DE3785745T2 - Verfahren zum behandeln von grossen gusseisenmatrizen, insbesondere zum pressverformen von metallblechen fuer fahrzeuge, und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens. - Google Patents

Verfahren zum behandeln von grossen gusseisenmatrizen, insbesondere zum pressverformen von metallblechen fuer fahrzeuge, und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens.

Info

Publication number
DE3785745T2
DE3785745T2 DE8787118970T DE3785745T DE3785745T2 DE 3785745 T2 DE3785745 T2 DE 3785745T2 DE 8787118970 T DE8787118970 T DE 8787118970T DE 3785745 T DE3785745 T DE 3785745T DE 3785745 T2 DE3785745 T2 DE 3785745T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser beam
cast iron
areas
carriage
die
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE8787118970T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3785745D1 (de
Inventor
Guido Contrafatto
Paolo Gay
Luciano Puozzo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fiat Auto SpA
Original Assignee
Fiat Auto SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=11306609&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE3785745(T2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Fiat Auto SpA filed Critical Fiat Auto SpA
Application granted granted Critical
Publication of DE3785745D1 publication Critical patent/DE3785745D1/de
Publication of DE3785745T2 publication Critical patent/DE3785745T2/de
Priority to DE20321461U priority Critical patent/DE20321461U1/de
Priority to DE20321324U priority patent/DE20321324U1/de
Priority to DE20321462U priority patent/DE20321462U1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/10—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/023—Cartesian coordinate type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
    • Y10S148/903—Directly treated with high energy electromagnetic waves or particles, e.g. laser, electron beam

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von großen Gußeisenmatrizen, insbesondere solcher, wie sie in der Automobilindustrie verwendet werden zum Preßverformen von Metallblechen zur Formung von Fahrzeugkarosserieteilen.
  • Solche Matrizen werden zur Zeit gewöhnlich aus Gußeisenlegierungen gefertigt, welche nach dem Guß mechanisch bearbeitet werden. Hieran schließt sich in den meisten Fällen eine Oberflächenhärtung jener Bereiche der Matrize an, welche im Gebrauch dem größten Verschleiß ausgesetzt sind. Insbesondere, wie z.B. im Patent Abstract of Japan Vol. 8, Nr. 19 und in JP-A-58 185721 für kleine gegossene Stahlmatrizen beschrieben, ist der Zweck der Oberflächenhärtung der, diese Matrizenbereiche zu härten, um ihre Verschleißresistenz zu erhöhen, welche bekanntermaßen von der Oberflächenhärte abhängt, wodurch die Standzeit der ganzen Matrize verlängert und dem Erfordernis vorgebeugt wird, kostspielige Tätigkeiten zur Wiederherstellung der ursprünglichen Geometrie der Matrize zu unternehmen, mit sich daraus ergebendem Produktionsausfall. Die Flammhärtung hat jedoch eine Anzahl von Nachteilen: Sie dauert lange und ist nicht automatisierbar, da sie aufgrund ihrer Natur nicht einfach in einzelne Parameter gegliedert werden kann und deshalb von Spezialisten manuell durchgeführt werden muß; darüberhinaus, wie auch immer die Fähigkeiten der Spezialisten sind, es werden keine gleichmäßigen
  • Ergebnisse im Härtegrad und der Tiefe der Härtung erzielt, wodurch Risse in der Matrize entstehen können, die wiederum zu reparieren sind; andererseits war der Austausch der Flammenhärtung durch andere analoge Oberflächenhärtungsbehandlungen, wie z.B. durch Induktion oder durch Behandlung mit einem Laserstrahl, wie es in JP-A-58 185721 beschrieben ist, bis jetzt nicht möglich, da die komplizierte Form der Matrizen unvermeidbar zur Überlagerung von mehr als einer Härtungsbehandlung in bestimmten Bereichen der Matrize führt, wodurch Risse erzeugt werden. Letztendlich haben bekannte flammengehärtete Matrizen den Nachteil, im Gebrauch festzubacken, was der Grund für häufigen Pressausschuß ist und die Notwendigkeit für beträchtliche Schmierung mit sich bringt, wodurch zusätzlich häufige und kostspielige Stillstandszeiten der Pressen entstehen, die mit solchen Matrizen ausgerüstet sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfingung ist ein Verfahren zur Herstellung von großen Gußeisenmatrizen, insbesondere solche, die zum Preßverformen von Metallblechen für Fahrzeuge verwendet werden, wobei die erfindungsgemäßen Matrizen keine Flammenhärtung benötigen sollen, und dennoch eine akzeptable Matrizenstandzeit gesichert sein soll. Außerdem sollen die Matrizen im Betrieb weniger Schmiermittel verbrauchen und sollen weniger oder gar keinen Ausschuß und Maschinenstillstandszeiten auf Grund von Festbacken haben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zum Behandeln großer Gußeisenmatrizen, insbesondere solcher zum Preßverformen von Metallblechen für den Fahrzeugbau, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Matrize in jenen Matrizenbereichen, die in Bezug zum spezifischen Gebrauch der Matrize am stärksten dem Verschleiß unterliegen, einer örtlichen Erhitzung über die Austenisationstemperatur unterzogen werden durch Anwendung eines Laserstrahles, der derart über diese Bereiche geführt wird, daß er stets orthogonal zu der Oberfläche dieser Bereiche ist, so daß er ständig deren Profil folgt, wobei das Erhitzen mittels eines Laserstrahlfokussierungskopfes mit fünf Bewegungsmöglichkeiten und mit solchen Parametern erfolgt, daß an diesen Matrizenbereichen eine örtliche martensitische Umwandlung erfolgt bis in eine Tiefe von mindestens 1 mm und mit einer Oberflächenhärte von über 400 HB.
