本发明涉及一种采用超声波对零部件的喷丸表面处理方法，超声波径向地在一 个飞轮的周边展开，比如对转子上涡轮机的叶片。本发明也涉及到实施本方法的喷 丸表面处理机。

术语飞轮通常其形状为以一个几何轴为中心的回转物体，可以围绕它的轴旋转。

为了提高机械零件的抗疲劳强度，一般采用喷射微粒来对其表面进行喷丸处理。 这项技术在航空领域中使用非常广泛，用来对很薄的零件表面上施加永久的压力。 这种施加压力可以防止在零件的表面出现裂纹或防止裂纹的加剧，这样可以提高零 件的抗疲劳强度。该技术是以一个相对于零件表面垂直度较小的角度，用足够的动 能向零件的表面喷射微粒。

相对于零件表面的喷射角度最好小于45度以便能够将微粒的足够能量传送到 零件的表面。零件的放置位置应当经过最佳选择。喷丸不足的处理不能达到预计的 强度要求，但是可以进行补充喷丸处理。另外，过度的喷丸处理可以导致零件无法 挽回的降级恶果。

喷丸处理技术尤其适用于涡轮机转子叶片的表面处理。当叶片的壁很薄时，需 要同时喷丸处理叶片的两个面以便避免薄区型面的变形。

一般来说，对厚壁的表面喷丸处理，通常在正常喷丸的同时，采用一个喷嘴同 时供应压缩空气和微粒向表面喷射。涡轮机转子叶片的喷丸处理采用两个喷嘴同时 向叶片的一个表面喷射。这种喷丸处理方法有两个缺点： -   喷丸参数不稳定，而当要得到最佳喷丸结果时，喷丸机需要经常调试； -   表面光洁度降级，这影响到零件的寿命； -   喷丸处理的实施必须在一个足够大的房间里进行，以便使零件和喷丸喷嘴的操

作有足够的空间。

当有待进行喷丸处理的表面为单个的飞轮叶片，并且叶片之间的间距相对较小， 这是要谨慎使用喷嘴来进行喷丸处理。

申请人在1999年11月18日申请的、申请号为FR99 14 482的专利申请上提出 一种使用超声波来进行喷丸处理的方法，即使用震动表面产生的微粒雾来进行喷丸 处理的方法。根据该申请所介绍的方法，飞轮在其水平轴上驱动旋转。位于飞轮下 方的叶片低速穿过工作腔并由位于下叶片端部下方的震动表面产生的微粒雾所冲 击。

被震动表面激化的微粒冲击位于工作腔内的叶片表面，在这些表面上，它们重 新弹回，位于叶片之间的飞轮的周边壁也是如此。那些失去动能的微粒又掉在震动 表面上，这些震动表面又将它们重新抛向工作腔。有些微粒跑出了工作腔并被相邻 的非工作腔回收，在这里它们又依靠重力又返回到工作腔。

叶片较薄的端部经受较强烈的喷射，他们在喷丸处理工作结束之后需要进行修 饰。

在喷丸处理过程中，飞轮转动很多圈来等待最佳状态并在零件很薄时，避免喷 丸的对称以及产生变形。

在FR99 14 482中介绍的方法特别适用于较短的叶片。

但是，在与两个连续叶片的距离进行比较时如果叶片较长，尤其是长度和叶片 间距离的关系大于3，或者当叶片的高度大于100毫米时及叶片的形状很弯曲，位 于叶片间空间底部的叶片侧面喷丸不足时，这是因为微粒已经进行多次反复喷射并 且一部分已经失去动能。这样，喷丸处理不均匀并且需要增加喷丸的时间来保证各 点的最低喷丸要求。

发明的目的是介绍利用径向作用在飞轮周边的零件超声波来进行喷丸处理的方 法，这种方法无论零件的大小均可以有效地对零件进行喷丸处理。

发明涉及到利用径向作用在飞轮周边的零件超声波来进行喷丸处理的方法，根 据这种方法，使飞轮在其几何轴上旋转，这样在飞轮侧面的固定工作腔中通过位于 工作腔下部的第一个震动表面产生一种微粒雾，该工作腔有一些开口用来在飞轮旋 转时放进和拿出零件，其容量可以至少放入3个相邻的零件。

根据发明，该方法的特点是使飞轮在其垂直放置的轴上旋转，第一个震动表面 在工作腔内的零件路径下方。

这种设置可以喷射放入工作腔内零件的所有表面而无论其相对于飞轮旋转轴的 距离是多少。

根据发明该方法的优点特性，工作腔在零件路径的上方还有第二个震动表面。

由于具有这些特性，以较弱的动能到达工作腔上部的并且很快由于重力而落下 的微粒均由第二个震动表面重新激活，并且重新弹回到零件的表面上以及工作腔的 壁上完成再次喷丸。

