CN102506173B - 油环用线材 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油环用线材，其具有左右的轨道部和连结该轨道部的连结部，其中，所述连结部具有通过熔融形成的多个贯通孔，在所述贯通孔的壁面附着有熔融体凝固了的再熔融凝固物，在所述连结部的外表面不存在由熔融体形成的突起部。

Description

油环用线材

本申请是分案申请，其母案申请的申请号：200880019657.5，申请日：2008.6.10，发明名称：激光加工方法及油环用线材。

技术领域

本发明涉及利用激光去除形成在部件上的突起物的部件的激光加工方法及由该激光加工方法加工的油环用线材。

背景技术

若对部件进行加工，则去除的部件的一部分在边缘区域(在此，所谓边缘区域表示边缘和包含其附近的部分)残存为突起状。例如，在平板状的部件照射激光而开设贯通孔时，虽然喷出辅助气体来去除熔融体或蒸发的气体，但是熔融体在将孔贯通之前作为溅射物向激光照射面(表面)侧飞散，而在贯通后作为浮渣向激光通过面(背面)侧流出，附着在贯通孔的开口周边。通过将辅助气体的喷射压力形成为最优化，能够防止溅射物或浮渣的附着到适当的程度，但是该压力对贯通孔加工来说未必是最适合的压力，而且难以规定对应于部件的材质、厚度等适当的气压，难以完全不使溅射物或浮渣附着。而且，虽然在部件表面涂敷溅射物或浮渣附着防止剂也具有一定效果，但是仍然难以说是能够完全防止。

因此，考虑有在贯通孔加工时容许溅射物或浮渣附着而在此后进行去除的技术，例如在专利文献1、2、3中公开有该技术。

专利文献1中的激光加工方法如图9A、图9B所示。专利文献1公开有如下的技术思想，其包括：如图9A所示，相对于加工对象物的加工部位，照射激光与辅助气体进行加工的加工工序；如图9B所示，为了去除所述加工部位的浮渣，再次向所述加工部位照射所述激光与辅助气体进行去除浮渣的浮渣去除工序。该技术的目的在于提高加工形状的精度，技术的特征在于吹飞而去除在加工面即孔的侧壁附着的浮渣。

另外，专利文献2中的激光切割方法是在照射激光而进行穿孔后，以该孔为起点进行激光切割的方法，该方法具有如下的技术特征，即，在激光切割之前，使激光向包含孔的周围的范围照射而使在穿孔时附着在孔的周围的熔渣熔融，并且通过喷射具有高压且低氧化性的气体而吹飞该熔渣，从而从钢板的表面将其去除。

另外，专利文献3中的激光加工方法具有如下的技术特征，即，在对象物的被加工部分照射激光并进行加工后，对包括被加工部分的周边区域照射激光并进行加热，使由附着在被加工部分附近的升华物构成的附着物熔融，而与工件的基材一体化，该激光加工方法在玻璃的切割中有效。

专利文献1：日本特开2003-285191号公报(段落号0021～0022)

专利文献2：日本特开2001-321975号公报(段落号0008～0009)

专利文献3：日本特开2004-25228号公报(段落号0010～0011)

发明内容

例如在重合使用加工后的部件时，必须使部件的重合表面不残存有突起物。在专利文献1中，虽然能够去除附着在孔侧壁的浮渣，但是无法去除附着在激光入射面侧的相反侧的背面的浮渣。虽然利用研磨可以去除，但是完全需要另一工序的作业，不仅效率不高，而且由于背面整个面被去除研磨量，因此慎选。

另外，在专利文献2中，虽然使附着在表面的熔渣熔融，并用高压气体吹飞，但是即使将熔渣从孔周边去除，也有可能再附着在表面的另一部位或通过孔而附着在背面，在从表面或背面去除突起物方面缺乏可靠性。而且，在专利文献3中，虽然利用像升华物一样相对于附着物为微小体时使其溶入基材的作用，但是未考虑相对于如溢料或浮渣一样的在边缘区域形成的突起物的作用。

如此，本发明的目的在于，提供一种将在具有边缘的部件中的该边缘区域的一方的面上形成的突起物利用激光形成为熔融体，并使其向另一方的面移动的激光加工方法、以及由该激光加工方法加工的油环用线材。

