとも１つを調整して、前記予測残留圧縮応力（Ｓｅ）に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力を前記ワーク（４０）に生成するように構成されたコントローラ（３０）と
を備える超音波ローラバニシングシステム（１０）。
【請求項２】
前記コントローラ（３０）が、前記予測残留圧縮応力（Ｓｅ）と前記リアルタイム出力（Ｐｒ）とに基づいて、予測押し込み深さ（Ｄｅ）、予測背圧（ＢＰｅ）、予測入力電流（Ｉｅ）および予測送り速度（ｆｅ）のうち少なくとも１つを計算し、前記押し込み深さ（Ｄ）、前記背圧（ＢＰ）、前記入力電流（Ｉ）および前記送り速度（ｆ）のうち少なくとも１つを調整するように構成される、請求項１に記載の超音波ローラバニシングシステム（１０）。
【請求項３】
前記コントローラ（３０）が、
前記予測残留圧縮応力（Ｓｅ）に基づいて予測出力（Ｐｅ）を計算するように構成された第１の計算機（３１）と、
前記予測出力（Ｐｅ）と前記リアルタイム出力（Ｐｒ）とに基づいて、前記予測押し込み深さ（Ｄｅ）、前記予測背圧（ＢＰｅ）、前記予測入力電流（Ｉｅ）および前記予測送り速度（ｆｅ）のうち少なくとも１つを計算するように構成された第２の計算機（３２）と
を備える、請求項２に記載の超音波ローラバニシングシステム（１０）。
【請求項４】
超音波ローラバニシング法（６０）であって、
ワーク（４０）の表面に押し込み深さ（Ｄ）までローラ（２６）を押圧し、駆動モータ（２８）によって駆動される動作ユニットによって送り速度（ｆ）で前記表面上で転動するように前記ローラ（２６）を駆動することと、
背圧（ＢＰ）下で超音波周波数で前記ローラ（２６）を振動させることと、ここで前記ローラ（２６）の前記振動は、入力電流（Ｉ）が入力される超音波振動ユニット（２２）によって駆動され、
予測残留圧縮応力（Ｓｅ）と前記駆動モータ（２８）のリアルタイム出力（Ｐｒ）とに基づいて、前記押し込み深さ（Ｄ）、前記背圧（ＢＰ）、前記入力電流（Ｉ）および前記送り速度（ｆ）のうち少なくとも１つを調整して、前記予測残留圧縮応力（Ｓｅ）に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力を前記ワーク（４０）に生成することと
を含む超音波ローラバニシング法（６０）。
【請求項５】
前記調整が、
前記予測残留圧縮応力（Ｓｅ）と前記リアルタイム出力（Ｐｒ）とに基づいて、予測押し込み深さ（Ｄｅ）、予測背圧（ＢＰｅ）、予測入力電流（Ｉｅ）および予測送り速度（ｆｅ）のうち少なくとも１つを計算することと、
前記押し込み深さ（Ｄ）、前記背圧（ＢＰ）、前記入力電流（Ｉ）および前記送り速度（ｆ）のうち少なくとも１つを調整することと
を含む、請求項４に記載の超音波ローラバニシング法（６０）。
【請求項６】
前記計算が、
前記予測残留圧縮応力（Ｓｅ）に基づいて予測出力（Ｐｅ）を計算することと、
前記予測出力（Ｐｅ）と前記リアルタイム出力（Ｐｒ）とに基づいて、前記予測押し込み深さ（Ｄｅ）、前記予測背圧（ＢＰｅ）、前記予測入力電流（Ｉｅ）および前記予測送り速度（ｆｅ）のうち少なくとも１つを計算することと
を含む、請求項５に記載の超音波ローラバニシング法（６０）。
【請求項７】
部品の加工方法（７０）であって、
前記部品の残留圧縮応力の予測分布を決定することと、ここで前記予測分布は、前記部品上の少なくとも１つの予測領域の位置情報と、前記予測領域に対応する予測残留圧縮応力（Ｓｅ）とを含み、
ローラ（２６）を備える超音波ローラバニシング装置（２０）を用いて前記予測領域を加工して、前記対応する予測残留圧縮応力（Ｓｅ）に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力を前記予測領域に生成することであって、
前記予測領域の表面に押し込み深さ（Ｄ）まで前記ローラ（２６）を押圧し、駆動モータ（２８）によって駆動される動作ユニットによって送り速度（ｆ）で前記表面上で転動するように前記ローラ（２６）を駆動することと、
背圧（ＢＰ）下で超音波周波数で前記ローラ（２６）を振動させることと、ここで前記ローラ（２６）の前記振動は、入力電流（Ｉ）が入力される超音波振動ユニット（２２）によって駆動され、
