WO2013113302A1 - Method for the mechanical edge zone hardening of components - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for mechanical Randzonenverfestist within a component edge zone of a component with at least one rolling tool according to the closer in the upper ⁇ concept of claim 1.
- Jet engines are known from practice, which are executed downstream of a fan with multi-stage compressors, in the area of which guided in a core stream air ⁇ stream is gradually guided to a desired pressure level.
- Individual compressor stages are formed by blade elements or rotating rotor blades rotating in operation of a jet engine and corresponding blade elements or stationary stator blades.
- stationary guide wheels act during operation of a jet ⁇ drive relatively low mechanical loads, on the one hand ⁇ attack no rotational centrifugal forces and on the other hand blade vibrations are minimized by the residual stress of the airfoil of the foot and head area.
- the sum of the dynamic part loads means that high-frequency Schwingun ⁇ gen occur especially in the field of rotating rotor blades of compressors and also of brass or generally of one-piece rotor preparation ⁇ chen jet engine during operation that result in a highly dynamic loading of the rotor blades. Furthermore, part of the blades during operation of jet engines in addition to mechanical stresses thermally stressed. This is especially true for the blades of the high-pressure compressor and the rear blades of Nie ⁇ derdruckverêtrs where operating temperatures of up to 600 ° C can be achieved.
- Vanes of compressors or blowers of jet engines ⁇ stations are designed such that the dynamic operation ⁇ not overload the fatigue strength or defined only step over ⁇ and fatigue strength and a defined amount of time is guaranteed strength.
- the dynamic operation ⁇ not overload the fatigue strength or defined only step over ⁇ and fatigue strength and a defined amount of time is guaranteed strength.
- Foreign body damage is caused by the impact of hard foreign bodies, which are the foreign bodies generally around stones and fragments of screws, Courage ⁇ tern, washers and the like is lying on the start and the runway.
- the blade elements are correspondingly massive out ⁇ leads to protect the blade elements or rotor blades against ⁇ over foreign body damage and avoid from these at Be ⁇ drove each resulting cracking in the shop ⁇ feln.
- the undesirably high material usage increases a total weight and manufacturing costs of a jet ⁇ drive, which is not desirable.
- blades or blade elements of jet engines on appropriate production processes demand solidify to run the blades compared to non nachverincomeen blades with lower Bauteilabmessun ⁇ gen or the resistance to vibration ⁇ fatigue to increase.
- one of the flow facing blade area is solidified by an engagement of a rolling tool by deep rolling.
- Such pliers tools are designed with respect to a maxima ⁇ len use pressure, so that these tools are in total made very large ⁇ together.
- ⁇ formed to solidifying components as are running show ⁇ feln of jet engines, is restricted to be available ⁇ de room for the introduction of the plier tool. Accordingly ⁇ speaking can be solidified with the out for a maximum operating pressure ⁇ loaded pliers tool may not be the entire ge ⁇ desired area of the component.
- the present invention therefore has the object ⁇ provide a method for the mechanical surface zone solidification within a component edge zone of a component with at least one rolling tool to provide, by means of which Even in complex trained components desired areas can be solidified.
- a rolling tool a method for mechanical Randzonenverfesti ⁇ supply within a component edge zone of a component with we ⁇ , wherein residual stresses are introduced by the at least one rolling tool by means of deep rolling in devisflä ⁇ -near regions of the component, and wherein during the deep rolling in each case a portion of the Component between areas of at least one rolling mill ⁇ tool is arranged and two sides of the component simultane- ously be tig grinded.
- the component of at least two rolling tools in the region of the solidification range is deep rolled, which exert a differing from each other, in each case at least approximately constant pressure force to the component made ⁇ during the deep rolling.
- the rolling tools used in the method according to the invention can be smaller than known rolling tools. Tools are sized. This results in a better accessibility of the rolling tools is provided to the at least one bonding area, in particular in complex formed components and a risk of collision of the respective rolling mill ⁇ zeugs with other components or other surfaces of the component to bear ⁇ beitenden is reduced. Further, by the small-sized rolling tools optionally further extending from an edge region of the component engaging in the component as in known rolling tools made ⁇ who.
- the individual rolling tools can sequenced ⁇ tially, that are used in succession. To reduce machining ⁇ -up time but it is also conceivable that individual ⁇ nen rolling tools at least partly simultaneously conveyset ⁇ zen.
- the method according to the invention is used in particular for edge zone consolidation of rotor blades of a blade wheel for a jet engine, wherein the rotor blades can be connected in a form- fitting manner to a disk wheel or can be formed integrally with a disk wheel.
- Derar ⁇ ed blades have complex free-form geometries, which are difficult to access. Owing to the particularly small From ⁇ formation of the rolling tools is a processing of run show ⁇ feln example, in the leading edge facing away from Be ⁇ rich, let the region of a blade tip in the area of FIL, that in a transition region between a blade ⁇ blade and a blade root , possible. You can also edit several of these areas in combination. Due to the deep rolling of the surfaces of the blades, the wide ⁇ ren voltage jumps are avoided and improves the resistance to vibration loads in a simple manner.
- the blade is solidly rolled in an advantageous embodiment of the method according to the invention in the region of a leading edge.
- the shape of the festzuwalzenden range can be freely selected and may for example be substantially rectangular-shaped and square ⁇ start directly at the leading edge.
- the method according to the invention can also be used for the treatment of a damaged area, for example a solid body, whereby the area treated by the rolling tools in particular fully fully encloses the defective area.
- a first processing region of the component is first deep rolled in a first machining step with a first pressing force by a first roller tool and ⁇ closing a second, at least, at least as a rim area of the first processing area of the component region ⁇ , in particular completely, and / or overlapping, umfas ⁇ transmitter processing section of the component in a second Bear ⁇ beitungsuze with respect to the first pressing force ⁇ re claimed second pressing force by a second rolling tool deep rolled.
- Residual stress jumps can be further reduced if at least one further, at least one edge zone region of the second processing region of the component is at least be ⁇ rich, in particular completely and / or overlapping, comprehensive machining region of the component with a ⁇ against the second pressure force respectively reduced compressive force is rolled.
- the rolling tools are guided relative to the building ⁇ part, that a distance between edge zones of the respec ⁇ ver processing areas of the component on the course we- at least approximately constant.
- the rolling tools are guided in such a way relative to the component such that a distance between Randzo ⁇ NEN the respective processing areas of the component via de ⁇ ren course varied.
- the distance between two adjacent edge zones is Annae ⁇ hernd least constant, but is different from a distance between two other adjacent edge zones. This can be advantageous in particular ⁇ sondere for reducing stress concentration and stress ⁇ jumps, so that the risk of Rissent ⁇ stehung can be reduced.
- the surfaces of the component to be deep rolled at least Bruswei ⁇ se by sequentially radia ⁇ les or sequential axial retraction.
- the surfaces of the component can be rolled by any routes of the respective roll ⁇ tool, it has proved to be particularly ef ⁇ fectively when the deep rolling process particularly in a meandering movement of the respective roller ⁇ is tool carried out relative to the component.
- 1 is a highly schematic longitudinal sectional view of a jet engine with several Schaufelrä ⁇ countries;
- FIG. 2 is an enlarged detail view of a show ⁇ felrads of Figure 1 with multiple blades.
- Figure 3 is a simplified view of a blade of the impeller of Figure 2, wherein the running ⁇ shovel is Festge ⁇ rolls in the region of a leading edge..; and
- Fig. 4 is a view corresponding to FIG. 3, the run ⁇ scoop, wherein two processing strategies for deep rolling of the blade are shown.
- a jet engine 1 is shown in a longitudinal ⁇ sectional view.
- the jet engine 1 is designed with an inlet region 3, which is followed downstream by a fan 4 in a manner known per se. Again stream ⁇ from the fan 4, the fluid stream splits in the jet engine ⁇ factory 1 in a side stream and a core stream, the side stream flows through a bypass channel 2 and the core stream into an engine core 5, which in turn in ⁇ ter ⁇ ter type and Way with a compressor device 6, a burner 7 and a turbine device 8 is executed.