根据本发明的主要观点，提供以下的激光加工方法。

一种具有边缘的部件的激光加工方法，其特征在于，在具有边缘且在边缘区域存在有突起物的部件的夹着所述边缘而交叉的两个面中，向所述突起物存在的一方的面和所述边缘区域照射激光，使所述突起物及所述边缘区域熔融，并使产生的熔融体向另一方的面移动。

所述熔融体能够利用重力进行移动。

所述熔融体也能够利用辅助气体的运动能量进行移动。

在本发明的激光加工方法中，优选通过面向部件的一面照射激光而形成贯通孔的贯通孔穿孔工序，得到具有边缘且在边缘区域形成有突起物的部件。

优选在所述熔融体的形成中照射的激光的能量密度比在贯通孔穿孔工序中照射的激光的能量密度小。

优选为了使所述熔融体移动而使用的辅助气体的设定压力比在贯通孔穿孔工序中使用的辅助气体的设定压力低。

作为应用例，能够将本发明的激光加工方法适用于油环用线材的加工中。油环用线材具有左右的轨道部和连结该轨道部的连结部，通过适用本发明的方法，在所述连结部利用所述贯通孔穿孔工序形成有贯通孔。

根据本发明的其它的观点，提供有以下的油环用线材。

在具有左右的轨道部和连结该轨道部的连结部的油环用线材中，所述连结部具有利用熔融形成的多个贯通孔，在所述贯通孔的壁面附着有熔融体凝固了的再熔融凝固物，在所述连结部的外表面不存在由熔融体形成的突起部。

根据本发明的油环用线材的一优选方式，熔融体向贯通孔壁面移动一侧的边缘区域形成为凹陷状或倒角状。

发明效果

根据本发明，由于能够不使形成在边缘区域的一方的面的突起物附着在被加工部件的激光照射面的相反侧的被加工部件背面，而向另一方的面移动，因此能够降低形成在被加工部件的突起物的影响。

附图说明

图1A是示出本发明的一实施例的示意图，是具有贯通孔的金属平板的沿贯通孔的轴线的剖面图(实施例1)。

图1B是图1A所示的金属平板的示意性俯视图(实施例1)。

图2是示出在图1A、图1B中的贯通孔的入口部分存在的突起物的流动状况的示意性剖面图(实施例1)。

图3是示出本发明的一实施例的示意图，是具有贯通孔的金属平板的沿贯通孔的轴线的示意性剖面图(实施例2)。

图4是说明具有实施例1、2中的突起物的贯通孔的形成例的示意性剖面图。

图5A是示出在被加工物形成多个贯通孔的本发明的一实施例的示意图，是沿贯通孔的轴线的剖面图(实施例3)。

图5B是示出为了使在图5A中的贯通孔的入口部分存在的突起物在激光照射下流动而使用辅助气体的状态的示意性剖面图(实施例3)。

图6A是示出图5A所示的替代例的示意性剖面图(实施例3)。

图6B是示出为了使在图6A中的贯通孔的入口部分存在的突起物在激光照射下流动而使用辅助气体的状态的示意性剖面图(实施例3)。

图7A是作为本发明例利用激光照射在被加工物上形成槽或切割部的状态的示意性俯视图。

图7B是示出使在图7A所示的槽或切割部的端缘部分存在的突起物在移动的激光照射下流动的状态的示意性俯视图。

图8A是示出在试验中使用的油环用线材的横截面形状的剖面图。

图8B是图8A所示的油环用线材的俯视图。

图9A是示出向被加工物照射激光形成贯通孔的专利文献1公开的在先技术的示意性剖面图。

图9B是示出使在通过图9A所示的技术形成的贯通孔的端缘存在的突起物在基于现有技术的激光照射下流动的状态的示意性剖面图。

图10是示出实施例3中的贯通孔穿孔工序后的油环用线材的一个例子的外观照片。

图11是示出实施例3中的本发明的油环用线材的一个例子的外观照片。

图12是示出实施例3中的本发明的油环用线材的一个例子的外观照片。

图13是示出实施例3中的本发明的油环用线材的贯通孔截面的一个例子的微观组织照片。

标号说明

10、20  被加工物

15、35、45  突起物熔融用激光

25  贯通孔形成用激光

16、36、46  熔融突起物流动用辅助气体

26  贯通孔形成用辅助气体

13  溢料

23  浮渣

11、21、31  贯通孔

37  槽

12、22、42  边缘

A  突起物未形成面

B  突起物形成侧面(突起物去除对象面)

