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。

激光烘烤只能在必要的部分加固，这是一种在行业中迅速使用的专注技术，因为它不仅可以实现力量，而且可以达到失真和清洁的工作环境。在这项研究中，我们使用激光器开发了一种烘焙方法，该激光器通过超高 - 速度高速度扫描优化空间强度分布，用于具有角落角的钢材料零件（不均匀的零件）。形成硬化区域的技术。在财政年度的第四年，他继续通过热模拟和测试测试建立一个硬化区域的预测技术。在第一年的第一年中，假定顶部帽子矩形激光器实际使用了，考虑到平坦楼梯工作的角落燃烧，发现了效果，并开始考虑第二年的高速扫描仪然而，随着研究的进行，第二年的扫描特定挑战在燃烧测试和强度分配测量中都变得很明显，并着重于克服问题。在Oruwa的第三年中，我们首先对模型进行了塑造线束并模仿步骤的模型进行研究，重点是通过热模拟检查适当的条件并检查其效果的影响。根据工作的角度设计了一种控制激光输出的方法，并进行了热模拟的使用以使其适当。在2013财年，它可以成功地培养它，并根据工作维度进行适当的输出控制，在角落和角落形成硬化区域。 （1）根据角落的热容量，中间和角逐渐调节激光输出的辐射方法，可有效地在角落角落均匀。 （2）通过使用热模拟分析工作内部的温度历史，如果第二温度峰发生在冷却速度的定义范围内，冷却速度不会增加到临界冷却速度，并且可能无法燃烧是。

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