- FIG. 2 is an enlarged detail view of a Schau ⁇ felrads 9 of the compressor device 6 is shown, which comprises an annular base body 10 and a plurality of circumferentially distributed blades 11, which extend substantially from the base body 10 radially.
- the rotor blades 11 may be integrally formed with the base body 10 and constitute a so-called blisk, ie an integrally bladed rotor construction.
- the term blisk is composed of the English words "blade” for shovel and "disk” for disc.
- the disc or the annular base body 10 and the blades 11 are made of one piece.
- the blades of the integrally beschau ⁇ felten paddle wheel 9 are advantageously arranged with a smaller distance from each other, whereby a maximum possible compression and efficiency can be improved.
- the blades can also have blade ⁇ feet and inserted in the latter in the base body 10 provided ⁇ provided grooves and thereby be interchangeably connected to the base body 10 and disk wheel.
- ge ⁇ genüber foreign object damage and also vibration loads at the same time low weight stable are introduced into the moving blades 11 via respectively between adjacent rotor blades 11 engaging, in particular pincer-like rolling tools within a near-surface component edge zone in a fixed rolling process residual stresses.
- Each a is in the range of a leading edge 13 of the blade 11 is disposed ⁇ solidification region 14 of the blades 11 is present on both sides, ie Festge rolls ⁇ simultaneously on both a suction than on a pressure side of the blade.
- the deep rolling of the surfaces of the rotor blades 11 respectively solidify areas of the rotor blade 9 near the surface by increasing the dislocation density and Layer of the blades 11 hardened.
- the curing of the edge ⁇ layer reduces the risk of cracks, which resul ⁇ animals from a foreign object damage as well as from vibration loads.
- the introduced compressive residual stresses into the material through the solid ⁇ rollers guide the region of the running ⁇ blade 11 means that this counter, and after formation of a crack a crack propagation thus a positive Ef ⁇ fect as regards the fatigue strength and thus bezüg ⁇ Lich the life of the jet engine 1 have.
- rolling tools which are not shown in more detail are provided, which are basically designed in a manner known per se and can be integrated into any known machining center.
- the rolling tools are each designed to exert a con ⁇ constant pressure force on the blade 11, so that the respective rolling tool can be designed with respect to this pressure force.
- the rolling tools which are designed to exert a small roll separating force may be correspondingly small dimensions, so that a deeper A ⁇ reached into the blades 11 permits these and a Kollisi ⁇ onsgefahr of the respective rolling tool is reduced, for example, with surfaces of adjacent blades 11 ,
- a blade 11 is shown in a highly simplified manner , the surface of which has been firmly rolled successively in the area of the leading edge 13 with four rolling tools in the present case.
- the solidification region 14 here has a rectangular Wesentli ⁇ chen form which is directly adjacent to the Anströmkan ⁇ te here 13 and each has a distance to both tip and a transition region 12 to a blade root 26 on ⁇ .
- the solidification range can in principle have any shape or cover the entire surface of the running ⁇ shovel. 11
- Verfest onlysbe ⁇ ⁇ rich 14 is arranged in the area of an impact of a harmful body in order to reduce the effect of impact.
- One of the leading edge 13 facing the first processing ⁇ area 16, which is a main solidification range is processed by a first rolling tool with a desired ers ⁇ th compressive force.
- a first processing ⁇ region 16 comprehensive second processing area 17 of ei ⁇ nem second roller tool, which reduced a opposite the first compressive force Pressure exerts hard-rolled.
- the second processing region 17 in particular comprises an edge zone 18 of the first processing region 16, so that the second processing section 17 facing away from the present case both in a direction of the leading edge 13, extends further in the direction of a blade root and in the direction of an upper edge 25 of the blade 11 than the firstfsbe ⁇ rich sixteenth
- the third processing region 19 or fourth processing region 20 in this case comprise an edge zone 21 or 22 of the respectively preceding processing region 18 or 19.
- the residual stress cracks between the machining areas 16, 17, 19, 20 are the smaller the pressure differences between the individual rolling tools are, of which also can be used for a corresponding number of processing ⁇ areas only two or three or more than four, the more effective and reduced to the unprocessed area by a ge ⁇ wrestle pressure gradient. Due to the plastic deformations caused Ver ⁇ roller marks can thereby be reduced, and a smooth transition between areas processed to unprocessed portions of the blades 11 can be achieved.
- the respective rolling tools are moved in the present embodiment, respectively in a meandering in the Fig. 4 schematically ge Service ⁇ th path of movement along the arrows PI and P2 with respect to the blades 11, wherein overlap ⁇ are just provided of, in particular greater than 60% between adjacent trajectories ,
- a main direction of movement of the respective rolling tool may be from the upper Edge 25 or tip of the impeller 11 in the direction of the Schau ⁇ felfußes 26 or vice versa.
- the second, third and / or fourth sacrificesbe ⁇ rich 17, 19, 20 may comprise on the one hand the entire previous Bear ⁇ beitungs Scheme 16, 17, 19 or only the edge zone 18, 21, 22 of the previous processing portion 16, 17, 19th Distances between the edge zones 18, 21, 22, 23 of the respective processing sections 16, 17, 19, 20 are present in Wesent ⁇ union constant, which may vary depending on the application.
- the inventive method can in principle be used for solidification of surfaces of all components, which can be covered on both sides of a rolling ⁇ tool.
- thin-walled areas of jeweili ⁇ gen component can be treated with the inventive method.
- the turbine apparatus The turbine apparatus
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Description
Verfahren zur mechanischen Randzonenverfestigung Method for mechanical edge zone hardening
von Bauteilen of components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Randzonenverfestigung innerhalb einer Bauteilrandzone eines Bauteils mit wenigstens einem Walzwerkzeug gemäß der im Ober¬ begriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. The invention relates to a method for mechanical Randzonenverfestigung within a component edge zone of a component with at least one rolling tool according to the closer in the upper ¬ concept of claim 1.
Aus der Praxis sind Strahltriebwerke bekannt, welche stromab eines Bläsers mit mehrstufigen Verdichtern ausgeführt sind, in deren Bereich der in einem Kernstrom geführte Luft¬ strom stufenweise auf ein gewünschtes Druckniveau geführt wird. Einzelne Verdichterstufen sind durch im Betrieb eines Strahltriebwerkes rotierende Schaufelelemente bzw. rotierende Laufschaufeln und damit korrespondierende Schaufelelementen bzw. stillstehende Leitschaufeln gebildet. Im Bereich der stillstehenden Leiträder wirken im Betrieb eines Strahltrieb¬ werkes vergleichsweise geringe mechanische Lasten, da einer¬ seits keine rotationsbedingten Zentrifugalkräfte angreifen und andererseits Schaufelschwingungen durch die Eigenspannung des Strömungsprofils des Fuß- und Kopfbereichs minimiert werden. Jet engines are known from practice, which are executed downstream of a fan with multi-stage compressors, in the area of which guided in a core stream air ¬ stream is gradually guided to a desired pressure level. Individual compressor stages are formed by blade elements or rotating rotor blades rotating in operation of a jet engine and corresponding blade elements or stationary stator blades. In the field of stationary guide wheels act during operation of a jet ¬ drive relatively low mechanical loads, on the one hand ¬ attack no rotational centrifugal forces and on the other hand blade vibrations are minimized by the residual stress of the airfoil of the foot and head area.
Im Gegensatz dazu wirken im Bereich der rotierenden Lauf¬ schaufeln im Betrieb eines Strahltriebwerkes jedoch hohe me¬ chanische Lasten. Ihre Gesamtlast setzt sich aus mehreren Teillasten zusammen, von denen die Zentrifugalkraft die größte Teillast darstellt. In contrast, work in the field of rotating rotor blades but ¬ during operation of a jet engine high me ¬ chanical loads. Their total load consists of several partial loads, of which the centrifugal force represents the largest part load.
