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CN101209540B - 用于评价磨光部件状况的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种评价滚动磨光部件(14)的状况的方法，它包括使具有未知状况的磨光部件(14)抵靠一表面按照预先选定的测试图案(T1)移动；当移动磨光部件(14)时，记录至少一个测试作用力曲线图(30)，该测试作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在磨光部件(14)上的作用力；和将所述至少一个测试作用力曲线图(30)与至少一个原始作用力曲线图(28)进行比较，以确定第二磨光部件(14)的状况与原始状况的偏差。

Description

用于评价磨光部件状况的方法
技术领域
本发明总体上涉及用于制造抗疲劳和耐损伤部件的方法，且更具体地说，涉及一种评价用来生产这种部件的工具的方法。
背景技术
各种金属、陶瓷和复合的部件，例如燃气轮发动机风扇和压缩机叶片，对由于疲劳和损伤(例如，由于外来物体碰撞)造成的破裂敏感。该损伤减少了零部件的寿命，需要修补或更换。已知通过诱发部件中的残余压应力来保护部件不会遭受裂纹扩展。赋予这些应力的方法包括喷丸硬化处理、激光冲击喷丸硬化处理(LSP)、咬合喷丸处理和低塑性磨光(LPB)。通常通过在被保护不受裂纹扩展的区域上应用“一片”残余压应力来使用这些方法。
典型的磨光设备包括滚动磨光部件如圆筒或球体，通过机械压力或流体静压力给滚动磨光部件加载磨光作用力。这些磨光过程需要在磨光部件和工件之间的物理接触。即使提供了润滑，磨光部件也会在正常使用过程中发生磨损并且需要检测磨光部件的磨损。磨光的质量依赖于磨光部件的状况，磨损的部件能引起部件和工件之间的物质传递，这不利地影响表面光洁度和残余应力。
在现有技术中，依据控制磨光部件的累积磨光时间来控制磨光部件状况的劣化，通过对磨光部件和工件进行肉眼检查来确定磨损的迹象。也采取措施来防止磨损，例如通过控制在磨光过程中使用的冷却剂/润滑剂的质量和数量来防止磨损。然而，没有用于磨光部件的磨损的统一的、有效的测试。
发明内容
本发明尤其是解决现有技术中的上述缺点，根据一个实施例，本发明提供了一种评价滚动磨光部件的状况的方法，它包括(a)使具有未知状况的磨光部件抵靠一表面按照预先选定的测试图案移动；(b)当移动所述磨光部件时，记录至少一个测试作用力曲线图，所述至少一个测试作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件上的作用力；和(c)将所述至少一个测试作用力曲线图与至少一个原始作用力曲线图进行比较，以确定所述磨光部件的从预先选定的原始状况到所述未知状况的偏差状况。
附图说明
参考下面结合附图进行的说明可以最好地理解本发明，其中：
图1是现有技术的压缩机叶片的透视图，其具有施加于其上的磨光(或抛光)过程；
图2是表示第一坐标系统的球形磨光部件的侧视图；
图3是传感器垫的顶视图，表示与图2的坐标图案相对应的测试图案；
图4是处于原始状况中的球形磨光部件的侧视图；
图5是一组作用力曲线图，其代表图4的磨光部件；
图6是处于损坏或磨损状况中的球形磨光部件的侧视图；
图7是一组作用力曲线图，其代表图6的磨光部件；
图8是表示第二坐标系统的球形磨光部件的侧视图；和
图9是传感器垫的顶视图，表示与图8的坐标系统相对应的测试图案。
具体实施方式
参考附图，在各个附图中同样的附图标记表示相同的元件，图1表示示例性的燃气轮发动机压缩机叶片10，该部件仅仅用作可以应用本发明的方法的零部件的示例。
所示出的压缩机叶片10经受已知类型的磨光工具12的处理，磨光工具12包括滚动磨光部件14(在本示例中示出了一球体)。磨光部件14受到流体静压力方面的支撑并且被通过磨光工具以已知方式泵送的液压流体润滑，通过利用已知类型的多轴线的数字或计算机控制的操纵器(未示出)使磨光部件横越过预先选定的图案“P”来处理压缩机叶片10。
磨光部件14在磨光过程期间将会自然地磨损，并且还可能损坏。为了提供用于评价磨光部件14的状况的基础，首先当它处于“原始”或未使用过的状况中时用受控参数对它进行测试。图2表示带有示例性的坐标系统的球形磨光部件14，球形磨光部件14具有叠加在其外表面18上的间隔开的子午线16，子午线16横贯其赤道20。
利用图3中所示的传感器垫22测试磨光部件14，传感器垫22能感测施加到其上的压力和/或作用力并产生代表该压力或作用力的信号，且可选地产生代表感测到的压力或作用力在传感器垫22的有效区域内的位置的信号。在该示例中，传感器垫22使用带有X、Y和Z(即，进入页面的)轴线的笛卡儿坐标框架，传感器垫22可以由一种已知类型的传感器如压电元件、测力传感器等等(未示出)的阵列构成。另外的压力或作用力传感器可以与用来移动磨光部件14的设备(未示出)相关联，以例如当传感器垫22记录Z轴线的作用力时感测X和Y轴线的作用力。传感器垫22的输出数据与计算机(未示出)相连，该计算机可操作以存储、分析、操纵、显示和/或以另外的方式操纵该数据。