根据发明，从震动表面的方面来看当该方法应用于带有边缘的零件时，如涡轮 机的叶片的前缘及后缘，根据发明的另一特点，在喷丸处理时，需要对上述边缘进 行保护。

最好使用牢固的拉杆来进行保护，将边缘罩住。这些拉杆放在边缘和声极之间。 这些拉杆的作用是减小冲击边缘微粒的能量。拉杆可以接触边缘也可以不接触边缘。

边缘也可以用工作腔上带的固定拉杆来保护。在这种情况下，在喷丸时一步一 步地转动飞轮来使位于工作腔内的零件边缘处于固定拉杆的位置。喷丸可以在飞轮 旋转一步时停止。

这样，在喷丸时，拉杆均位于叶片的薄边缘和声极之间来保护薄边缘避免来自 声极的微粒的高能冲击。

该发明还包括实施这种喷丸方法的喷丸机。

这种喷丸机具备以下特性：

有一个旋转平台，轴为垂直轴，轴上带有固定飞轮的装置，在飞轮上装有有待 喷丸的零件，与平台同轴。

一些驱动平台旋转的装置，至少有一个对上述零件进行喷丸的装置，该喷丸装 置有：

位于上述飞轮侧面的工作腔，可以至少放置3个零件并且具有一个开口以便在 旋转时取出或放进零件。

位于工作腔零件路径下方的第一个震动表面，可以在工作腔内产生微粒雾。

一些用来回收脱离工作腔的微粒并能将它们重新返回工作腔的装置。

喷丸装置另外还具有第二个震动表面，它位于工作腔内零件路径的上方。

喷丸机也具备一些零件边缘的保护手段。

本发明的其它优点和特性在随后的文字中作为举例来介绍并参考附图，在这些 图中：

图1为根据发明绘制的喷丸机的俯视图，在该喷丸机上安放涡轮机的飞轮其叶 片应当进行喷丸处理。

图2为根据图1的II-II绘出的垂直剖面图。

图3表明飞轮在喷丸机平台上的固定方法以及叶片后缘和前缘边缘的保护栅的 位置。

图4为喷丸机根据图1的IV-IV线绘制的剖面图。

图5为和图4相似，一大比例尺表示工作腔以及微粒回收腔。

图6为根据图4的VI-VI线绘制的剖面图，通过穿过工作腔并位于喷丸机内叶 片路径下方的一个水平面。

图7与图2相似，以大比例尺表示喷丸装置和叶片后缘和前缘边缘的保护拉杆， 这些保护拉杆固定在工作腔上。

在这些图上，编号1为喷丸机，叶片2径向地分布在飞轮3的周围，涡轮机的 轴为x。飞轮3有可能是一个单体装有叶片的圆盘或者是装有活动叶片的涡轮机的 飞轮。叶片2也可以是一些零件其表面应当进行喷丸处理并具有径向安装飞轮的装 置，该飞轮3用来支撑有待喷丸的零件。

喷丸机1基本上具有一个旋转平台4，由轴6的轴5支撑。轴5围绕轴6被驱 动旋转，驱动装置，例如电机未在图中标出。飞轮3利用法兰7和旋转平台上打出 的轴6的铰孔7a固定在旋转平台4上，其轴x应当与旋转平台的轴6相配合。

由于这在图2和图3上非常明显易见，最好第一个环形圆盘8位于旋转平台4 和飞轮3之间，第二个环形圆盘在飞轮3和法兰7之间。

这些环形圆盘8和9在他们的周围有一些径向拉杆，分别为8a和9a，其数量 与飞轮3的叶片的数量相同，并围绕轴x以均匀的间隔分布。每个拉杆8a和9a的 形状与叶片2的前缘和后缘的形状相同。内环形圆盘8在飞轮3的下方以便使径向 拉杆8a能够覆盖叶片2的上部边缘。当旋转平台4围绕轴6旋转时，飞轮3和环形 圆盘8和9也围绕轴6旋转。

旋转平台4的直径是根据飞轮3来选定的，以便使叶片2径向地向旋转平台的 周围伸出。

在图1到图3上，只能看到喷丸机1还配有一个固定水平滑轨10，它固定在轴 5的支座上，其轴线与轴5的中心线6相垂直。

在这个滑轨10上装有滑动的喷丸装置11。在飞轮3在旋转平台4上安装时或 在其拆卸时，喷丸装置11与旋转平台4隔开。

这个喷丸装置11配有一个中心腔12即工作腔，它位于两个侧腔13和14(即 非工作腔)之间，它们用于回收那些脱离工作腔的微粒15并将它们返回工作腔12。

这些腔12，13和14由一个刚性扇形的、内径等于或稍微大于路径直径的外壁 16隔开，在飞轮3旋转时，这些腔12，13和14由一个位于外壁16和旋转平台4 周边的盆状下壁17以及一个反盆状上壁18或一个位于外壁16和上圆盘9周边之间 的罩隔开。