Die dynamischen Teillasten resultieren aus der rotations¬ bedingten Schwingungsanregung der Laufschaufeln bzw. der Schaufelelemente. Des Weiteren wirken auf die Laufschaufeln aerodynamisch bedingte Lasten, die vor allem auf periodisch instationäre Strömungen zurückzuführen sind. Generell treten periodisch instationäre Strömungen durch die Stator-Rotor- Interaktion auf, die durch die Zerteilung der Strömung durch das Vorbeilaufen der Laufschaufein an den Leitschaufein er¬ zeugt wird. Weiterhin werden dynamische Lasten durch die In¬ teraktion der Strömungsprofile mit der turbulenten Strömung hervorgerufen, die ebenfalls Schaufelschwingungen zur Folge haben . The dynamic partial loads resulting from the rotation ¬ induced vibration excitation of the blades or blade elements. Furthermore, act on the blades aerodynamic loads, especially on periodic unsteady currents are due. Generally occur periodically unsteady flows through the stator-rotor interaction, which is evidence by the division of the flow by the passage of the rotor blades to the guide vanes he ¬. Furthermore, dynamic loads are caused by the in ¬ teraktion the flow profile with turbulent flow, which also have blade vibrations result.
Die Summe der dynamischen Teillasten führt dazu, dass vor allem im Bereich rotierender Laufschaufein von Verdichtern und auch von Bläsern bzw. allgemein von einstückigen Rotorberei¬ chen von Strahltriebwerken im Betrieb hochfrequente Schwingun¬ gen auftreten, die zu einer hochdynamischen Beanspruchung der Laufschaufein führen. Weiterhin wird ein Teil der Schaufeln im Betrieb von Strahltriebwerken neben mechanischen Belastungen thermisch beansprucht. Dies gilt vor allem für die Schaufeln des Hochdruckverdichters und die hinteren Schaufeln des Nie¬ derdruckverdichters, wo Betriebstemperaturen von bis zu 600 °C erreicht werden. The sum of the dynamic part loads means that high-frequency Schwingun ¬ gen occur especially in the field of rotating rotor blades of compressors and also of brass or generally of one-piece rotor preparation ¬ chen jet engine during operation that result in a highly dynamic loading of the rotor blades. Furthermore, part of the blades during operation of jet engines in addition to mechanical stresses thermally stressed. This is especially true for the blades of the high-pressure compressor and the rear blades of Nie ¬ derdruckverdichters where operating temperatures of up to 600 ° C can be achieved.
Schaufeln von Verdichtern oder Bläsern von Strahltrieb¬ werken werden derart ausgelegt, dass die dynamischen Betriebs¬ lasten die Schwingfestigkeit nicht oder nur definiert über¬ schreiten und eine Dauerfestigkeit bzw. ein definiertes Maß an Zeitfestigkeit gewährleistet ist. Es kommt jedoch immer wieder zu einer verfrühten Rissinduzierung und teilweise sogar zu einem unkontrollierten Versagen von Bläser- und Verdichter¬ schaufeln, das überwiegend auf eine Schaufelschädigung durch Fremdkörper zurückzuführen ist. Vanes of compressors or blowers of jet engines ¬ stations are designed such that the dynamic operation ¬ not overload the fatigue strength or defined only step over ¬ and fatigue strength and a defined amount of time is guaranteed strength. However, there is always a premature crack initiation and sometimes even an uncontrolled failure of fan and compressor ¬ blades, which is mainly due to a blade damage by foreign bodies.
Fremdkörperschäden werden durch das Auftreffen harter Fremdkörper hervorgerufen, wobei es sich bei den Fremdkörpern im Allgemeinen um Steine und Bruchstücke von Schrauben, Mut¬ tern, Unterlegscheiben und dergleichen handelt, die auf der Start- und der Landebahn liegen. Foreign body damage is caused by the impact of hard foreign bodies, which are the foreign bodies generally around stones and fragments of screws, Courage ¬ tern, washers and the like is lying on the start and the runway.
Trifft ein Fremdkörper beispielsweise auf das Strahl¬ triebwerk, so zersplittert er häufig. Meist dringen diese Splitterstücke ebenfalls wie Objekte, die den Bläserbereich kollisionsfrei passiert haben, mit der Luftströmung tiefer in das Triebwerk ein. Hat das Triebwerk einen großen Nebenluft- strom, so kann ein Teil der Objekte das Triebwerk über diesen verlassen, ohne weitere wesentliche Schäden hervorzurufen. Der andere Teil gerät mit dem Kernluftström in den Niederdruckver¬ dichter und geht dort folgenschwere Kollisionen, vor allem mit den schnell rotierenden Laufschaufeln, ein. Hierbei liegt der Hauptschädigungsort , bedingt durch die Kinematik, ähnlich wie beim Bläser, im Bereich einer Anströmkante und der vorderen konkaven Profilseite. If a foreign body strikes the jet engine, for example, it often shatters . Mostly, these fragments also penetrate deeper into the engine as objects that have passed through the fan section collision-free, with the air flow. If the engine has a large flow of secondary air, some of the objects may leave the engine over it without causing further substantial damage. The other part comes with the Kernluftström in Niederdruckver ¬ dense and there is momentous collisions, especially with the rapidly rotating blades, one. Due to the kinematics, the main damage location is similar to the blower, in the area of a leading edge and the front concave profile side.
Die Schaufelelemente werden entsprechend massiv ausge¬ führt, um die Schaufelelemente bzw. die Laufschaufeln gegen¬ über Fremdkörperschäden zu schützen und die aus diesen im Be¬ trieb jeweils resultierende Rissbildung im Bereich der Schau¬ feln zu vermeiden. Der unerwünscht hohe Materialeinsatz erhöht ein Gesamtgewicht und auch Fertigungskosten eines Strahltrieb¬ werkes, was jedoch nicht erwünscht ist. The blade elements are correspondingly massive out ¬ leads to protect the blade elements or rotor blades against ¬ over foreign body damage and avoid from these at Be ¬ drove each resulting cracking in the shop ¬ feln. The undesirably high material usage increases a total weight and manufacturing costs of a jet ¬ drive, which is not desirable.
Um die Schaufelelemente diesbezüglich zu verbessern, ist dazu übergegangen worden, Laufschaufeln bzw. Schaufelelemente von Strahltriebwerken über geeignete Fertigungsprozesse nach- zuverfestigen, um die Laufschaufeln im Vergleich zu nicht nachverfestigten Laufschaufeln mit geringeren Bauteilabmessun¬ gen ausführen zu können bzw. die Festigkeit gegen Schwingungs¬ ermüdung zu erhöhen. Hierfür ist es bekannt, Laufschaufeln mittels Zangenwerk¬ zeugen bereichsweise zu walzen und in oberflächennahen Berei¬ chen Eigenspannungen in den Laufschaufeln zu erzeugen. Dabei wird jeweils ein der Strömung zugewandter Schaufelbereich durch einen Eingriff eines Walzwerkzeuges durch Festwalzen verfestigt. Hierbei werden üblicherweise in etwa 20 % der Oberfläche eines Schaufelelementes ausgehend von der Strö¬ mungseintrittskante des Schaufelelementes in Strömungsrichtung durch gleichzeitiges beidseitiges Walzen festgewalzt, wodurch eine hohe Oberflächengüte erreicht bzw. beibehalten wird und auch Verformungen dünnwandiger Profile vermieden werden. Um Eigenspannungssprünge und Rillen zu vermeiden, werden dabei - wie beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2011 007 223.3 der Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG beschrieben - Zangen¬ werkzeuge eingesetzt, welche während der Oberflächenverfesti¬ gung einen Bearbeitungsdruck variieren können. To this regard improve the blade elements has been gone over, blades or blade elements of jet engines on appropriate production processes demand solidify to run the blades compared to non nachverfestigten blades with lower Bauteilabmessun ¬ gen or the resistance to vibration ¬ fatigue to increase. For this purpose it is known to roll blades with pliers work ¬ testify regionally and generate ¬ chen in near-surface preparation residual stresses in the blades. In each case one of the flow facing blade area is solidified by an engagement of a rolling tool by deep rolling. Here, usually in about 20% of the surface of a blade element, starting from the Strö ¬ mung inlet edge of the blade element in the flow direction by simultaneous double-sided rolling, whereby a high surface quality is achieved or maintained and also deformations thin-walled profiles are avoided. 10 2011 007 223.3 of the Rolls-Royce Germany Ltd. & Co KG, for example in the patent application DE - - Pliers ¬ tools used, which can vary a processing pressure during Oberflächenverfesti ¬ supply to avoid internal stress cracks and grooves are doing.
