DD248304A1

DD248304A1 - Verfahren zum oberflaechenbehandeln von teilen mit dem laserstrahl

Info

Publication number: DD248304A1
Application number: DD28942486A
Authority: DD
Inventors: Peter Wiesner; Antje Nordheim
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1987-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflaechenbehandeln von Teilen mit dem Laserstrahl, durch welches harte, verschleissfeste und korrosionsbestaendige Oberflaechen erzeugt werden sollen und bei dem ein Vor- oder Nachwaermen der Bearbeitungsstelle mit nur einer Energiequelle moeglich ist. Bei dem Verfahren wird der Laserstrahl durch einen teildurchlaessigen Spiegel aufgespalten und der abgespaltene Strahl durch einen weiteren Spiegel vor oder hinter den Bearbeitungsort gefuehrt. Der durch den teildurchlaessigen Spiegel hindurchgehende Strahl wird auf die Werkstueckoberflaeche fokussiert. Der abgelenkte Strahl trifft defokussiert auf der Werkstueckoberflaeche auf.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenbehandeln von Teilen mit dem Laserstrahl, durch welches harte, verschleißfeste und korrosionsbeständige Oberflächen erzeugt werden sollen und bei dem ein Vor- oder Nachwärmen der Bearbeitungsstelle möglich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, mit dem Laserstrahl Werkstücke zu bearbeiten. Dabei wird die Wärmewirkung des Laserstrahls zum Trennen, Schmelzen oder Verdampfen genutzt. Die Leistungsdichte des fokussierten Laserstrahles ist sehr hoch. Es wird nur die unmittelbare Arbeitsstelle erhitzt. Dadurch entsteht ein großes Temperaturgefälle zwischen dem Arbeitspunkt und der Umgebung. Bei spröden Werkstoffen kann das zu Spannungen innerhalb des Materials, zu Rissen oder zur völligen Zerstörung des Werkstückes führen.

Es ist weiterhin bekannt, Oberflächen von Metallteilen mit dem Laserstrahl zu behandeln (US-PS 4304978). Dadurch sollen harte, verschleißfeste und korrosionsbeständige Oberflächen erzeugt werden. Beim Oberflächenbehandeln mit Laserstrahlen wird eine dünne Oberflächenschicht sehr rasch erhitzt und schnell abgekühlt. Das führt bei vielen Werkstoffen zur Versprödung. Es können Risse in der Oberflächen entstehen. Abhilfe ist durch ein Vorwärmen oder Nachwärmen möglich. Bekannt ist das Vergüten durch Härten und Anlassen.

Ein Vor-oder Nachwärmen kann durch Erwärmen des ganzen Werkstückes erfolgen (DE-PS 3007169). Das ist jedoch technologisch ungünstig und energieaufwendig. Günstiger ist es, den Laserstrahl selbst zum Vor- oder Nachwärmen zu nutzen. Dazu kann man zwei getrennte Lasergeräte verwenden. Es ist aber auch bekannt, einen zusammengesetzten Laserstrahl aufzuspalten und die Einzelstrahlen über ein optisches System verschiedenen Einsatzorten zuzuführen (DE-PS 2708039). Diese Lösungen sind jedoch sehr aufwendig. Es werden zwei oder mehrere verschiedene Laser verwendet.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das die beschriebenen Nachteile, einen hohen Aufwand an Material, Energie und Geräten vermeidet und ein Oberflächenbehandeln durch Laserstrahlen mit Vor- oder Nachwärmen erlaubt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches das Oberflächenbehandeln von Teilen mit dem Laserstrahl mit Vor-oder Nachwärmen in einem Arbeitsgang und unter Verwendung nur einer Energiequelle erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Laserstrahl durch einen teildurchlässigen Spiegel aufgespalten und der abgespaltene Strahl durch einen weiteren Spiegel vor oder hinter den Bearbeitungsort geführt wird. Derteildurchlässige Spiegel ist nach der Fokussierungslinse angeordnet. Der durch den Spiegel hindurchgehende Laserstrahl wird auf dem Werkstück fokussiert oder für die Oberflächenbehandlung gezielt defokussiert. Der vom teildurchlässigen Spiegel reflektierte Strahl hat durch die zusätzliche Umlenkung einen weiteren Weg bis zur Werkstückoberfläche zurückzulegen. Er trifft deshalb immer defokussiert auf der Werkstückoberfläche auf. Dieser Effekt ist zum Vor- oder Nachwärmen notwendig. Der abgelenkte Strahl soll die Oberfläche erwärmen und nicht bearbeiten.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel nähererläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung ist in Fig. 1 die Durchführung des Verfahrens zum Vorwärmen der Bearbeitungsstelle dargestellt. Der Laserstrahl 1 wird durch die Linse 2 auf die Oberfläche 8 des zu bearbeitenden Werkstückes 9 fokussiert. An der Auftreffstelle? desfokussierten Laserstrahles 4 soll eine Oberflächenbehandlung vorgenommen werden, zu der ein Vorwärmen der Oberfläche 8 notwendig ist. Um dieses Vorwärmen in einem Arbeitsgang mit dem Oberflächenbehandeln ausführen zu können, wird ein Teil der Energie des fokussierten Laserstrahles 4 durch den teildurchlässigen Spiegel 3 reflektiert und durch den hundertprozentig reflektierenden Umlenkspiegel 5 als defokussierter Strahl 6 auf die Werkstückoberfläche 8 gelenkt. Er trifft vor der Bearbeitungsstelle 7 auf dem Werkstück 9 auf. Durch die Bewegung des Werkstückes 9 in Richtung 10 gelangt die vorgewärmte Oberfläche unter den fokussierten Laserstrahl 4. Ist ein Nachwärmen notwendig, können entweder die Bewegungsrichtung 10 umgekehrt oder derteildurchlässige Spiegel 3 um 90° gedreht werden. Der Umlenkspiegel 5 wird im zweiten Fall auf der anderen Seite angeordnet.

Claims

1. Verfahren zum Oberflächenbehandeln von Teilen mit dem Laserstrahl mit Vor- oder Nachwärmen in einem Arbeitsgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (1) durch die Fokussierungslinse (2) zum fokussierten Laserstrahl (4) gebündelt wird, welcher durch den teildurchlässigen Spiegel (3) aufgespalten wird, wobei der durch den teiidurchlässigen Spiegel (3) hindurchgehende Anteil des fokussierten Laserstrahles (4) auf der Werkstückoberfläche (8) an der Bearbeitungsstelle (7) das Oberfjächenbehandeln ausführt und der vom teildurchlässigen Spiegel (3) reflektierte Anteil des fokussierten Laserstrahles (4) durch den Umlenkspiegel (5) als defokussierter Strahl (6) auf einen Punkt vor der Bearbeitungsstelle (7) gelenkt wird und dort ein Vorwärmen der Werkstückoberfläche (8) bewirkt.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffpunkt des abgelenkten Strahles (6) durch unterschiedliche Winkelanordnung des Umlenkspiegels (5) verändert wird.

3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nachwärmen durch eine Änderung der Bewegungsrichtung (10) um 180° oder durch eine Drehung des teildurchlässigen Spiegels (3) um 90° und eine Anordnung des Umlenkspiegels (5) auf der anderen Seite erreicht wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der teildurchlässige Spiegel leicht auswechselbar ist und daß wahlweise Spiegel mit unterschiedlichem Reflexions- und Transmissionsgrad eingesetzt werden.