高速重畳スキャンにより空間強度分布を最適成形したレーザによる隅角部焼入れ法の開発

开发使用激光的角硬化方法，通过高速叠加扫描优化空间强度分布

• 批准号: 19K04116
• 负责人: 小川 圭二
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Ryukoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04116/
• 关键词: レーザ; 空間強度分布; 焼入れ; 硬度分布; 高精度; 機械工作・生産工学; 精密部品加工; 材料加工・処理

レーザ焼入れは、必要箇所のみを硬化させることが可能で、強度向上はもちろん、ひずみレス、クリーンな作業環境も実現できるため、産業界で急速に利用が進んでいる注目技術である。本研究課題では、隅角部（凹凸部）を有する鉄鋼材部品を対象とし、超高速重畳スキャンにより空間強度分布を最適成形したレーザを用いた焼入れ法を開発し、多種多様な隅角部に確実に硬化領域を形成する技術を確立することを最終目的にしている。令和4年度も、引き続き、熱シミュレーションによる硬化領域予測技術の確立とその検証実験に取り組んだ。令和元年度は、トップハット分布矩形レーザを想定また実際に用いて、平面階段形状工作物の隅角部の焼入れについて検討し効果を見出し、令和2年度は高速スキャンレーザでの検討を開始したが、研究を進めるなかで、焼入れ試験においても強度分布測定においても、スキャンレーザ特有の課題が顕在化し、その課題克服に注力することになった。令和3年度は、まずはラインビームを成形して段付き部を模したモデルに対して、熱シミュレーションによる適正条件の検討とその効果の検証試験を中心に研究を進めた。工作物隅角部に応じて、レーザ出力を制御する手法を考案し、熱シミュレーションを用いて適正化を図った。令和3年度は、これを深耕し、工作物寸法に応じて適正な出力制御を行うことで角部と隅部両方に硬化領域を形成することに成功した。(1)角部、中間部、隅部の熱容量の大きさに応じて段階的にレーザ出力を調節する照射方法は隅角部へのレーザ焼入れの均一化に有効である。(2)熱シミュレーションを用いて工作物内の温度履歴を分析することにより、2つ目の温度ピークが冷却速度の定義範囲内で生じると冷却速度が臨界冷却速度まで上がらず、焼入れできない場合がある。

激光淬火只允许使用必要的区域，不仅可以提高力量，而且还提供了一种无压力和清洁的工作环境，使其成为一种在行业中迅速流行的技术。该研究主题旨在使用激光通过超高速度叠加的扫描来开发一种激光，该激光器具有最佳成型的空间强度分布，最终目标是建立一种可靠地形成各种角落硬化区域的技术。在2022财年，我们继续使用热模拟来建立和验证硬化区域预测技术。在2019年，我们假设并实际使用了顶部帽子分布的矩形激光，以检查平面楼梯形状的角落的硬化效果，并开始研究2020年的高速扫描激光器。随着研究的进展，随着扫描激光的独特问题，在驱动测试和强度分配测量测量和强度分配测量中都显而易见，并确定了这些问题，并确定了这些问题，这些问题是这些问题的问题，这些问题是这些问题的问题。这些问题是这些问题。这些问题是这些问题。在2021年，我们首先对使用线束梁模拟阶梯段的模型进行了研究，重点是使用热模拟检查适当的条件并验证效果。设计了一种方法来根据工件的角度控制激光输出，并使用热模拟优化激光输出。在2021年，我们通过根据工件的大小来耕种并适当地控制输出，成功地在角落和角落形成了硬化区域。 （1）一种辐照方法，该方法根据角，中间部分和角的热容量逐步调整激光输出，可有效地使激光淬灭到角落。 （2）通过使用热模拟分析工件内的温度历史，如果第二温度峰发生在定义的冷却速率内，冷却速率将不会提高到临界冷却速率，并且可能无法进行硬化。

项目成果

高速スキャンレーザと筒状内面鏡を用いたシャフト部品の全周焼入れに関する基礎的検討

利用高速扫描激光和柱面内镜对轴类零件进行全圆周淬火的基础研究

• 发表时间: 2020
• 作者: 清水 淳;中山智隆;山本武幸;周 立波;小貫哲平;尾嶌裕隆;不破雅教，田邉裕貴，小川圭二，中川平三郎，塚田悠人，後藤雄輝
• 通讯作者: 不破雅教，田邉裕貴，小川圭二，中川平三郎，塚田悠人，後藤雄輝

PROPOSAL OF HIGH-QUALITY LASER HARDENING SYSTEM FOR SHAFT PARTS USING CYLINDRICAL MIRROR AND RING-BEAM SHAPED BY HIGH-SPEED LASER SCAN SYSTEM

利用高速激光扫描系统成型的柱面镜和环梁的轴类零件高质量激光淬火系统的提案

• 发表时间: 2020
• 期刊: Proceedings of the JSME 2020 Conference on Leading Edge Manufacturing/Materials and Processing
• 作者: Hirotaka Tanabe;Keiji Ogawa;Heisaburo Nakagawa;Hirohito Tsukada;Yuki Goto
• 通讯作者: Yuki Goto