在飞轮3旋转时，下壁17通过叶片2按放在路径下方；上壁18位于路径的上 方。一个下震动表面20通过下壁17安放在盆状的底部；第二个震动表面21通过上 壁18放在罩的上部。

还有一些带有开口的垂直和径向隔板，这些开口的大小根据由拉杆8a和9a构 成的环形面积的大小而变，这些隔板在飞轮3旋转时将壁17和18与壁16联系在一 起。这些位于叶片上下的为数为4个的隔板还有一些端部隔板21a，21b，它们环状 地将非工作腔13和14隔开；中间隔板22a和23b将工作腔12与非工作腔13和14 隔开。下中间隔板22a和23b在下壁17的旁边开有一些开口或豁口23，它们可以 使微粒到达非工作腔13和14并通过重力返回下震动表面20。

因此，工作腔12环状地被隔板22a和22b隔开并放置在震动表面20和21之间， 这些在图5上可以看到。

这个工作腔12的圆周范围应当至少能够放置3个叶片2在工作腔12内。

一定数量的微粒15处在工作腔12内。当声极的震动表面20和21激活后，处 在下震动表面20上的微粒15被抛向上方，冲击叶片2的表面，并落到这些表面上 并随机地运动。一些微粒15到达上震动表面21上，该表面再次给予这些微粒能量。 这些微粒15在下落时再次冲击叶片2的表面。一些微粒也冲击中间隔板22a和22b， 在这些隔板上，微粒弹起。这些微粒15保持在工作腔12内在失去动能后落到震动 表面20上。

由于叶片2在上、下中间隔板22a和22b之间的开口中运动，一些微粒15到达 侧面腔13和14内。在这些腔内，微粒15很快失去动能并落到倾斜的下壁17上并 通过位于中间隔板22a和22b底部的豁口23返回到下震动表面20上。

在飞轮3转动一周时，叶片2在通过工作腔12的过程中受到微粒的冲击。

叶片的通过时间稍微低于为获得最佳结果所需的喷丸总时间，为了获得最佳结 果所需要完成的转数通过计算来获得。这个转数至少是3转。这样可以降低在处理 期间的叶片变形。实际上，当叶片进入到工作腔内时，它的表面转到旋转方向来接 受喷丸，这个方向的喷丸程度要比与其相对的表面要强，可以直接接受来自声极的 强力冲击。对转向前方的表面所预先施加的压力要比相对表面的压力要大，这样就 在叶片的后部产生部分塑性变形。当叶片要离开喷丸腔时，现象正相反，但存在叶 片的剩余变形。

在完成N转的喷丸而不是一转的喷丸时，叶片两个面之间喷丸的暂时偏差由N 来除，这个被N除的即为叶片的变形。转数N不是临界的。3到5转可以认为是获 得有意义结果的可以接受的数字。

注意，为了降低喷丸的总时间，可以安装一部具有多种喷丸装置11的喷丸机1， 这些喷丸装置11与上述喷丸装置相同并分布在轴6的周围。

图7表明为叶片2的前缘和后缘的保护系统的另一个方案。在这个方案上，环 形圆盘8和9无径向拉杆8a和9a。相对于喷丸扎11的固定保护拉杆30和31均安 装在工作腔12内。拉杆30和31的数量等于可以安放在工作腔12内叶片2的数量。

在喷丸处理时，当叶片2的前缘和后缘被拉杆30和31保护时，叶片2在一定 时间内是不动的。然后，叶片移动一步，这一步等于相邻两个叶片2之间的角偏差。

在发明最佳实施方式上，拉杆30和31均由端部32和33固定在外壁16上并通 过另一端部固定在共同基座34，35上，该基座在转子3和相应的内壁17和18之间 配备有密封圈，当间隙小于微粒的直径时密封度得到确保。

为了简化转子3在喷丸腔12，13和14内的放置，可以将外壁16由一个垫圈分 为两部份16a和16b，转子3的放置按以下方法进行： -   根据曲线37隔离各个腔的上部组件，即外壁16的上部16a，声极21和内壁

18； -   根据曲线38放置转子3； -   根据与曲线37相反的曲线39将各个腔的组件收拢以便将各个腔关闭并进行喷

丸处理。

如果在这种移动时进行连续喷丸，这种步进式的移动可以高速进行，以便使前、 后缘在运动时能够减少受到微粒的冲击。我们也可以在叶片步进运动的时间内停止 声极的工作。