C  贯通孔壁面

51  连结部的厚度

52  贯通孔的宽度

53  贯通孔的长度

54  贯通孔的间距

55  油环用线材的宽度

56  油环用线材的厚度

57  连结部的平坦面宽度

58  贯通孔

具体实施方式

实施例1

在本实施例中，通过孔加工、槽加工、切割加工等加工，在被加工物形成边缘，并且相对于在边缘区域产生突起物的部件，通过照射激光而将在边缘所夹的两面中的一方的面产生的突起物形成为熔融体，并使该熔融体向另一方的面移动。若加工是激光加工则所述突起物是浮渣，若是切削加工则所述突起物是溢料(也称为飞边)。以下，以去除在利用切削加工贯通孔时产生的溢料的情况为例进行说明。

如图4所示，若例如相对于金属平板10的A面，大致呈直角进给钻头，加工贯通孔11，则在作为相反面的B面开口的边缘12附近的B面上，溢料13以扩展的方式形成。若溢料13在B面上突出，则有操作者割到手之虞，不仅危险，而且在将该平板10作为组装件的部件使用或者作为层叠件的部件使用时，无法正确组装。若贯通孔11的数目少，则可以通过手工作业利用锉去除溢料13，但是在贯通孔的数目多时效率低，因而可以适用能够自动化的本发明。

如图1、图2所示，在本实施例中，使金属平板(以下称为基材)10的溢料13突出的B面侧为上，通过使激光15朝向B面照射，使从B面突出的溢料13成为熔融体13a，并使熔融体13a沿贯通孔11的壁面C移动。激光15形成为包含溢料13扩展的范围的光斑直径，以贯通孔11为中心进行照射。激光15以使溢料13熔融的能量密度和时间进行照射。溢料13由于热容量小，因此被短时间加热而成为具有流动性的熔融体13a。

另外，若通过激光15的照射，边缘12成为高温，表层部熔融，则熔融体13a由边缘区域的熔融体吸收而成为一体，沿贯通孔11的壁面C薄薄地扩展。该一体化了的熔融体流动性高，如图2所示，沿贯通孔11的壁面C移动，随着温度梯度而冷却，与壁面C稳固地结合。即，由于溢料13成为熔融体13a而向贯通孔11的壁面C移动，因此看作是突起物从B面上消失。此外，由于边缘12的熔融体的一部分一起向壁面C移动，因此边缘区域成为凹陷状或倒角状。

本发明的激光加工方法只要向突起物形成的一方的面和包含所述边缘区域的区域照射激光即可，较为简便。而且，根据本发明，在通过激光加工进行孔加工或槽加工、切割加工等后，能够继续利用激光加工进行突起物的去除，能够进行有效的加工。

实施例2

实施例1是使熔融的溢料与边缘12的熔融体成为一体化，并利用重力使它们沿贯通孔的壁面移动的实施例，虽然是未使用特别的辅助气体的例子，但是使用流体的运动能量，能够使熔融的溢料沿贯通孔的壁面移动。在本实施例2中，如图3所示，采用将激光15朝向基材10的B面照射，并且将辅助气体16朝向B面喷射的方法。在此，关于激光15，与实施例1中的情况大致相同，至少以使溢料13熔融的能量密度和时间进行照射。在本实施例2中，由于至少包含突起物熔融体的边缘12附近的熔融体由辅助气体向另一方的面以冲走的方式进行移动，因此从一方的面去除突起物。

如图3所示，辅助气体16包括形成有溢料13的范围沿贯通孔11照射。辅助气体16优选成为使基于激光15的熔融体13a在基材面B上能够移动的程度的低压力，使熔融体13a薄薄地扩展地移动，但是不吹飞熔融体13a。若熔融体13a被吹飞，则向基材10的B面侧飞散而附着在其它部位，或者通过贯通孔11向基材10的A面侧飞散而进行附着，因此慎选。