  • In der Praxis hat der Anmelder überraschenderweise gefunden, daß es bei einer geeigneten Steuerung möglich ist, an Stelle der kostspieligen, langsamen und unbefriedigenden Flammenhärtung, eine Laserbehandlung von solch einer Intensität anzuwenden, daß eine bekannte Oberflächenhärtung in Gußeisenmatrizen für Fanrzeugzwecke erzielt wird, ohne, was allgemein bis heute für unvermeidbar gehalten wurde, Auftreten von Rissen, die sonst in jenen Matrizenbereichen entstehen, in welchen mehr als eine aufeinanderfolgende Härtungsbehandlung auf Grund der Matrizengeometrie überlagert wurde. Auf Grund dieses vorteilhaften Behandlungsverfahrens, das im wesentlichen aus der Bewegung des Laserstrahlfokussierungskopfes besteht, mittels dem die Behandlung derart durchgeführt wird, daß der Laserstrahl stets senkrecht auf die Oberfläche der zu behandelnden Bereiche trifft, d.h. derart, daß, wie auch immer das Profil sein mag, die Fokussierungskopfbewegungen genau dem Profil der zu behandelnden Bereiche folgen, wird ein gleichmäßiges und beträchtliches Ansteigen der Oberflächenhärte der Matrize genau in jenen Bereichen erhalten, die dem größten Verscnleiß unterliegen, wodurch eine entsprechend längere Standzeit als bei den bekannten Matrizen zusammen mit niedrigeren Kosten und höherer Behandlungsgeschwindigkeit erreicht wird. Da Laserhärtung ein in einzelne Parameter gliederbarer Arbeitsvorgang ist, ist es darüberhinaus möglich, den Härtungsvorgang zu automatisieren, vorausgesetzt, daß er mittels Roboter durchgeführt wird, die in der Lage sind, den Fokussierungskopf in der gewünschten Weise in einem stets konstanten Abstand zu der zu behandelnden Oberfläche zu führen, wobei die Roboter es zur gleichen Zeit dem Fokussierungskopf ermöglichen, den Laserstrahl von der Emissionsquelle kontinuierlich zu empfangen, welche gemäß dem Stand der Technik für Hochleistungsemissionen von solchen Abmessungen und Gewicht ist, daß sie nicht beweglich und daher festliegend angeordnet ist. Das am erfindungsgemäßen Verfahren am meisten überraschende Ergebnis, das vollständig unerwartet und unvorhersehbar war, besteht jedoch in dem Umstand, daß jene Gußeisenmatrizen, welche der Laserbehandlung unterzogen wurden, bei der der Strahl präzise orthogonal auf jene Matrizenbereiche trifft, in welchen der größte Verschleiß im Gebrauch liegt, ein entschieden besseres und überraschenderes Betriebsverhalten gezeigt haben, bei dem das Anbacken während der Metallblechbearbeitung fast völlig fehlt, wodurch die Maschinenstillstandszeiten während des Gebrauchs drastisch reduziert sind. Dieses unerwartete Verhalten von den erfindungsgemäß hergestellten Matrizen geht gewöhnlich auch mit einer drastischen Verringerung der Notwengigkeit der Matrizenschmierung während des Metallblechpressens einher. Dies wird noch deutlicher, wenn für die Matrizenherstellung spezielle Verfahren zur Aufbringung des Laserstrahls mit besonderen Gußeisentypen kombiniert werden.