Derartige Zangenwerkzeuge sind hinsichtlich eines maxima¬ len Einsatzdruckes ausgelegt, so dass diese Werkzeuge insge¬ samt sehr groß ausgebildet sind. Insbesondere bei komplex aus¬ gebildeten, zu verfestigenden Bauteilen, wie dies Laufschau¬ feln von Strahltriebwerken sind, ist der zur Verfügung stehen¬ de Raum zur Einführung des Zangenwerkzeugs beschränkt. Dement¬ sprechend kann mit dem für einen maximalen Einsatzdruck ausge¬ legten Zangenwerkzeug gegebenenfalls nicht der gesamte ge¬ wünschte Bereich des Bauteils verfestigt werden. Such pliers tools are designed with respect to a maxima ¬ len use pressure, so that these tools are in total made very large ¬ together. Especially with complex of ¬ formed to solidifying components, as are running show ¬ feln of jet engines, is restricted to be available ¬ de room for the introduction of the plier tool. Accordingly ¬ speaking can be solidified with the out for a maximum operating pressure ¬ loaded pliers tool may not be the entire ge ¬ desired area of the component.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu¬ grunde, ein Verfahren zur mechanischen Randzonenverfestigung innerhalb einer Bauteilrandzone eines Bauteils mit wenigstens einem Walzwerkzeug zur Verfügung zu stellen, mittels welchem auch bei komplex ausgebildeten Bauteilen gewünschte Bereiche verfestigt werden können. The present invention therefore has the object ¬ provide a method for the mechanical surface zone solidification within a component edge zone of a component with at least one rolling tool to provide, by means of which Even in complex trained components desired areas can be solidified.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. According to the invention this object is achieved by a method having the features of claim 1.
Es wird ein Verfahren zur mechanischen Randzonenverfesti¬ gung innerhalb einer Bauteilrandzone eines Bauteils mit we¬ nigstens einem Walzwerkzeug vorgeschlagen, wobei durch das wenigstens eine Walzwerkzeug mittels Festwalzens in oberflä¬ chennahen Bereichen des Bauteils Eigenspannungen eingebracht werden, und wobei während des Festwalzens jeweils ein Bereich des Bauteils zwischen Bereichen des wenigstens einen Walzwerk¬ zeuges angeordnet ist und zwei Seiten des Bauteils gleichzei¬ tig festgewalzt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bauteil von wenigstens zwei Walzwerkzeugen im Bereich des Verfestigungsbereichs festgewalzt wird, welche während des Festwalzens eine sich voneinander unterscheidende, jeweils wenigstens annähernd konstante Druckkraft auf das Bauteil aus¬ üben . It is nigstens proposed a rolling tool, a method for mechanical Randzonenverfesti ¬ supply within a component edge zone of a component with we ¬, wherein residual stresses are introduced by the at least one rolling tool by means of deep rolling in oberflä ¬-near regions of the component, and wherein during the deep rolling in each case a portion of the Component between areas of at least one rolling mill ¬ tool is arranged and two sides of the component simultane- ously be tig grinded. According to the invention it is provided that the component of at least two rolling tools in the region of the solidification range is deep rolled, which exert a differing from each other, in each case at least approximately constant pressure force to the component made ¬ during the deep rolling.
Dadurch, dass wenigstens zwei Walzwerkzeuge zur Randzo¬ nenverfestigung eines Bauteils eingesetzt werden, welche je¬ weils zur Aufbringung einer wenigstens annähernd konstanten Druckkraft ausgebildet sind, können diese hinsichtlich der jeweils spezifischen Druckkraft ausgelegt werden und müssen keine Einrichtungen zur Druckvariation aufweisen, so dass die Walzwerkzeuge sowie deren Versorgungs-, Steuerungs- und Rege¬ lungseinheiten sehr einfach und kostengünstig ausgebildet wer¬ den können. The fact that at least two rolling tools are used for Randzo ¬ nenverfestigung a component, each ¬ Weil applied for applying an at least approximately constant pressure force, they can be designed with respect to the specific pressure force and need not have means for pressure variation, so that the rolling tools and their supply, control and Regi ¬ treatment units very easily and inexpensively trained who ¬ can.
Dementsprechend können die bei dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren eingesetzten Walzwerkzeuge kleiner als bekannte Walz- Werkzeuge dimensioniert werden. Hierdurch ist insbesondere bei komplex ausgebildeten Bauteilen eine bessere Zugänglichkeit der Walzwerkzeuge zu dem wenigstens einen Verfestigungsbereich geschaffen und eine Kollisionsgefahr des jeweiligen Walzwerk¬ zeugs mit anderen Bauteilen oder anderen Flächen des zu bear¬ beitenden Bauteils ist reduziert. Ferner kann durch die klein dimensionierten Walzwerkzeuge gegebenenfalls ein sich weiter von einem Randbereich des Bauteils erstreckender Eingriff in das Bauteil als bei bekannten Walzwerkzeugen vorgenommen wer¬ den . Accordingly, the rolling tools used in the method according to the invention can be smaller than known rolling tools. Tools are sized. This results in a better accessibility of the rolling tools is provided to the at least one bonding area, in particular in complex formed components and a risk of collision of the respective rolling mill ¬ zeugs with other components or other surfaces of the component to bear ¬ beitenden is reduced. Further, by the small-sized rolling tools optionally further extending from an edge region of the component engaging in the component as in known rolling tools made ¬ who.
Grundsätzlich können die einzelnen Walzwerkzeuge sequen¬ tiell, d. h. nacheinander eingesetzt werden. Um eine Bearbei¬ tungszeit zu reduzieren ist es aber auch denkbar, die einzel¬ nen Walzwerkzeuge zumindest teilweise gleichzeitig einzuset¬ zen . Basically, the individual rolling tools can sequenced ¬ tially, that are used in succession. To reduce machining ¬-up time but it is also conceivable that individual ¬ nen rolling tools at least partly simultaneously einzuset ¬ zen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind Bauteile im Vergleich zu nicht nachverfestigten Bauteilen mit geringerem Materialeinsatz und somit kleinerem Gesamtgewicht bei gleicher oder höherer Beständigkeit gegenüber Fremdkörperschäden sowie Schwingungsbelastungen ausführbar . By the method according to the invention components compared to nichtververfestigten components with lower material usage and thus smaller total weight with the same or higher resistance to foreign body damage and vibration loads executable.
Insgesamt sind Bauteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren festgewalzt werden, robust hinsichtlich einer Overall, components that are solid-rolled by the method according to the invention, robust in terms of a
Rissentstehung, einer Rissausbreitung, Erosionsschäden und Fremdkörperschäden, da das Bauteil durch die Oberflächenver¬ festigung widerstandsfähiger ist und eine höhere Lebensdauer aufweist . Crack initiation, crack propagation, erosion damage and foreign body damage, since the component is more resistant by the Oberflächenver ¬ fortification and has a longer service life.