辅助气体16优选从例如尖细状的喷嘴以符合溢料的大小、材质、贯通孔的大小、长度等而设定的压力或速度朝向贯通孔11照射。而且，在本发明中，由于利用辅助气体的运动能量使熔融体如冲走一样地移动，因此，部件的配置自由。而且，若突起物熔融，则边缘12也可以不必熔融。

若利用激光15使溢料13熔融到具有流动性的程度，则熔融体13a向贯通孔11壁面C方向移动，并经过边缘12向贯通孔壁面C扩展的同时进行移动，随着壁面C的温度梯度而冷却并凝固，与壁面C稳固地结合。此时，若边缘区域也熔融，则与实施例1相同，熔融体13a由边缘区域熔融体吸收而流动性提高，并且广泛地扩散，因此优选。若边缘区域的温度升高到熔融体13a的湿润程度，则熔融体13a能够在边缘12上向贯通孔11方向移动，因此边缘12也可以不必熔融。这种情况下，通过降低激光15的输出或缩短照射时间，能够减小边缘12的“下垂”。

辅助气体16的喷射时机不必与激光15的照射时机一致，也可以分别设定。例如，也可以在溢料13熔融时，使辅助气体的喷射开始，在激光15的照射停止后也可以使辅助气体再进行稍短时间的流动。在本实施例中，由于利用流体的运动能量使熔融体移动，因此可以不必将基材10设定为B面朝上，可以使B面为朝下、朝横向、或者为倾斜姿态。激光的照射方向及辅助气体的喷射方向相对于B面大致符合直角方向即可。而且，通过将辅助气体的压力或速度等调节到不吹飞熔融的溢料13a的范围内，能够控制贯通孔11内中的溢料附着区域。

实施例3

本实施例3适用于利用激光加工对被加工物的贯通孔进行穿孔的贯通孔穿孔工序，并进一步利用激光加工使由此产生的突起物沿贯通孔壁面移动。在此，作为突起物以浮渣为对象，适合于例如加工多个小径贯通孔并且将浮渣从被加工物表面去除之类的自动化系统。

如图5A所示，在本发明的激光加工方法中，通过向被加工物20的A面(下表面)照射激光25及喷射辅助气体26而形成贯通孔21的贯通孔穿孔工序，得到具有边缘且在边缘区域形成有突起物的部件。如图5B所示，优选向包含在被加工物20的B面(上表面)开口的贯通孔21的边缘22的区域照射激光35及喷射辅助气体36，使在所述贯通孔21的边缘22附近的B面形成的浮渣23沿壁面C移动。

在贯通孔穿孔工序中，激光25成为与应该穿孔的贯通孔21直径大致相同直径的光斑直径，并成为使光斑区域的被加工物20熔融的能量密度，朝向被加工物的A面照射。辅助气体26朝向被加工物20的A面以与激光25的光斑直径大致相同的范围喷射，并形成为吹飞熔融体的运动能量。由此，虽然形成有贯通孔21的熔融体作为溅射物向被加工物20的A面侧飞散，但是通过在被加工物20的表面事先涂敷溅射物附着防止剂，或者在激光头设置溅射物回收用的吸尘罩并进行真空吸引等，从而能够防止溅射物向被加工物20的A面侧附着。

若形成有贯通孔21，则熔融体通过贯通孔21向B面侧排出，作为浮渣附着于边缘22。

熔融体的形成使用与上述的实施例2相同的技术。即，将激光35形成为包含附着在B面的浮渣23的附着区域的尺寸的光斑直径，并以使B面的浮渣23熔融的热能量朝向被加工物20的B面照射。在此，被加工物20的照射面的能量密度优选比所述贯通孔穿孔工序中的能量密度低的能量密度。此外，在要减少边缘22的下垂量的情况下，可以降低激光35的能量密度。

辅助气体36形成为使熔融的浮渣23在B面上能够移动的运动能量，并从包括B面的浮渣附着区域的范围朝向贯通孔21照射。

另外，辅助气体36的运动能量优选比所述贯通孔穿孔工序中的运动能量小的能量，例如通过使设定压力比贯通孔穿孔工序中的设定压力低而能够减小运动能量。此外，使附着在B面的浮渣23熔融时，通常，由于附着在贯通孔壁面C的浮渣也熔融，并且边缘22的表面熔融，至少使熔融浮渣升高到湿润所需的足够的温度，因此熔融的B面的浮渣23容易向壁面C移动而冷却凝固。