前記予測残留圧縮応力（Ｓｅ）と前記駆動モータ（２８）のリアルタイム出力（Ｐｒ）とに基づいて、前記押し込み深さ（Ｄ）、前記背圧（ＢＰ）、前記入力電流（Ｉ）および前記送り速度（ｆ）のうち少なくとも１つを調整することと
を含む、生成することと
を含む、加工方法（７０）。
【請求項８】
前記予測分布が、第１の予測領域（８１）の位置情報および前記第１の予測領域（８１）に対応する第１の予測残留圧縮応力（Ｓ１）と、第２の予測領域（８２）の位置情報および前記第２の予測領域（８２）に対応する第２の予測残留圧縮応力（Ｓ２）とを含み、
前記残留圧縮応力の前記生成が、
前記部品の前記第１の予測領域（８１）を加工して、前記第１の予測残留圧縮応力（Ｓ１）に基づいて事前に決定された第１の予測範囲内にある第１の残留圧縮応力を前記第１の予測領域（８１）に生成することと、
前記部品の前記第２の予測領域（８２）を加工して、前記第２の予測残留圧縮応力（Ｓ２）に基づいて事前に決定された第２の予測範囲内にある第２の残留圧縮応力を前記第２の予測領域（８２）に生成することと
を含む、請求項７に記載の加工方法（７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、超音波ローラバニシングシステムおよび方法に関し、さらに具体的には、部品の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
残留圧縮応力とは、応力の元の原因が取り除かれた後に固体材料に残る圧縮応力を指す。残留圧縮応力は、部品の疲労寿命を効果的に延ばし、腐食疲労を緩和し、応力腐食割れを低減することができる。
【０００３】
従来の方法では、残留圧縮応力は、超音波ローラバニシング法によって部品に誘導することができる。場合によっては、部品の異なる領域ごとに異なる値の残留圧縮応力が必要になる。しかし、従来の超音波ローラバニシング法は、誘導される残留圧縮応力の値を制御することができず、したがって、部品の性能要件を十分に満たすことができない。
【０００４】
したがって、上記の問題を解決するために、新規の超音波ローラバニシングシステムおよび方法、ならびに部品を加工するための新規の方法を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第２５１９３８０Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、超音波ローラバニシングシステムは、ローラとコントローラとを備える。ローラは、ワークの表面に押し込み深さまで押圧され、表面を送り速度で転動し、背圧下で超音波周波数で振動するように構成され、ローラは、駆動モータによって駆動される動作ユニットによって押圧および転動され、ローラの振動は、入力電流が入力される超音波振動ユニットによって駆動される。コントローラは、予測残留圧縮応力と駆動モータのリアルタイム出力とに基づいて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つを調整して、予測残留圧縮応力に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力をワークに生成するように構成される。
【０００７】
別の態様では、超音波ローラバニシング法は、ワークの表面に押し込み深さまでローラを押圧し、駆動モータによって駆動される動作ユニットによって送り速度で表面上で転動するようにローラを駆動することと、背圧下で超音波周波数でローラを振動させることと、ここでローラの振動は、入力電流が入力される超音波振動ユニットによって駆動され、予測残留圧縮応力と駆動モータのリアルタイム出力とに基づいて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つを調整して、予測残留圧縮応力に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力をワークに生成することとを含む。
【０００８】
