EP0124571A1 - Methode et appareil pour supprimer les contraintes residuelles internes instables a l'aide des vibrations - Google Patents
Methode et appareil pour supprimer les contraintes residuelles internes instables a l'aide des vibrationsInfo
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Abstract
Méthode et appareil destinés à la suppression des contraintes internes résiduelles instables, et à la stabilisation dimensionnelle des pièces fabriquées en utilisant des matériaux solides, ayant une structure cristalline. Dans ce but, l'appareil est formé d'une chaîne d'excitation, d'une chaîne d'analyse, et d'un ordinateur qui interprète le signal analysé, et en fonction de celui-ci commande la chaîne d'excitation, le résultat étant visualisé sur un affichage, et enregistré graphiquement sur un diagramme - certificat de qualité. La règle de vibration est préétablie sous la forme d'un programme dans la mémoire de l'ordinateur ou établie sur place. L'apparail peut être réalisé en variante mobile pour les grandes pièces ou en variante stationnaire pour les petites pièces, le détensionnage pouvant être réalisé à la place optimale du point de vue de l'utilisateur.
Description
METHODE ET APPAREIL POUR SUPPRIMER LES CONTRAINTES RESIDUELLES INTERNES INSTABLES A L'AIDE DES VIBRATIONS
Domaine technique
L' invention se rapporte à une méthode et à un appareil pour supprimer les contraintes résiduelles internes instables à l'aide des vibrations produites par une source à fréquence variable, qui peuvent être appliqués aux différentes pièces des domaines industriels différents.
Technique anterieure
On cennaît des méthodes pour la réduction des contraintes résiduelles internes instables des différentes structures métalliques qui consistent en application de l'énergie vibratoire à variation discontinue de la fréquence sur la pièce, les fréquences de vibration s'établissant fonction des changements brusques de la réponse dynamique de la pièce. La vibration s'execute jusqu'à ce que la grandeur des changements respectives soit substantiellement reduite, le domaine de vibration étant compris de O à 150 Hz.
Ces procédés ont l'inconvénient que la vibration est produite à une ou plusieurs fréquences fixes et n'ont pas en vue que la fréquence de résonnance se modifie pendant le processus de détensionnement, en perturbant le transfert d'énergie de l'excitateur à la pièce.
Exposé de l'invention
La méthode, selon l'invention élimine les désavantages de l'art antérieur, car, en vue d'optimiser le régime de vibration et de la durée de vibration pour supprimer les contraintes résiduelles internes instables, consiste en l'évaluation de l'état tensionnel par la comparaison des deux réponses dynamiques successives et la vibration répétée a fréquence variable de la pièce jusqu'à la minimalisation des différences entre les deux réponses dynamiques successives, le régime de la vibration s'établissant en fonction des caracteristiques physiques et dimensionnelles des pièces.
L'appareil pour la réalisation de la méthode est formé
d'un génerateur de fonctions, qui commande un amplificateur de puissance qui agit sur un excitateur de vibrations qui transfère l'énergie à la pièce, et un traducteur qui transmet l'information de la réponse dynamique à un analyseur de spectre qui interprète le signal, tout le processus étant commandé par un computer.
L'invention sera décrite plus en détails en regard du dessin anexé à titre d'exemple nullement limitatif, lequel représente le schema-bloc simplifié de l'ensemble appareilpièce.
Procédé selon l'invention, s'appliquant aux pièces ou (sous) ensembles monobloc dans la structure interne desquels il y a des contraintes internes résiduelles instables résultés a. la suite des traitements thermiques et/ou mécaniques, et réside en réalisation d'une liaison élastique entre la pièce et l'excitateur si bien que l'énergie de vibration se transmette directement de la partie mobile de l'excitateur à la pièce, et la pièce puisse vibrer relativement librement. On applique une énergie vibratoire à fréquence variable à une vitesse constante de variation, le domaine de balayage, la vitesse de balayage et la puissance d'excitation étant établies en fonction des caractéristiques physiques et dimensionnelles de la pièce, et la réponse dynamique (la courbe fréquence-amplitude) dans le domain exploré est mémorisée. L'exploration est répétée en comparant la nouvelle réponse dynamique à celle antérieure, en enregistrant les différences. Les différences respectives sont causées par la modification de l'état tensionnel interne pendant l'excitation vibratoire. On répète l'opération de vibration jusqu'à ce que les différences des deux réponses dynamiques successives soient minimes, en pouvant réduire le domaine si on observe la stabilisation.
Comme variante, on peut réaliser la vibration aussi aux fréquences de résonnance de la pièce, quand le temps et la succession des fréquences des vibrations seront établis par un computer se basant sur un programme préetabli de la manière que la vibration aux fréquences audio ne nuise.
La méthode et l'appareil selon l'invention ont les avantages suivantes:
- donnent la possibilité d'évidencier les contraintes internes résiduelles instables des pièces, en agissant en tant que méthode de contrôle nondestructif, et de supprimer ces contraintes;
- permettent l'optimisation des paramètres de vibration;
- le même appareil peut détensionner des pièces d'une grande gamme dimensionnelle;
- permettent l'entière automatisation du processus avec une grande flexibilité d'utilisation, le même appareil pouvant être utilisé aussi dans d'autres domaines.