Durch den Festwalzvorgang wird eine Oberfläche des Bau¬ teils zudem geglättet, wodurch in einem Einsatz, beispielswei¬ se von einem Fluid umströmte Bauteile einen sehr guten Wir- kungsgrad aufweisen. Durch die glatte und kaltverfestigte Oberfläche liegen nur sehr wenige Kerbgründe vor und die Ober¬ fläche ist besonders widerstandsfähig gegen Beschädigungen. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Lebensdauer des Bau¬ teils aus. By the deep rolling process, a surface of the construction ¬ is partly also smoothed out, creating, beispielswei ¬ se in an insert around which flow from a fluid components a very good we- kungsgrad have. The smooth-hardened surface are very few notch roots and the tops ¬ surface is particularly resistant to damage. This in turn has a positive effect on the life of the building ¬ partly out.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt insbesondere zur Randzonenverfestigung von Laufschaufeln eines Schaufelrads für ein Strahltriebwerk zum Einsatz, wobei die Laufschaufeln form¬ schlüssig mit einem Scheibenrad verbunden werden können oder integral mit einem Scheibenrad ausgebildet sein können. Derar¬ tige Laufschaufeln weisen komplexe Freiformgeometrien auf, welche schwer zugänglich sind. Durch die besonders kleine Aus¬ bildung der Walzwerkzeuge ist eine Bearbeitung von Laufschau¬ feln beispielsweise auch in der Anströmkante abgewandten Be¬ reichen, im Bereich einer Schaufelspitze, im Bereich der Fil- let, d. h. in einem Übergangsbereich zwischen einem Schaufel¬ blatt und einem Schaufelfuß, möglich. Es können auch mehrere dieser Bereiche in Kombination bearbeitet werden. Durch das Festwalzen der Oberflächen der Laufschaufeln werden des Weite¬ ren Spannungssprünge vermieden und die Beständigkeit gegenüber Schwingungsbelastungen auf einfache Art und Weise verbessert. The method according to the invention is used in particular for edge zone consolidation of rotor blades of a blade wheel for a jet engine, wherein the rotor blades can be connected in a form- fitting manner to a disk wheel or can be formed integrally with a disk wheel. Derar ¬ ed blades have complex free-form geometries, which are difficult to access. Owing to the particularly small From ¬ formation of the rolling tools is a processing of run show ¬ feln example, in the leading edge facing away from Be ¬ rich, let the region of a blade tip in the area of FIL, that in a transition region between a blade ¬ blade and a blade root , possible. You can also edit several of these areas in combination. Due to the deep rolling of the surfaces of the blades, the wide ¬ ren voltage jumps are avoided and improves the resistance to vibration loads in a simple manner.
Die Laufschaufel wird bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Bereich einer Anströmkante festgewalzt. Die Form des festzuwalzenden Bereichs ist dabei frei wählbar und kann beispielsweise im Wesentlichen recht¬ eckig geformt sein und direkt an der Anströmkante beginnen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Behandlung eines schadhaften, beispielsweise von einem Festkörper getroffenen Bereiches, eingesetzt werden, wobei der von den Walzwerkzeugen behandelte Bereich den schadhaften Bereich insbesondere voll¬ ständig einschließt. Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein erster Bearbeitungsbereich des Bauteils in einem ersten Bearbeitungsschritt mit einer ersten Druckkraft von einem ersten Walzwerkzeug festgewalzt und an¬ schließend ein zweiter, zumindest einen Randzonenbereich des ersten Bearbeitungsbereichs des Bauteils zumindest bereichs¬ weise, insbesondere vollständig und/oder überlappend, umfas¬ sender Bearbeitungsbereich des Bauteils in einem zweiten Bear¬ beitungsschritt mit einer gegenüber der ersten Druckkraft re¬ duzierten zweiten Druckkraft von einem zweiten Walzwerkzeug festgewalzt. Durch die Bearbeitung des Randzonenbereichs des ersten Bearbeitungsbereichs können Eigenspannungssprünge an einem Übergang zwischen einem von einem Walzwerkzeug behandel¬ ten Bereich und einem unbehandelten Bereich stark reduziert werden . The blade is solidly rolled in an advantageous embodiment of the method according to the invention in the region of a leading edge. The shape of the festzuwalzenden range can be freely selected and may for example be substantially rectangular-shaped and square ¬ start directly at the leading edge. The method according to the invention can also be used for the treatment of a damaged area, for example a solid body, whereby the area treated by the rolling tools in particular fully fully encloses the defective area. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, a first processing region of the component is first deep rolled in a first machining step with a first pressing force by a first roller tool and ¬ closing a second, at least, at least as a rim area of the first processing area of the component region ¬, in particular completely, and / or overlapping, umfas ¬ transmitter processing section of the component in a second Bear ¬ beitungsschritt with respect to the first pressing force ¬ re duced second pressing force by a second rolling tool deep rolled. By processing the edge zone region of the first processing region, residual stress jumps at a transition between a region treated by a rolling tool and an untreated region can be greatly reduced.
Eigenspannungssprünge können weiter reduziert werden, wenn wenigstens ein weiterer, zumindest einen Randzonenbereich des zweiten Bearbeitungsbereichs des Bauteils zumindest be¬ reichsweise, insbesondere vollständig und/oder überlappend, umfassender Bearbeitungsbereich des Bauteils mit einer gegen¬ über der zweiten Druckkraft jeweils reduzierten Druckkraft festgewalzt wird. Je mehr Bearbeitungsbereiche vorgesehen sind und je kleiner die Druckunterschiede zwischen den jeweiligen Bearbeitungsbereichen gewählt werden, desto geringer sind die Eigenspannungssprünge und desto gleichmäßiger sind die jewei¬ ligen Übergänge. Residual stress jumps can be further reduced if at least one further, at least one edge zone region of the second processing region of the component is at least be ¬ rich, in particular completely and / or overlapping, comprehensive machining region of the component with a ¬ against the second pressure force respectively reduced compressive force is rolled. The more machining areas are provided and the smaller the pressure differences between the respective processing areas are selected, the lower the residual stress cracks and the more uniform are the jewei ¬ then transitions.
Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Walzwerkzeuge derart gegenüber dem Bau¬ teil geführt, dass ein Abstand zwischen Randzonen der jeweili¬ gen Bearbeitungsbereiche des Bauteils über deren Verlauf we- nigstens annähernd konstant ist. Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass die Walzwerkzeuge derart gegenüber dem Bauteil geführt werden, dass ein Abstand zwischen Randzo¬ nen der jeweiligen Bearbeitungsbereiche des Bauteils über de¬ ren Verlauf variiert. Auch kann es vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Randzonen wenigstens annä¬ hernd konstant ist, sich aber von einem Abstand zwischen zwei anderen benachbarten Randzonen unterscheidet. Dies kann insbe¬ sondere zur Reduzierung einer Kerbwirkung und von Spannungs¬ sprüngen vorteilhaft sein, so dass die Gefahr einer Rissent¬ stehung reduziert werden kann. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the rolling tools are guided relative to the building ¬ part, that a distance between edge zones of the respec ¬ ver processing areas of the component on the course we- at least approximately constant. Alternatively, it can also be provided that the rolling tools are guided in such a way relative to the component such that a distance between Randzo ¬ NEN the respective processing areas of the component via de ¬ ren course varied. Also, it may be provided that the distance between two adjacent edge zones is Annae ¬ hernd least constant, but is different from a distance between two other adjacent edge zones. This can be advantageous in particular ¬ sondere for reducing stress concentration and stress ¬ jumps, so that the risk of Rissent ¬ stehung can be reduced.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann es auch vorge¬ sehen sein, dass zunächst ein erster Bearbeitungsbereich des Bauteils in einem ersten Bearbeitungsschritt mit einer ersten Druckkraft von einem ersten Walzwerkzeug festgewalzt und an¬ schließend ein zweiter teilweise, insbesondere vollständig von dem ersten Bearbeitungsbereich umfasster Bearbeitungsbereich des Bauteils in einem zweiten Bearbeitungsschritt mit einer gegenüber der ersten Druckkraft erhöhten zweiten Druckkraft von einem zweiten Walzwerkzeug festgewalzt wird. Auch durch diese Bearbeitungsreihenfolge können Eigenspannungssprünge an einem Übergang zwischen einem von einem Walzwerkzeug behandel¬ ten Bereich und einem unbehandelten Bereich stark reduziert werden . In an inventive method, it can be seen also pre ¬ that initially a first processing region of the component hardened by rolling in a first processing step at a first pressure force from a first roller tool and ¬ closing a second partially, in particular completely encompassed by the first processing area processing region of the component is rolled in a second processing step with a relation to the first pressure force increased second compressive force of a second rolling tool. Even with this processing sequence, residual stress jumps at a transition between a region treated by a rolling tool and an untreated region can be greatly reduced.