別の態様では、部品の加工方法は、部品の残留圧縮応力の予測分布を決定することを含み、予測分布は、部品上の少なくとも１つの予測領域の位置情報と、予測領域に対応する予測残留圧縮応力とを含む。該方法は、ローラを備える超音波ローラバニシング装置を用いて予測領域を加工して、対応する予測残留圧縮応力に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力を予測領域に生成することをさらに含む。加工の工程は、予測領域の表面に押し込み深さまでローラを押圧し、駆動モータによって駆動される動作ユニットによって送り速度で表面上で転動するようにローラを駆動することと、背圧下で超音波周波数でローラを振動させることと、ここでローラの振動は、入力電流が入力される超音波振動ユニットによって駆動され、予測残留圧縮応力と駆動モータのリアルタイム出力とに基づいて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つを調整することとを含む。
【０００９】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、さらによく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の例示的な実施形態による超音波ローラバニシングシステムのスケッチ図であり、超音波ローラバニシングシステムはコントローラを備える。
【図２】本開示の例示的な実施形態による図１のコントローラのスケッチ図である。
【図３】本開示の例示的な実施形態による超音波ローラバニシング法を示すフローチャートである。
【図４】本開示の別の例示的な実施形態による超音波ローラバニシング法を示すフローチャートである。
【図５】本開示の例示的な実施形態による、部品の加工方法を示すフローチャートである。
【図６】本開示の例示的な実施形態による、部品の残留圧縮応力分布を示すスケッチ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しているが、実際の実施のすべての特徴を１つ以上の特定の実施形態に記載しているわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施の開発では、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多く下さなければならず、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、そのような開発の努力は、複雑かつ時間を必要とするものであり得るが、それでもなお本開示の恩恵を被る当業者にとって設計、製作および製造の日常的な取り組みにすぎないと考えられることを理解されたい。
【００１２】
特に明記しない限り、本明細書で使用される技術用語および科学用語は、本開示が属する当業者により一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」などの用語は、いかなる順序、量または重要性も意味するものではなく、むしろ１つの要素と別の要素とを区別するために用いられる。また、単数形での記述（「１つの（ａ、ａｎ）」）は、量の限定を意味するものではなく、むしろそこで言及される項目が少なくとも１つ存在することを意味する。「または」という用語は、包括的であって、列挙された項目のうちのいずれか、いくつか、またはすべてを意味する。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」ならびにこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその均等物ならびに追加の項目を含むことを意味する。
【００１３】
本開示の実施形態は、部品の製造および加工に広く適用することができる超音波ローラバニシングシステムに関する。このシステムは、部品の性能を最適化するために、部品の表面層に残留圧縮応力を誘導し、残留圧縮応力の値または垂直分布を制御することができる。
【００１４】
図１は、本開示の例示的な実施形態による超音波ローラバニシングシステム１０のスケッチ図を示す。図１を参照すると、超音波ローラバニシングシステム１０は、ワーク４０を加工するように構成された超音波ローラバニシング装置２０と、超音波ローラバニシング装置２０を制御してワーク４０を加工するように構成されたコントローラ３０とを備える。