图3表示被选择用来覆盖磨光部件的外表面18的测试图案“T1”。测试图案T1包括以一连串S弯的方式布置的多个直线线段24，直线线段24通过横向线段26连接起来。直线段24具有长度“L”并且隔开一个横越距离“S”，长度L选择成等于磨光部件14的周长，而横越距离S等于在赤道20处各个(单独的)子午线16之间的距离。精确的横越距离S在空间分辨率(即，映射非常小的要素的能力)和完成测试图案T1所需的时间之间是折衷的。
使处于原始状况(baseline condition)(见图4)中的磨光部件14在与传感器垫22接触的同时横越过测试图案T，从传感器垫22和其他传感器来的输出信号产生一组相应于X、Y和Z轴线的作用力曲线图，在图5中它们分别被标记为28A、28B和28C。这些曲线图28中的纵轴线代表作用力或压力大小，而横轴线代表时间和/或横越的总距离。在与随后的磨光操作相同的条件(磨光压力等等)下执行该过程。用于磨光部件14的“原始”状况的选择可以改变以适应特定的应用。例如，能通过被抛光到正常生产标准或更严格的标准的测试标准来确定原始状况。作为选择，能在将单独的磨光部件14用于任何磨光操作之前通过单个的磨光部件14来确定原始状况，或作为选择通过几个这种部件的平均测量结果来确定原始状况。
一旦建立了用于原始状况的作用力曲线图，就能例如在每个磨光操作之前以选定的间隔测试磨光部件14以评价其状况。通过在与原始状况测试相同的参数下使磨光部件14横越过测试图案T1来进行该评价，磨光部件14中的任何缺陷或磨损都将导致不同于原始状况作用力曲线图28的测试作用力曲线图30。例如，图6表示已使用过的并且包含缺陷32如槽或划痕的磨光部件14′，图7表示一组分别标记为30A、30B和30C的X、Y和Z轴线的测试作用力曲线图，它们与磨光部件14′的测试相对应。由于缺陷32，所以Z轴线的作用力曲线图30C不同于图5中所示的Z轴线的作用力曲线图28C。
如上所述的测试能用来开发使用限制，由于测试作用力曲线图30与物理观察和/或磨光部件的测量结果和/或最后所得到的工件质量的相关性，所以磨光部件超出该使用限制就必须被丢弃、修理或更换。一旦确定了这种使用限制，就能在常规测试过程中单独参考测试作用力曲线图30接受或拒绝磨光部件，这可以通过测试作用力曲线图30的手动检查来进行。作为选择，可以用合适的软件将测试作用力曲线图30与原始作用力曲线图28进行比较，确定与原始状况的偏差程度，然后将超过预先设立的偏差程度的磨光部件丢弃。类似的软件可以用于磨光部件的表面绘图、定量分析等等。
能用各种图案测试磨光部件14，只要外表面被充分地覆盖。例如，图8表示磨光部件14″，其具有叠加在其外表面上的三维螺旋形表面图案34。可以用表面绘制软件或其他分析方法产生这种图案，并且这种图案具有以最小的移动量覆盖磨光部件表面积的可能性。图9表示螺旋形的测试图案“T2”，其是布置在传感器垫22′上的表面图案34的二维展开。按照极坐标系统(看示例性的带有长度“R”和角度“θ”的向量)确定测试图案T2，并且测试图案T2将导致R、θ和Z轴线的作用力曲线图而不是X、Y和Z轴线的曲线图。在其他方面，原始设置和测试都与上面描述的相同。
上面描述了用于评价磨光部件状况的方法，尽管已经描述了本发明的具体实施例，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明精神和范围的情况下能对其作出各种改变，因而，仅仅为了说明的目的而非为了限制的目的提供本发明的优选实施例和用于实施本发明的最佳模式的上述说明，本发明由权利要求书限定。
零部件列表
10 磨光图案
12 表面
14 线段
16 横向线段
F  进给距离
P  路径
W  宽度

Claims (11)

1.一种评价滚动磨光部件(14)的状况的方法，所述方法包括：
a)使具有未知状况的磨光部件(14)抵靠表面按照预先选定的测试图案(T1)移动，所述预先选定的测试图案(T1)包括由横向线段连接起来并隔开偏移距离(S)的一连串平行线段(24)；
b)当移动所述磨光部件(14)时，记录至少一个测试作用力曲线图(30)，所述至少一个测试作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件(14)上的作用力；和
c)将所述至少一个测试作用力曲线图(30)与至少一个原始作用力曲线图(28)进行比较，以确定所述磨光部件(14)的从预先选定的原始状况到所述未知状况的偏差状况。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个原始作用力曲线图(28)通过如下方式产生：