Auch bei dieser Reihenfolge der Druckeinbringung können Eigenspannungen besonders effektiv reduziert und ein besonders gleichmäßiger Übergang zwischen einem festgewalzten Bereich und einem unbehandelten Bereich geschaffen werden, wenn we¬ nigstens ein weiterer Bearbeitungsbereich des Bauteils mit einer gegenüber der zweiten Druckkraft erhöhten Druckkraft festgewalzt wird, wobei dieser zumindest teilweise, insbeson- dere vollständig von dem zweiten Bearbeitungsbereich umfasst wird. Je mehr Bearbeitungsbereiche vorgesehen sind und je ge¬ ringer der Druckunterschied ist, desto größer ist dieser Ef¬ fekt . Also in this order of the pressure introduction residual stresses can be particularly effectively reduced and a more uniform transition between a fixed-rolled portion and an untreated region not be obtained if we ¬ nigstens another processing area of the component is firmly rolled with a respect to the second pressing force increased pressure force, wherein said at least partially, in particular which is completely covered by the second processing area. The more processing areas are provided and the ge ¬ ringer the pressure difference is, the greater is this Ef ¬ effect.
Bei einer durch einen geringen Steuer- und Regelaufwand gekennzeichneten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Oberflächen des Bauteils durch sequentielles radia¬ les bzw. sequentielles axiales Abfahren zumindest bereichswei¬ se festgewalzt. Alternativ hierzu können die Oberflächen des Bauteils auch durch beliebige Fahrwege des jeweiligen Walz¬ werkzeugs festgewalzt werden, wobei es sich als besonders ef¬ fektiv erwiesen hat, wenn der Festwalzvorgang insbesondere jeweils in einer mäanderförmigen Bewegung des jeweiligen Walz¬ werkzeugs gegenüber dem Bauteil durchgeführt wird. In a marked by a low control and regulating effort variant of the inventive method, the surfaces of the component to be deep rolled at least bereichswei ¬ se by sequentially radia ¬ les or sequential axial retraction. Alternatively, the surfaces of the component can be rolled by any routes of the respective roll ¬ tool, it has proved to be particularly ef ¬ fectively when the deep rolling process particularly in a meandering movement of the respective roller ¬ is tool carried out relative to the component.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfin¬ dungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Wei¬ terbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Ein¬ schränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich bei¬ spielhaften Charakter auf. Both the features specified in the claims and the features specified in the following embodiment of the inventions ¬ inventive article are each suitable alone or in any combination with each other to further develop the subject invention. The respective combinations of features provide in terms of Wei ¬ terbildung of the subject of the invention, no limitation ¬ A, but instead have to just play with ¬ like character essentially.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentan¬ sprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel. Further advantages and advantageous embodiments of the inventive subject matter will emerge from the patent applica ¬ claims and the embodiment described in principle below with reference to drawings.
Es zeigt: Fig. 1 eine stark schematisierte Längsschnittansicht eines Strahltriebwerks mit mehreren Schaufelrä¬ dern; It shows: 1 is a highly schematic longitudinal sectional view of a jet engine with several Schaufelrä ¬ countries;
Fig. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Schau¬ felrads der Fig. 1 mit mehreren Laufschaufeln; 2 is an enlarged detail view of a show ¬ felrads of Figure 1 with multiple blades.
Fig. 3 eine vereinfachte Ansicht einer Laufschaufel des Schaufelrads der Fig. 2, wobei die Lauf¬ schaufel im Bereich einer Anströmkante festge¬ walzt ist; und Figure 3 is a simplified view of a blade of the impeller of Figure 2, wherein the running ¬ shovel is Festge ¬ rolls in the region of a leading edge..; and
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht der Lauf¬ schaufel, wobei zwei Bearbeitungsstrategien zum Festwalzen der Laufschaufel gezeigt sind. Fig. 4 is a view corresponding to FIG. 3, the run ¬ scoop, wherein two processing strategies for deep rolling of the blade are shown.
In Fig. 1 ist ein Strahltriebwerk 1 in einer Längs¬ schnittansicht gezeigt. Das Strahltriebwerk 1 ist mit einem Einlaufbereich 3 ausgeführt, an den sich stromab ein Bläser 4 in an sich bekannter Art und Weise anschließt. Wiederum strom¬ ab des Bläsers 4 teilt sich der Fluidstrom im Strahltrieb¬ werk 1 in einen Nebenstrom und einen Kernstrom auf, wobei der Nebenstrom durch einen Nebenstromkanal 2 und der Kernstrom in einen Triebwerkskern 5 strömt, der wiederum in an sich bekann¬ ter Art und Weise mit einer Verdichtereinrichtung 6, einem Brenner 7 und einer Turbineneinrichtung 8 ausgeführt ist. In Fig. 1, a jet engine 1 is shown in a longitudinal ¬ sectional view. The jet engine 1 is designed with an inlet region 3, which is followed downstream by a fan 4 in a manner known per se. Again stream ¬ from the fan 4, the fluid stream splits in the jet engine ¬ factory 1 in a side stream and a core stream, the side stream flows through a bypass channel 2 and the core stream into an engine core 5, which in turn in ¬ ter ¬ ter type and Way with a compressor device 6, a burner 7 and a turbine device 8 is executed.
In Fig. 2 ist eine vergrößerte Einzelansicht eines Schau¬ felrads 9 der Verdichtereinrichtung 6 dargestellt, welches einen ringförmigen Grundkörper 10 und mehrere über den Umfang verteilte Laufschaufeln 11 umfasst, die sich im Wesentlichen vom Grundkörper 10 radial erstrecken. Die Laufschaufeln 11 können dabei einstückig mit dem Grundkörper 10 gebildet sein und eine so genannte Blisk, d. h. eine integral beschaufelte Rotor-Konstruktion darstellen. Der Begriff Blisk setzt sich aus den englischen Worten „Blade" für Schaufel und „Disk" für Scheibe zusammen. Die Scheibe bzw. der ringförmige Grundkörper 10 sowie die Laufschaufeln 11 sind aus einem Stück gefertigt. Die Laufschaufeln des integral beschau¬ felten Schaufelrads 9 sind vorteilhafterweise mit geringerem Abstand zueinander anordenbar, wodurch eine maximal mögliche Verdichtung und der Wirkungsgrad verbesserbar sind. In Fig. 2 is an enlarged detail view of a Schau ¬ felrads 9 of the compressor device 6 is shown, which comprises an annular base body 10 and a plurality of circumferentially distributed blades 11, which extend substantially from the base body 10 radially. The rotor blades 11 may be integrally formed with the base body 10 and constitute a so-called blisk, ie an integrally bladed rotor construction. The term blisk is composed of the English words "blade" for shovel and "disk" for disc. The disc or the annular base body 10 and the blades 11 are made of one piece. The blades of the integrally beschau ¬ felten paddle wheel 9 are advantageously arranged with a smaller distance from each other, whereby a maximum possible compression and efficiency can be improved.
Alternativ hierzu können die Laufschaufeln auch Schaufel¬ füße aufweisen und mit diesen in in dem Grundkörper 10 vorge¬ sehene Nuten eingeschoben und hierdurch austauschbar mit dem Grundkörper 10 bzw. Scheibenrad verbunden werden. Alternatively, the blades can also have blade ¬ feet and inserted in the latter in the base body 10 provided ¬ provided grooves and thereby be interchangeably connected to the base body 10 and disk wheel.