如上所述，熔融体的形成中的激光35及辅助气体36优选，与贯通孔穿孔工序相比，激光的能量密度、光斑直径及辅助气体的喷射范围、运动能量不同，并且朝向贯通孔穿孔工序的相反侧的面向被加工物照射及喷射，也可以根据被加工物的形态、贯通孔的规格等来构筑激光加工设备。例如，若被加工物为角状或圆形状的板材并将贯通孔形成在平面的规定范围内，则优选使用沿三轴方向控制激光头或工件设置台的普通的激光加工机。此时，首先，在贯通孔穿孔工序中对贯通孔的总数进行穿孔，接下来，翻转并设置被加工物，调整激光的能量和焦点位置及辅助气体的压力和喷嘴位置，通过形成熔融体能够使浮渣进行相对于所有贯通孔的移动。

另外，若被加工物为长条部件并沿部件形成贯通孔，则为如下的系统即可，即，使被加工物如图5A、图5B中的箭头所示移动，沿该移动路径，依次设置贯通孔穿孔工序用的激光及辅助气体照射及喷射用位置、和熔融体的形成用的激光及辅助气体照射及喷射用位置。这种情况下，贯通孔穿孔工序和熔融体的形成的激光及辅助气体照射及喷射方向除图5A、图5B所示以外也可以为图6A、图6B所示的形态。如图5B所示，若将使用于熔融体的形成的激光及辅助气体照射及喷射方向形成为向下，则能够在浮渣去除中利用重力的作用，因此能够进一步减小辅助气体的压力或缩短去除时间，而且也能够适用不使用特别的辅助气体的实施例1的技术，因此优选。

在所述实施例1、2、3中，说明了比使熔融体向贯通孔壁面移动的激光的光斑直径小的直径的贯通孔，但是槽加工及切割加工相当于连续进行贯通孔穿孔作业的加工，本发明同样能够适用。例如，实施例1、2的技术或者实施例3的熔融体形成技术进行如下适用即可，即，如图7A所示，相对于具有与贯通孔31的直径相同宽度的槽37，向包含槽宽度的范围照射激光35及喷射辅助气体36，并使激光35及辅助气体36相对于被加工物沿槽的长度方向相对移动。

另外，也可以如图7B所示，相对于比贯通孔直径大的切割部47，向包含切割边缘42的范围照射激光45及喷射辅助气体46，并使激光45及辅助气体46相对于被加工物沿切割边缘42相对移动即可。而且，用于去除突起物的激光未必如上所述相对于B面以大致直角方向照射，也可以从倾斜方向照射，也可以相对于基材端部的切割边缘，进行大致水平方向的照射。而且，对象部件的材质并不局限于金属，也可以是陶瓷、树脂等。

作为适用本发明的激光加工方法的加工对象物的适合部件具有左右的轨道部和连结该轨道部的连结部，所述连结部是在所述贯通孔穿孔工序中形成有贯通孔的油环用线材。尤其是，在质量％中优选含有8～25％的Cr的不锈钢制油环用线材。

将本发明中的部件适用于油环用线材时，形成为例如图8A、图8B所示的形状。此时，在代表性的寸法中，例如连结部的厚度51为0.5mm以下，形成在连结部的贯通孔的宽度52为0.3mm～0.7mm、贯通孔的长度53为0.5～1.2mm、贯通孔的间距54为3～10mm。

试验

基于所述实施例3，首先，利用激光加工对连续地移动的不锈钢制油环用线材连续地穿孔多个油流通用的长圆形贯通孔，该不锈钢制油环用线材具有在质量％中C：0.5％、Si：0.2％、Mn：0.3％、Cr：10％、其余由Fe及不可避免的不纯物构成的组成。接下来，利用激光加工进行使熔融体向贯通孔壁面移动的加工。如图8A所示，作为对象的油环用线材是如下的线材：横截面大致H字形状，左右轨道间的宽度55为1.5mm、厚度56为1.5mm、连结轨道部的连结部的平坦面宽度57为1mm、厚度51为0.4mm。而且，如图8B所示，在连结部以间距54为10mm串联地形成激光加工宽度52为0.5mm、长度53为0.8mm的长孔状贯通孔58。