i)使具有预先选定的原始状况的所述磨光部件(14)抵靠表面按照所述预先选定的测试图案(T1)移动；以及
ii)当移动所述磨光部件(14)时，记录所述至少一个原始作用力曲线图(28)，所述至少一个原始作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件(14)上的作用力。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，针对三个独立维度中的每一个产生所述原始作用力曲线图(28)。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，针对三个互相垂直的轴线中的每一个产生所述原始作用力曲线图(28)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨光部件(14)是球体，并且其中所述平行线段中的每一个的长度都等于所述磨光部件(14)的周长。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨光部件(14)是球体，并且所述偏移距离(S)等于所述磨光部件(14)的周长的预先选定的部分。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先选定的测试图案包括从起点延伸出来的连续的二维螺旋线。
8.一种评价滚动磨光部件的状况的方法，所述方法包括：
a)使具有未知状况的磨光部件(14)抵靠表面按照预先选定的测试图案(T1)移动；
b)当移动所述磨光部件(14)时，记录至少一个测试作用力曲线图(30)，所述至少一个测试作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件(14)上的作用力；和
c)将所述至少一个测试作用力曲线图(30)与至少一个原始作用力曲线图(28)进行比较，以确定所述磨光部件(14)的从预先选定的原始状况到所述未知状况的偏差状况；
其中，所述表面包括传感器垫(22)，所述传感器垫可操作以测量施加于其上的作用力或压力。
9.一种评价滚动磨光部件的状况的方法，所述方法包括：
a)使具有未知状况的磨光部件(14)抵靠表面按照预先选定的测试图案(T1)移动；
b)当移动所述磨光部件(14)时，记录至少一个测试作用力曲线图(30)，所述至少一个测试作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件(14)上的作用力；
c)将所述至少一个测试作用力曲线图(30)与至少一个原始作用力曲线图(28)进行比较，以确定所述磨光部件(14)的从预先选定的原始状况到所述未知状况的偏差状况；
d)存储所述至少一个测试作用力曲线图(30)；
e)存储所述至少一个原始作用力曲线图(28)；
f)将所述测试作用力曲线图(30)与所述原始作用力曲线图(28)进行比较，以确定所述测试作用力曲线图(30)与所述原始作用力曲线图(28)的偏差的大小；和
g)如果所述测试作用力曲线图(30)超过预先设立的偏差大小，就停止使用所述磨光部件(14)。
10.一种评价滚动磨光部件的状况的方法，所述方法包括：
a)使具有未知状况的磨光部件抵靠表面按照预先选定的测试图案移动；
b)当移动所述磨光部件时，记录至少一个测试作用力曲线图，所述至少一个测试作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件上的作用力；
c)将所述至少一个测试作用力曲线图与至少一个原始作用力曲线图进行比较，以确定所述磨光部件的从预先选定的原始状况到所述未知状况的偏差状况；以及
d)参考所述至少一个原始作用力曲线图绘制在所述磨光部件上的至少一个表面缺陷的位置。
11.一种评价滚动磨光部件的状况的方法，所述方法包括：
a)使具有未知状况的磨光部件抵靠表面按照预先选定的测试图案移动；
b)当移动所述磨光部件时，记录至少一个测试作用力曲线图，所述至少一个测试作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件上的作用力；和
c)将所述至少一个测试作用力曲线图与至少一个原始作用力曲线图进行比较，以确定所述磨光部件的从预先选定的原始状况到所述未知状况的偏差状况；
其中，所述至少一个原始作用力曲线图通过如下方式产生：
i)使具有预先选定的原始状况的所述磨光部件抵靠所述表面按照所述预先选定的测试图案移动；以及
ii)当移动所述磨光部件时，记录所述至少一个原始作用力曲线图，所述至少一个原始作用力曲线图代表在至少一个维度中作用在所述磨光部件上的作用力；以及
其中，随着所述磨光部件已经实施磨光操作之后使用所述磨光部件产生所述原始作用力曲线图以及使用所述磨光部件产生所述测试作用力曲线图。
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