Um die Verdichtereinrichtung 6 bzw. das Schaufelrad 9 ge¬ genüber Fremdkörperschäden und auch Schwingungsbelastungen bei gleichzeitig geringem Eigengewicht stabil auszuführen, werden in die Laufschaufeln 11 über jeweils zwischen benachbarte Laufschaufeln 11 eingreifende, insbesondere zangenförmige Walzwerkzeuge innerhalb einer oberflächennahen Bauteilrandzone in einem Festwalzvorgang Eigenspannungen eingebracht. Jeweils ein im Bereich einer Anströmkante 13 der Laufschaufel 11 ange¬ ordneter Verfestigungsbereich 14 der Laufschaufeln 11 wird vorliegend beidseitig, d. h. gleichzeitig sowohl auf einer Saug- als auf einer Druckseite der Laufschaufel 11 festge¬ walzt . To run the compressor means 6 and the paddle wheel 9 ge ¬ genüber foreign object damage and also vibration loads at the same time low weight stable, are introduced into the moving blades 11 via respectively between adjacent rotor blades 11 engaging, in particular pincer-like rolling tools within a near-surface component edge zone in a fixed rolling process residual stresses. Each a is in the range of a leading edge 13 of the blade 11 is disposed ¬ solidification region 14 of the blades 11 is present on both sides, ie Festge rolls ¬ simultaneously on both a suction than on a pressure side of the blade. 11
Durch das Festwalzen der Oberflächen der Laufschaufeln 11 werden jeweils oberflächennahe Bereiche der Laufschaufel 9 durch Erhöhen der Versetzungsdichte verfestigt und die Rand- Schicht der Laufschaufeln 11 gehärtet. Die Härtung der Rand¬ schicht verringert das Risiko von Anrissen, die aus einer Fremdkörperschädigung sowie aus Schwingungsbelastungen resul¬ tieren. Darüber hinaus führen die ins Material durch das Fest¬ walzen eingebrachten Druckeigenspannungen im Bereich der Lauf¬ schaufel 11 dazu, dass diese nach Bildung eines Risses einem Rissfortschritt entgegenwirken und somit einen positiven Ef¬ fekt hinsichtlich der Dauerschwingfestigkeit und damit bezüg¬ lich der Lebensdauer des Strahltriebwerkes 1 haben. The deep rolling of the surfaces of the rotor blades 11 respectively solidify areas of the rotor blade 9 near the surface by increasing the dislocation density and Layer of the blades 11 hardened. The curing of the edge ¬ layer reduces the risk of cracks, which resul ¬ animals from a foreign object damage as well as from vibration loads. In addition, the introduced compressive residual stresses into the material through the solid ¬ rollers guide the region of the running ¬ blade 11 means that this counter, and after formation of a crack a crack propagation thus a positive Ef ¬ fect as regards the fatigue strength and thus bezüg ¬ Lich the life of the jet engine 1 have.
Des Weiteren weisen die Laufschaufeln 11 durch den Fest- walzprozess eine hohe Oberflächengüte mit einer geringen Ober¬ flächenrauheit auf, die einen positiven Effekt auf die aerody¬ namische Güte der Laufschaufeln 11 sowie des gesamten Schau¬ felrades 9 ohne das Erfordernis eines weiteren, sich an den Verfestigungsprozess anschließenden Prozessschrittes zur Glät¬ tung der Oberfläche hat. 11 further have the rotor blades by the fixed rolling process a high surface quality on with a small upper ¬ surface roughness which has a positive effect on the Aerody ¬ namic quality of the blades 11 and the entire show ¬ felrades 9 without the need of a further, at the solidification process subsequent process step for Glät ¬ tion of the surface has.
Zur Durchführung des Festwalzprozesses sind nicht näher ersichtliche Walzwerkzeuge vorgesehen, welche grundsätzlich in an sich bekannter Art und Weise ausgeführt sind und in jedes bekannte Bearbeitungszentrum integrierbar sind. To carry out the deep rolling process, rolling tools which are not shown in more detail are provided, which are basically designed in a manner known per se and can be integrated into any known machining center.
Die Walzwerkzeuge sind jeweils zur Ausübung einer kon¬ stanten Druckkraft auf die Laufschaufel 11 ausgebildet, so dass das jeweilige Walzwerkzeug hinsichtlich dieser Druckkraft ausgelegt werden kann. Die Walzwerkzeuge, die zur Ausübung einer geringen Walzkraft ausgebildet sind, können entsprechend klein dimensioniert werden, so dass mit diesen ein tiefer Ein¬ griff in die Laufschaufeln 11 ermöglicht ist und eine Kollisi¬ onsgefahr des jeweiligen Walzwerkzeugs beispielsweise mit Oberflächen von benachbarten Laufschaufeln 11 verringert ist. In Fig. 3 ist stark vereinfacht eine Laufschaufel 11 ge¬ zeigt, deren Oberfläche im Bereich der Anströmkante 13 mit vorliegend vier Walzwerkzeugen nacheinander festgewalzt wurde. Der Verfestigungsbereich 14 weist vorliegend eine im Wesentli¬ chen rechteckige Form auf, welche direkt an die Anströmkan¬ te 13 grenzt und hier jeweils einen Abstand sowohl zu Tip als auch zu einem Übergangsbereich 12 zu einem Schaufelfuß 26 auf¬ weist. Der Verfestigungsbereich kann aber prinzipiell eine beliebige Form aufweisen oder die gesamte Oberfläche der Lauf¬ schaufel 11 umfassen. The rolling tools are each designed to exert a con ¬ constant pressure force on the blade 11, so that the respective rolling tool can be designed with respect to this pressure force. The rolling tools which are designed to exert a small roll separating force may be correspondingly small dimensions, so that a deeper A ¬ reached into the blades 11 permits these and a Kollisi ¬ onsgefahr of the respective rolling tool is reduced, for example, with surfaces of adjacent blades 11 , In FIG. 3, a blade 11 is shown in a highly simplified manner , the surface of which has been firmly rolled successively in the area of the leading edge 13 with four rolling tools in the present case. The solidification region 14 here has a rectangular Wesentli ¬ chen form which is directly adjacent to the Anströmkan ¬ te here 13 and each has a distance to both tip and a transition region 12 to a blade root 26 on ¬. But the solidification range can in principle have any shape or cover the entire surface of the running ¬ shovel. 11
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Verfestigungsbe¬ reich 14 im Bereich eines Einschlags eines Schadkörpers ange¬ ordnet ist, um die Auswirkung des Einschlags zu vermindern. It can also be provided that is Verfestigungsbe ¬ ¬ rich 14 is arranged in the area of an impact of a harmful body in order to reduce the effect of impact.
Mittels einer zangenförmigen Ausführung der Walzwerkzeuge ist eine Behandlung von Laufschaufeln 11 von Tip bis Fillet möglich, wobei ein gleichzeitiges Festwalzen der Druck- und Saugseiten von Laufschaufeln zur Vermeidung eines eigenspan- nungsbedingten Verzuges vorgesehen ist. By means of a pincer-shaped design of the rolling tools, a treatment of moving blades 11 from tip to fillet is possible, wherein a simultaneous deep rolling of the pressure and suction sides of moving blades is provided to avoid a stress induced distortion.