激光加工设备与上述的图5所示的设备相同，将贯通孔穿孔工序用与熔融体的形成用的激光加工设备沿油环用线材的移动直线设置为串联。以下，对类似要素使用相同标号，基于图5A、图5B进行说明。

油环用线材20以连结面沿上下方向的姿态进行移动，图5A、图5B中的A面、B面与连结部的两面对应。在贯通孔穿孔工序中，与图5A中说明相同，使输出4.5KW的脉冲YAG激光25从油环用线材20的下方朝向连结部面A、以使焦点与A面和B面的中间点重合的方式以光斑直径约0.45mm进行照射，并且喷射压力0.7MPa的氮气26作为辅助气体而穿射贯通孔21。此外，在贯通孔穿射工序中在穿射了小径的孔后形成规定寸法的孔，即，进行两阶段的穿孔。此时，贯通孔21从A面朝向B面形成为狭窄形状，浮渣23呈多处点状地附着在B面侧的边缘22。在图10中示出贯通孔穿孔工序后的附着有浮渣的油环用线材的贯通孔外观的一个例子。

在熔融体的形成中，与图5B中的说明相同，使输出1.5KW的脉冲YAG激光35从油环用线材的上方朝向连结面B、以在B面上形成光斑直径约0.6mm的方式散焦，并以激光包含贯通孔及其周边部的方式且降低能量密度进行照射。而且，作为辅助气体36，将氮气以比贯通孔穿孔工序中的压力低的压力向激光照射范围喷射。具体来说，将设定压力改为0.01MPa、0.03MPa、0.05MPa、0.1MPa进行喷射，观察浮渣23的去除状态。此外，在不喷射辅助气体36的情况下也观察浮渣23的去除状态。

在进行了上述熔融体的形成的油环用线材20中，在任何辅助气体36的压力下，贯通孔穿孔工序后形成的浮渣23都大致从连结部面B上向贯通孔21壁面C移动，浮渣遍及贯通孔21壁面C的大致整周进行附着。若观察贯通孔21内的凝固体的附着状态，则有如下倾向，即，辅助气体36的压力越高，浮渣至到达贯通孔壁面C的下方广泛地附着，并且贯通孔21的B面侧的边缘区域就越被深挖。此外，辅助气体36的压力为0.1MPa时，虽然微小但是能观察到附着在连结面A上的凝固体，可以认为是压力有些过高。

在不喷射辅助气体36的情况下，浮渣基本上滞留在贯通孔壁面C的B面附近。

本发明的适用例子如图11(照片)所示。如图11所示，能够确认在油环用线材的贯通孔的周围附着的浮渣由于激光的照射熔融而成为倒角状，而浮渣未脱落的情况。

作为本发明的其它的适用例，将输出0.7KW的脉冲YAG激光35与压力为0.03MPa的辅助气体36同时喷射，进行使浮渣沿贯通孔的壁面移动的加工。

图12中示出本发明油环用线材的外观照片的一个例子。如图12所示，能够确认在油环用线材的贯通孔的周围附着的浮渣由于熔融体的形成中的激光照射而熔融并形成为倒角状，而浮渣未脱落的情况。

图13中示出贯通孔截面的微观组织照片的一个例子。如图13所示，能够确认浮渣沿熔融贯通孔的壁面移动，而浮渣未脱落的情况。由此，能够得到最适合的线材作为油环用线材。

工业可行性

本发明的激光加工方法是对在包括内燃机用油环等机械部件的各种部件的各种加工中产生的边缘的状态进行改善的技术，能够利用激光照射除去存在于边缘区域的突起物。

Claims (1)

1.一种油环用线材，其具有左右的轨道部和连结该轨道部的连结部，其中，

所述连结部具有通过熔融形成的多个贯通孔，所述贯通孔的内壁面为从入口朝向出口变窄的形状，并且该内壁面上结合有熔融体凝固了的再熔融凝固物，所述贯通孔的入口的边缘区域所在的所述连结部的外表面上不存在由所述熔融体凝固了的再熔融凝固物形成的突起部，

在所述熔融体向贯通孔的内壁面移动一侧形成的所述贯通孔的出口的边缘区域形成为凹陷状或倒角状。