【００１５】
超音波ローラバニシング装置２０は、動作ユニットと、シェル２９と、背圧装置２３と、超音波振動ユニット２２と、ローラ２６とを備える。動作ユニットは、駆動モータ２８と、シェル２９を駆動してワーク４０に対して移動させるように構成された複数の動作部品２１１、２１２、２１３とを備える。超音波振動ユニット２２は、超音波発生器２２１と、超音波トランスデューサ２２２と、超音波ホーン２２３とを備える。背圧装置２３、超音波トランスデューサ２２２、超音波ホーン２２３は、シェル２９に収容される。ローラ２６は、超音波ホーン２２３に回転可能に連結され、シェル２９内に部分的に収容される。ローラ２６は、それ自体の軸または中心の周りを回転することができ、球または円柱の形状であってよいが、これらの形状に限定されない。
【００１６】
超音波振動ユニット２２は、入力電流Ｉを受け取り、ローラ２６を駆動して超音波周波数で振動させるように構成される。超音波発生器２２１は、入力電流Ｉを受け取り、超音波周波数で振動電流を出力するように構成される。以下で言及される超音波周波数とは、例えば約２０〜約３０キロヘルツの範囲の２０キロヘルツよりも高い周波数を指す。超音波トランスデューサ２２２は、超音波発生器２２１と連結され、振動電流を超音波周波数の機械的振動に変換するように構成される。超音波トランスデューサ２２２は、磁歪トランスデューサ、圧電セラミックトランスデューサまたはそれらの組合せを含み得る。超音波ホーン２２３は、超音波トランスデューサ２２２と連結され、機械的振動の振幅を増幅するように構成される。ローラ２６は、超音波ホーン２２３がローラ２６を直接駆動して超音波周波数で振動させるように構成されるように、超音波ホーン２２３と連結される。ローラは、入力電流Ｉの値に対応する振動強度を有する。いくつかの実施形態では、ローラは、例えば、約１０ミクロン〜約５０ミクロンの範囲、または約１０ミクロン〜１２ミクロンの範囲の１００ミクロン未満の振動振幅を有する。いくつかの実施形態では、ローラは、ワーク４０の表面に垂直な方向に振動する。
【００１７】
背圧装置２３は、ローラ２６に背圧ＢＰを加えるように構成され、したがって、ローラはこの圧力をワーク４０に伝達する。背圧ＢＰはまた、ローラ２６の振動に対する抵抗を増加させ、それにより振動の安定性を増加させるように構成される。背圧装置２３は、空気圧装置、油圧装置、ばね、またはそれらの組合せを備えてもよい。いくつかの実施形態では、背圧装置２３は、その中のガスを圧縮することによって背圧を生成する空気圧装置を備える。背圧装置２３は、ガスの圧力を調整し、それによりローラ２６に加えられる背圧の値を調整するための比例弁をさらに備えてもよい。
【００１８】
駆動モータによって駆動される動作ユニットは、シェル２９およびローラ２６をワーク４０に対して移動させるように構成される。例えば、動作ユニットは、ワークの表面に垂直な方向にローラ２６を移動させるように構成される。したがって、動作ユニットは、ワークの表面に押し込み深さＤまでローラ２６を押し付けるように構成され、押し込み深さＤは、コントローラ３０からのコマンドまたは指示に従って調整することができる。動作ユニットはまた、送り速度でワーク４０の表面上を転動するようにローラ２６を駆動するように構成される。したがって、ローラ２６は、送り速度で表面上を転動しながら、ワークの表面に押圧され得る。
【００１９】
超音波ローラバニシング装置が作動すると、ローラが表面に押圧され、表面上を転動し、同時に振動して、ワークの表面を研磨し、ワークに残留圧縮応力を誘導する。駆動モータの出力は、誘導される残留圧縮応力を示すことができ、駆動モータの出力は、押し込み深さＤ、背圧ＢＰ、入力電流Ｉおよび送り速度ｆに依存する。したがって、駆動モータの出力と残留圧縮応力とは、押し込み深さＤ、背圧ＢＰ、入力電流Ｉおよび送り速度ｆのうち少なくとも１つを調整することによって制御することができる。
【００２０】