  • Insbesondere verschiedene Typen von Gußeisen mit Lamellarstruktur wurden umfangreich getestet, wie G 190, G 210 und Gh P (entsprechend italienischen Standardbezeichnungen), wobei sehr positive Ergebnisse ohne Auftreten von Rissen, ohne Schmelzen des Metalls und mit einem Anstieg der Härte erhalten wurden, welcher selbst das zweifache der ursprünglichen Härte übertrifft. Wenn man die erhaltenen Ergebnisse extrapoliert, kann folgerichtig angenommen werden, daß die gleichen positiven Ergebnisse mit unterschiedlichen Gußeisentypen erreichbar sein sollten, wie z.B. mit Perlitguß oder Meehanite (TM), welche bekanntermaßen besser härtbar sind als die getesteten, und für welche noch bessere Ergebnis entsprechen zu erwarten sein sollten. Die Laserhärtung von entsprechendem Gußeisen wird erfindungsgemäß mit einer Maschine durchgeführt, die entlang von fünf Achsen numerisch gesteuert und mit besagtem Fokussierungskopf, einer Laserquelle und einem geeigneten Spiegelsystem ausgerüstet ist, wie es nachstehend beschrieben wird; die Spiegel sind aus Kupfer hergestellt und werden innen wassergekühlt; der einfallende Laserstrahl wird über die Oberfläche der zu behandelnden Bereiche mit konstanter Geschwindigkeit (im Bereich von 0.3 bis 0.5 m/min) entlang geradliniger oder gebogener Fluglinien und in einer einzigen vorbestimmten Richtung entlang jeder Fluglinie geführt, wobei sein Einfallswinkel zu der Oberfläche des behandelten Bereiches immer rechtwinklig liegt; die verwendete Laserquelle ist vorzugsweise vom Kohlendioxidtyp und besteht aus einem käuflichen Lasergerät mit Vakuumgaszirkulation und Bogenanregung von ungefähr 5 kW Leistung; vorzugsweise wird ein Lasergerät "Spectra Physics Modell 975" (TM) verwendet, das einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 10.6 um (Mikrometer, Micron), mit einem Durchmesser von 44 mm und einer maximalen Divergenz von ungefähr 3 mrad (Milliradians) erzeugen kann. Auf den erfindungsgemäß zu verwendenden Matrizen, welche durch Gießen und anschließende eventuelle mechanische Bearbeitung konventionell herstellbar sind, sind jene Teile, die am meisten für die Laserhärtungsbehandlung geeignet sind und gleichzeitig die besten Ergebnisse über alles ausgedrückt in einer größeren Gesamtmatrizeneffizienz geben, die Rohlinghalterringe bzw. Niederhalterringe, welche normalerweise die Komponenten sind, die am meisten dem Einfluß des Verschleißes während des Preßverformens von Metallblechen unterliegen. Nach dem Erhitzen über die Austenisationstemperatur mittels des Laserstrahles, wird erfindungsgemäß in Luft durch freies Abkühlen zur Umgebungstemperatur abgeschreckt. Auf Grund der extremen Begrenzung der Lasererhitzung gibt es im wesentlichen keine Hitzestreuung während der Erhitzungsstufe, so daß sobald der Laserstrahl aufhört auf die behandelte Oberfläche aufzutreffen, entweder weil er von dieser weggeführt oder weil er unterdrückt wird, der Bereich, der unmittelbar unter dieser Oberfläche liegt, mehr oder weniger schnell durch Wärmeleitung abgekühlt wird, wobei die Wärme, die dort angesammelt ist, in die kalte Masse des behandelten Bauteils verteilt und von diesem dann durch Konvektion in die Umgebung übertragen wird. Es ist deshalb nicht notwendig, mit Wasser zu kühlen, und in der Tat wird erfindungsgemäß ohne das geringste Risiko der Rißbildung, selbst in Materialien wie z.B. Gußeisen von lamellarer Struktur, das bei der Verwendung anderer Behandlungen (wie z.B. Flammenhärtung) besonders schwierig ohne Zerstörung zu behandeln ist, ein extrem starkes Abschrecken mit einer Abkühlrate erhalten, die viel größer ist als diejenige, die selbst mit der äußerst drastischen Wasserabschreckung erreichbar ist. Letztendlich wurde gefunden, daß es absolut notwendig ist, um die beschriebenen überraschenden Ergebnisse beim Gebrauch der erfindungsgemäß hergestellten Matrizen zu erhalten, die Härtungsbehandlung durch Betrieb des Lasers derart durchzuführen, daß in den behandelten Bereichen eine örtliche martensitische Umwandlung bis in eine Tiefe von mindestens 1 mm und einer Oberflächenhärte über 400 HB (nach Brinell) erhalten wird. Diese Parameter sind kritisch und auf Basis dieser Werte wird jeder Fachmann in die Lage versetzt, unter Verwendung von bekannten mathematischen und empirischen Beziehungen jene physikalischen und elektrischen Parameter zu berechnen, die bei jedem Lasertyp bekannter Leistung entsprechend einzusetzen sind. Wenn kugeliges Gußeisen für die Herstellung der Matrize oder jener Bereiche daraus, die laserzubehandeln sind, verwendet wird, wird das Gußeisen nach der Härtung an der Oberfläche metallbeschichtet, bevorzugt mit Chrom.