Ein der Anströmkante 13 zugewandter erster Bearbeitungs¬ bereich 16, welcher einen Hauptverfestigungsbereich darstellt, wird von einem ersten Walzwerkzeug mit einer gewünschten ers¬ ten Druckkraft bearbeitet. Um Eigenspannungssprünge zwischen dem ersten Bearbeitungsbereich 16 und einem daran angrenzenden unbearbeiteten Bereich der Laufschaufel 11 zu vermeiden bzw. zu reduzieren, wird anschließend ein den ersten Bearbeitungs¬ bereich 16 umfassender zweiter Bearbeitungsbereich 17 von ei¬ nem zweiten Walzwerkzeug, welches eine gegenüber der ersten Druckkraft reduzierte Druckkraft ausübt, festgewalzt. Der zweite Bearbeitungsbereich 17 umfasst dabei insbesondere eine Randzone 18 des ersten Bearbeitungsbereichs 16, so dass sich der zweite Bearbeitungsbereich 17 vorliegend sowohl in eine der Anströmkante 13 abgewandte Richtung, in Richtung eines Schaufelfußes als auch in Richtung einer oberen Kante 25 der Laufschaufel 11 weiter erstreckt als der erste Bearbeitungsbe¬ reich 16. One of the leading edge 13 facing the first processing ¬ area 16, which is a main solidification range is processed by a first rolling tool with a desired ers ¬ th compressive force. In order to avoid or residual stress cracks between the first processing area 16 and an adjacent untreated portion of the blade 11 to reduce, then a first processing ¬ region 16 comprehensive second processing area 17 of ei ¬ nem second roller tool, which reduced a opposite the first compressive force Pressure exerts hard-rolled. In this case, the second processing region 17 in particular comprises an edge zone 18 of the first processing region 16, so that the second processing section 17 facing away from the present case both in a direction of the leading edge 13, extends further in the direction of a blade root and in the direction of an upper edge 25 of the blade 11 than the first Bearbeitungsbe ¬ rich sixteenth
Dieses Vorgehen wird mit einem dritten Walzwerkzeug und einem vierten Walzwerkzeug wiederholt, wobei die auf die je¬ weilige Laufschaufel 11 ausgeübte Druckkraft immer weiter re¬ duziert wird. Der dritte Bearbeitungsbereich 19 bzw. vierte Bearbeitungsbereich 20 umfassen dabei eine Randzone 21 bzw. 22 des jeweils vorherigen Bearbeitungsbereichs 18 bzw. 19. This procedure is repeated with a third rolling tool and a fourth tool roll, wherein the pressure force exerted on the depending ¬ stays awhile blade 11 is continually re ¬ duced. The third processing region 19 or fourth processing region 20 in this case comprise an edge zone 21 or 22 of the respectively preceding processing region 18 or 19.
Je geringer die Druckunterschiede zwischen den einzelnen Walzwerkzeugen sind, von denen auch nur zwei oder drei oder mehr als vier für eine entsprechende Anzahl von Bearbeitungs¬ bereichen zum Einsatz kommen können, desto effektiver werden die Eigenspannungssprünge zwischen den Bearbeitungsbereichen 16, 17, 19, 20 und dem unbearbeiteten Bereich durch einen ge¬ ringen Druckgradienten reduziert. Durch die plastischen Ver¬ formungen hervorgerufene Walzspuren können hierdurch reduziert werden und ein gleichmäßiger Übergang zwischen bearbeiteten Bereichen und unbearbeiteten Bereichen der Laufschaufeln 11 kann erzielt werden. The residual stress cracks between the machining areas 16, 17, 19, 20 are the smaller the pressure differences between the individual rolling tools are, of which also can be used for a corresponding number of processing ¬ areas only two or three or more than four, the more effective and reduced to the unprocessed area by a ge ¬ wrestle pressure gradient. Due to the plastic deformations caused Ver ¬ roller marks can thereby be reduced, and a smooth transition between areas processed to unprocessed portions of the blades 11 can be achieved.
Die jeweiligen Walzwerkzeuge werden in der vorliegenden Ausführung jeweils in einer in der Fig. 4 schematisch gezeig¬ ten mäanderförmigen Bewegungsbahn entlang der Pfeile PI bzw. P2 gegenüber der Laufschaufeln 11 bewegt, wobei Überlappungs¬ grade von insbesondere größer als 60 % zwischen benachbarten Bewegungsbahnen vorgesehen sind. Eine Hauptbewegungsrichtung des jeweiligen Walzwerkzeugs kann sich dabei von der oberen Kante 25 bzw. von Tip des Laufrades 11 in Richtung des Schau¬ felfußes 26 oder umgekehrt erstrecken. The respective rolling tools are moved in the present embodiment, respectively in a meandering in the Fig. 4 schematically gezeig ¬ th path of movement along the arrows PI and P2 with respect to the blades 11, wherein overlap ¬ are just provided of, in particular greater than 60% between adjacent trajectories , A main direction of movement of the respective rolling tool may be from the upper Edge 25 or tip of the impeller 11 in the direction of the Schau ¬ felfußes 26 or vice versa.
Der zweite, dritte und/oder vierte Bearbeitungsbe¬ reich 17, 19, 20 kann einerseits den gesamten vorherigen Bear¬ beitungsbereich 16, 17, 19 oder lediglich die Randzone 18, 21, 22 des vorherigen Bearbeitungsbereichs 16, 17, 19 umfassen. Abstände zwischen den Randzonen 18, 21, 22, 23 der jeweiligen Bearbeitungsbereiche 16, 17, 19, 20 sind vorliegend im Wesent¬ lichen konstant, wobei diese je nach Anwendungsfall variieren können . The second, third and / or fourth Bearbeitungsbe ¬ rich 17, 19, 20 may comprise on the one hand the entire previous Bear ¬ beitungsbereich 16, 17, 19 or only the edge zone 18, 21, 22 of the previous processing portion 16, 17, 19th Distances between the edge zones 18, 21, 22, 23 of the respective processing sections 16, 17, 19, 20 are present in Wesent ¬ union constant, which may vary depending on the application.
Neben der beschriebenen Reihenfolge des Einsatzes der Walzwerkzeuge können diese auch in umgekehrter Reihenfolge zum Einsatz kommen, wobei zunächst der vierte Bearbeitungsbe¬ reich 20 mit dem geringsten Bearbeitungsdruck festgewalzt wird und am Ende der erste Hauptverfestigungsbereich 16 mit dem ersten Walzwerkzeug festgewalzt wird. In addition to the described order of use of the rolling tools, these can also be used in reverse order, wherein first the fourth Bearbeitungsbe ¬ rich 20 is rolled with the lowest processing pressure and at the end of the first main bonding region 16 is firmly rolled with the first rolling tool.
Neben der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfestigung im Bereich von Laufschaufeln von Schaufelrädern von Strahltriebwerken kann das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell zur Verfestigung von Oberflächen von sämtlichen Bauteilen eingesetzt werden, welche beidseitig von einem Walz¬ werkzeug umfasst werden können. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dünnwandige Bereiche des jeweili¬ gen Bauteils behandelt werden. Bezugszeichenliste In addition to the use of the inventive method for solidification in the field of blades of blade wheels of jet engines, the inventive method can in principle be used for solidification of surfaces of all components, which can be covered on both sides of a rolling ¬ tool. In particular, thin-walled areas of jeweili ¬ gen component can be treated with the inventive method. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Stahltriebwerk Jet engine
Nebenstromkanal Bypass duct
Einlaufbereich intake area
Bläser blowers
Triebwerkskern Engine core
Verdichtereinrichtung compressor means
Brenner burner
Turbineneinrichtung The turbine apparatus
Schaufelrad paddle wheel
Grundkörper body
Laufschaufel blade
Anströmkante leading edge
Verfestigungsbereich consolidation area
erster Bearbeitungsbereich first processing area
zweiter Bearbeitungsbereich second processing area
Randzone des ersten Bearbeitungsbereichs dritter Bearbeitungsbereich Edge zone of the first edit area Third edit area
vierter Bearbeitungsbereich fourth processing area
Randzone des zweiten Bearbeitungsbereichs Randzone des dritten Bearbeitungsbereichs Randzone des vierten Bearbeitungsbereichs obere Kante des Laufrads Edge zone of the second machining area Edge zone of the third machining area Edge zone of the fourth machining area Upper edge of the running wheel
Schaufelfuß blade
Pfeile arrows
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