コントローラ３０は、予測残留圧縮応力Ｓｅと駆動モータ２８のリアルタイム出力Ｐｒとに基づいて、押し込み深さＤ、背圧、入力電流Ｉおよび送り速度ｆのうち少なくとも１つを調整して、ワークに残留圧縮応力を生成するように構成される。生成された残留圧縮応力は、予測残留圧縮応力Ｓｅに基づいて事前に決定された予測範囲内にある。いくつかの実施形態では、予測残留圧縮応力とは、特定の深さでの残留圧縮応力の値、または特定の深さ範囲での残留圧縮応力の平均値を指す。予測範囲とは、残留圧縮応力の値または平均値を中心とする値の範囲を指す。具体的には、コントローラ３０は、予測残留圧縮応力Ｓｅとリアルタイム出力Ｐｒとに基づいて、予測押し込み深さＤｅ、予測背圧ＢＰｅ、予測入力電流Ｉｅおよび予測送り速度ｆｅのうち少なくとも１つを計算するように構成される。次に、予測押し込み深さＤｅ、予測背圧ＢＰｅ、予測入力電流Ｉｅおよび予測送り速度ｆｅのうち少なくとも１つに応じて、押し込み深さＤ、背圧、入力電流Ｉおよび送り速度ｆのうち少なくとも１つが調整される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、コントローラ３０は、予測残留圧縮応力Ｓｅとリアルタイム出力Ｐｒとに基づいて、予測押し込み深さＤｅ、予測背圧ＢＰｅ、予測入力電流Ｉｅおよび予測送り速度ｆｅを計算するように構成される。次に、予測押し込み深さＤｅ、予測背圧ＢＰｅ、予測入力電流Ｉｅおよび予測送り速度ｆｅに応じて、押し込み深さＤ、背圧、入力電流Ｉおよび送り速度ｆが調整される。
【００２２】
図２を参照すると、コントローラ３０は、第１のコントローラ３１と第２のコントローラ３２とを備える。第１の計算機３１は、予測残留圧縮応力Ｓｅに基づいて、予測出力Ｐｅを計算するように構成される。第２の計算機３２は、予測出力Ｐｅとリアルタイム出力Ｐｒとに基づいて、予測押し込み深さＤｅ、予測背圧ＢＰｅ、予測入力電流Ｉｅおよび予測送り速度ｆｅのうち少なくとも１つを計算するように構成される。
【００２３】
本開示の実施形態はまた、ワークを加工するための超音波ローラバニシング法に関する。該方法は、駆動モータの出力をリアルタイムで監視することによって、ワークに誘導される残留圧縮応力の値または状態を効果的に制御することができる。
【００２４】
図３は、本開示の例示的な実施形態による、超音波ローラバニシング装置を用いてワークを加工するための超音波ローラバニシング法５０を示すフローチャートであり、超音波ローラバニシング装置はローラおよび動作ユニットを備える。図３を参照すると、方法５０は工程５１〜５５を含む。方法５０の動作は機能ブロックとして示されているが、ブロックの順序と、図３に示される様々なブロック間の動作の分離とは、限定することを意図していない。例えば、ブロックは異なる順序で実行されてもよく、１つのブロックに関連付けられた動作は１つ以上の他のブロックと組み合わされてもよいか、いくつかのブロックに細分されてもよい。
【００２５】
工程５１では、実際の必要性に応じて、ワークの予測残留圧縮応力が決定される。予測残留圧縮応力とは、誘導されることが望ましい残留圧縮応力の予測される状態を指し、この予測される状態は、特定の深さでの残留圧縮応力の値、特定の深さ範囲での残留圧縮応力の分布、特定の深さ範囲での残留圧縮応力の平均値、またはそれらの組合せを含んでもよい。
【００２６】
工程５２では、動作ユニットは、ワークの表面に押し込み深さまで超音波ローラバニシング装置のローラを押圧し、ローラを駆動して送り速度で表面上を転動させる。動作ユニットは、駆動モータによって駆動される。いくつかの実施形態では、動作ユニットは、ローラを駆動して、事前設定された経路に沿って表面上を転動させる。
【００２７】
工程５３では、ローラは、背圧下で超音波周波数で振動し、ローラの振動は、入力電流が入力される超音波振動ユニットによって駆動される。振動の振幅または強度は、入力電流の周波数または振幅を変化させることによって調整され得る。いくつかの実施形態では、ローラの振動は表面に垂直な方向である。ローラに加えられる背圧は、背圧装置によって生成される。
【００２８】
工程５４では、駆動モータのリアルタイム出力が検出される。駆動モータの出力は、誘導される残留圧縮応力を示すことができるため、駆動モータの出力を制御することによって残留圧縮応力を制御することができる。駆動装置の出力と生成された残留圧縮応力との間には関係があり、この関係は１つ以上の数学的モデルによって表すことができる。