Description sommaire du dessin
L'appareil pour la réalisation de l'invention est formé d'un générateur de fonctions 1, à fréquence variable de 1 Hz à 20 kHz, la vitesse de balayage étant comprise la plage de 0,01 Hz/sec à 100 Hz/sec. Au générateur 1 on peut prérégler les limites du domaine des fréquences variables, par commande numérique, et son signal de sortie est amplifié par un amplificateur de puissance 2. L'amplificateur 2 a la puissance de sortie variable, ayant lui aussi une commande numérique. Cet amplificateur 2 agit un excitateur de vibrations 3 qui transmet l'énergie vibratoire à une pièce 4. Sur cette pièce il y a un traducteur 5 qui reçoit le signal correspondant à la vibration de la pièce, le transforme en un signal électrique et le transmet à un analyseur de spectre 6 par une chaîne de préamplification de conditionnement qui n'est pas représenté. L'analyseur de spectre 6 peut être conecté à enregistreur graphique 7, pour obtenir des courbes représentatives pour l'état tensionné ou détensionné, et lui aussi est commandé numériquement. L'appareil contient aussi un computer 8 qui commande tout le processus se basant sur des programmes fixes incluses dans une ou plusieures mémoires programables, la configuration du computer permetant à l'utilisateur d'opérer aussi en suivant un programme fait sur place.
Meilleure manière de réaliser l'invention
Pour détensionner des grandes dimensions, l'appareil selon l'invention se réalise des modules indépendents assemblés et liés ensemble sur un chariot mobile qui peut être déplacé par l'utilisateur jusqu'à la pièce. La pièce sera mise sur des supports élastiques, sur elle sera fixé le vibrateur, et puis on met en état de fonctionnement l'appareil qui vibrera la pièce conformément au programme désiré.
En cas de petites pièces, l'appareil peut être réalisé en variante stationnaire, des mêmes modules, et il peut être integré dans une ligne automatisé, au bras mécanique de transfèr si c'est le cas. En cette situation, l'appareil pourra être utilisé pour une seule pièce détensionnée une fois, ou pour plusieures pièces liées monobloc, la règle de vibration étant la même.
Possibilités d'exploitation industrielle
L'appareil et la méthode selon l'invention peuvent être utilisés pour le contrôl qualitatif nondestructif de l'état tensionnel d'une pièce, pour la supression des contraintes internes residuelles instables, et pour la stabilisation dimensionnelle des pièces, pendant le cycle technologique normal, et aussi au détensionnement pendant la soudure, et pendant la solidification des pièces coulées.
L'invention est applicable, en principe, à toute pièce fabriquée d'un matériel solide, à structure crystaline, sans restrictions de forme, dimensions ou poids, étant recommandée pour des éléments des mécanismes de précision, pièces des materiaux stratifiés (bi ou multimateriaux), pièces traitées thermochimiquement à la surface, et, en général, dans les situations quand le traitement thermique peut nuire.
Claims
1. Méthode pour la suppression des contraintes internes résiduelles instables à l'aide des vibrations, caractérisé en cerqu'en vue d'évidencier et supprimer les contraintes internes résiduelles instables, se trouvant dans les pièces après des différentes usinages à chaud et/ou à froid, en évidencie l'existence de l'état tensionnel momentannée, sar la comparaison des deux réponses dynamiques successives à vibration à fréquence variable, puis on applique une vibration répétée à fréquence variable, à puissance préetablie dans un domaine compris de 1 Hz à 20 kHz, à une vitesse de balayage reglable de 0,1 Hz/sec à 100 Hz/sec, en fonction des caracteristiques physiques et dimensisnnelles de la pièce.
2. Méthode, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, Iersqu'on l'utilise seulement pour le contrôle de l'état tensionnel, la vibration se fait par la mémorisation de la réponse dynamique des deux balayages successives.
3. Méthode, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'évaluation cantitative de l'état tensionnel se fait par des comparaisons des réponses dynamiques successives, à des puissances préréglées en fonction des caractéristiques physiques et dimensionnelles de la pièce.
4. Méthode, selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le détensionnement proprement-dit des pièces, la répétition de la vibration se fait continuellement dans un domaine établi initial, ou restreint en fonction de la stabilité de la réponse dynamique jusqu'à ce que les différences entre les réponses dynamiques successives dans tout le domaine préetabli soient minimes.
5. Méthode, selen les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la répétition de la vibration pour le détensionnement est faite aux fréquences de résonnance de la pièce issues de la dernière réponse dynamique analysée, le temps de vibration et la succession des séquences de vibration s 'établissant à l'aide d'un computer ayant comme base un programme préetabli.
6. Méthode, selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour le détensionnement des pièces des grandes dimensions, la pièce sera mise sur des supports élastiques, et sur elle sera fixé le vibrateur si bien que la partie mobile de vibrateur deviendra quasifixe - elle vibrera ensemble avec la pièce - et la partie fixe de vibrateur deviendra mobile, si bien que l'énergie de vibration se transmettra directement de la partie mobile d'excitateur à la pièce, et la pièce puisse vibrer relativement librement.
7. Appareil pour la suppression des contraintes internes résiduelles instables, selon la revendication 1, formé d'un générateur de fonctions à fréquence et vitesse de balayage variables, qui commande un amplificateur ayant la puissance de sortie variable pour agir un excitateur de vibrations en vue de transmettre l'énergie vibratoire à une pièce de laquelle un traducteur reprenne le signal pour l'analyseur de spectre, caractérisé en ce que les paramètres de vibration sont établis en se basant sur les caracteristiques physiques et dimensionnelles des pièces et sur les informations reçues d'un analyseur de spectre, et interprétées par un computer se basant sur des programmes fixes ou rédigées sur place.
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Non-Patent Citations (1)
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