【００２９】
工程５５では、工程５１で決定された予測残留圧縮応力と工程５４で検出された駆動モータのリアルタイム出力とに基づいて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つを調整して、予測残留圧縮応力に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力をワークに生成する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、該方法は、予測残留圧縮応力に基づいて、予測出力を計算することをさらに含む。調整は、予測出力とリアルタイム出力とに基づいて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つを調整することを含む。具体的には、予測出力がリアルタイム出力よりも高い場合、調整は、押し込み深さ、背圧および入力電流のうち少なくとも１つを増やすこと、および／または送り速度を下げることを含む。予測出力がリアルタイム出力よりも低い場合、調整は、押し込み深さ、背圧および入力電流のうち少なくとも１つを減らすこと、および／または送り速度を上げることを含む。
【００３１】
いくつかの実施形態では、工程５５は、予測残留圧縮応力とリアルタイム出力とに基づいて、予測押し込み深さ、予測背圧、予測入力電流および予測送り速度のうち少なくとも１つを計算することと、次に、予測押し込み深さ、予測背圧、予測入力電流および予測送り速度のうち少なくとも１つに応じて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つを調整することとをさらに含む。
【００３２】
いくつかの実施形態では、予測押し込み深さ、予測背圧、予測入力電流および予測送り速度のうち少なくとも１つを計算することは、予測残留圧縮応力に基づいて予測出力を計算することと、予測出力とリアルタイム出力とに基づいて、予測押し込み深さ、予測背圧、予測入力電流および予測送り速度のうち少なくとも１つを計算することとを含む。
【００３３】
いくつかの実施形態では、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度はいずれも、予測残留圧縮応力と駆動モータのリアルタイム出力とに基づいて調整される。したがって、工程５５は、予測押し込み深さ、予測背圧、予測入力電流および予測送り速度を計算することと、次に、予測押し込み深さ、予測背圧、予測入力電流および予測送り速度に応じて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度を調整することとを含む。予測押し込み深さ、予測背圧、予測入力電流および予測送り速度の複数のセットが、予測残留圧縮応力とリアルタイム出力とに基づいて得られ得ることは言及するに値する。実際の必要性に応じて、それらの最適なセットを調整基準として選択することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、応答速度を改善するために、４つのパラメータ、すなわち、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度の一部のみが選択されて調整される。
【００３５】
図４は、本開示の別の例示的な実施形態による超音波ローラバニシング法６０を示すフローチャートである。
【００３６】
工程６１〜６４は、図３に示される方法５０の工程５１〜５４とそれぞれ同様であり、ここでは繰り返さない。
【００３７】
工程６５では、リアルタイム押し込み深さ、リアルタイム背圧、リアルタイム入力電流およびリアルタイム送り速度のうち少なくとも１つが検出される。検出されたリアルタイムパラメータは、他のパラメータならびに予測残留圧縮応力およびリアルタイム出力のための調整基準として使用される。
【００３８】
工程６６では、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つが、予測残留圧縮応力と、リアルタイム出力と、工程６５で得られたリアルタイムパラメータとに基づいて調整される。
【００３９】
例えば、工程６５ではリアルタイム入力電流が検出される。次に、工程６６では、予測残留圧縮応力、リアルタイム出力およびリアルタイム入力電流に基づいて、押し込み深さ、背圧および送り速度が調整される。具体的には、予測押し込み深さ、予測背圧および予測送り速度が、予測残留圧縮応力、リアルタイム出力およびリアルタイム入力電流とに基づいて計算され、次に、押し込み深さ、背圧および送り速度が、予測押し込み深さ、予測背圧および予測送り速度に応じて調整される。
【００４０】
本開示の実施形態はまた、タービンブレードまたは航空機ブレードの製造に広く適用することができる部品の加工方法に関する。該方法は、部品の残留圧縮応力の予測分布を決定することを含み、予測分布は、部品上の少なくとも１つの予測領域の位置情報と、予測領域に対応する予測残留圧縮応力とを含む。該方法は、ローラを備える超音波ローラバニシング装置を用いて予測領域を処理して、部品に残留圧縮応力の望ましい分布を誘導することができるように、対応する予測残留圧縮応力に基づいて事前に決定された予測範囲内にある残留圧縮応力を予測領域に生成することをさらに含む。
【００４１】
図５は、本開示の例示的な実施形態による、部品の加工方法７０を示すフローチャートである。図５を参照すると、方法７０は工程７１〜７３を含む。
【００４２】
工程７１では、部品の残留圧縮応力の予測分布が決定される。図６に示すように、予測分布は、部品上の第１の予測領域８１の位置情報、第１の予測領域８１に対応する第１の予測残留圧縮応力Ｓ１、部品上の第２の予測領域８２の位置情報、および第２の予測領域８２に対応する第２の予測残留圧縮応力Ｓ２を含む。
【００４３】
工程７２では、第１の予測領域８１を加工して、第１の予測残留圧縮応力Ｓ１に基づいて事前に決定された第１の予測範囲内にある第１の残留圧縮応力を第１の予測領域に生成する。
【００４４】
工程７３では、第２の予測領域８２を加工して、第２の予測残留圧縮応力Ｓ２に基づいて事前に決定された第２の予測範囲内にある第２の残留圧縮応力を第２の予測領域に生成する。
【００４５】
工程７２または７３は、予測領域の表面に押し込み深さまでローラを押圧することと、駆動モータによって駆動される動作ユニットによって送り速度で表面上で転動するようにローラを駆動することと、背圧下で超音波周波数でローラを振動させることと、ここでローラの振動は、入力電流によって駆動され、予測残留圧縮応力と駆動モータのリアルタイム出力とに基づいて、押し込み深さ、背圧、入力電流および送り速度のうち少なくとも１つを調整することとを含む。
【００４６】
当業者に理解されるように、本開示は、その精神または本質的な特徴に依存することなく、他の特定の形態で具現化され得る。したがって、本明細書の開示および説明は、添付の特許請求の範囲に記載される本開示の範囲を例示することを意図したものであり、限定することを意図したものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１０  超音波ローラバニシングシステム
２０  超音波ローラバニシング装置
２２  超音波振動ユニット
２３  背圧装置
２６  ローラ
２８  駆動モータ
２９  シェル
３０  コントローラ
３１  第１のコントローラ、第１の計算機
３２  第２のコントローラ、第２の計算機
４０  ワーク
５０  超音波ローラバニシング法
６０  超音波ローラバニシング法
７０  部品の加工方法
８１  第１の予測領域
８２  第２の予測領域
２１１  動作部品
２１２  動作部品
２１３  動作部品
２２１  超音波発生器
２２２  超音波トランスデューサ
２２３  超音波ホーン
ＢＰ  背圧
ＢＰｅ  予測背圧
Ｄ  押し込み深さ
Ｄｅ  予測押し込み深さ
ｆ  送り速度
ｆｅ  予測送り速度
Ｉ  入力電流
Ｉｅ  予測入力電流
Ｐｅ  予測出力
Ｐｒ  リアルタイム出力
Ｓ１  第１の予測残留圧縮応力
Ｓ２  第２の予測残留圧縮応力
Ｓｅ  予測残留圧縮応力
【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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