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer nicht einschränkenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigeschlossene Figur, welche die notwendige Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, und unter Bezugnahme auf die nachfolgenden experimentellen Beispiele beschrieben.
  • In der besagten beigeschlossenen Figur bezeichnet die Referenznummer 1 eine numerisch gesteuerte Maschine oder Roboter in ihrer Gesamtheit, die mit einem Fokussierungskopf 2 fur einen Laserstrahl 3 ausgerüstet ist, der von einer feststehenden Quelle 4 erzeugt wird, die aus irgendeiner Lasereinheit von irgendeinem bekannten Typ besteht und aus Einfachheitsgründen nicht im Detail gezeigt ist. Die Maschine 1, die erfindungsgemäß in der Lage ist, den Kopf 2 mit Präzision an jeden beliebigen Punkt im Raum zu setzen, indem sie diesem fünf Bewegungsmöglichkeiten entlang fünf numerisch gesteuerter "Achsen" ermöglicht, die durch die Pfeile und durch die Buchstaben a, b, c, d und e, dargestellt sind, hat einen Portalaufbau 5, einen Arm 6, den der Aufbau 5 trägt und der senkrecht von dem Aufbau 5 absteht sowie beweglich ist entlang einer ersten "Achse" oder Führungsrichtung a auf entsprechenden Führungen 7, die ein oberer Querträger 8 des Aufbaues 5 trägt, einen Wagen 10, den der Arm 6 seitlich trägt und der von dem Arm 6 absteht sowie an diesem auf Schienen 11 beweglich ist entlang einer zweiten "Achse" oder Führungsrichtung b, die im rechten Winkel zu der Achse a steht, und einen Schaft oder Säule 12, den der Wagen 10 trägt und der durch den Wagen 10 mittels eines geeigneten Mechanismus von jedem bekannten Typ, der Einfachheit halber nicht dargestellt, z.B. vom Schrauben/Zahnstangentyp, entlang seiner Achse beweglich ist, so daß er entlang einer dritten "Achse" oder Führungsrichtung c senkrecht zu den beiden Achsen a und b verschiebbar ist. Den Kopf 2, der von bekannter Art und der Einfachheit halber nicht im Detail beschrieben ist, trägt winkelfest ein Drehturm 14, der um eine Achse drehbar angebracht ist, die parallel zu dem Querträger 8 liegt, so daß der Drehturm entlang einer vierten "Achse" oder Führungsrichtung e in Pfeilrichtung beweglich ist. Den Drehturm 14 trägt freitragend und außerhalb der Achse des Schaftes 12 ein Verbindungsstück 15, das wiederum der Schaft 12 winkelfest trägt, welcher neben der Möglichkeit, entlang der Richtung oder Achse c zu gleiten, auch um seine eigene Symmetrieachse rotierbar ist, so daß er das Verbindungsstück 15 und den hiermit verbundenen Turm 14 entlang einer fünften "Achse" oder Führungsrichtung d bewegen kann.
  • Das Verbindungsstück 15 ist exzentrisch zu der Achse des Schaftes 12 angeordnet, an der dem Drehturm 14 gegenüberliegenden Seite freitragend und mit einem Fenster oder Öffnung 18 versehen, durch die der Strahl 3 in das Verbindungsstück 15 eintreten kann um mittels eines Spiegelpaares, das nicht dargestellt aber vom bekannten Typ ist und innen an entsprechend geneigten Flächen 20 und 21 des Vernindungsstückes 15 bzw. des Drehturms 14 liegt, in bekannter Weise durch diese zu dem Kopf 2 reflektiert zu werden. Die Spiegel, die an den Wänden 20 und 21 liegen, sind koaxial mit der Rotationsachse des Drehturms 14 und ein Paar entsprechender Spiegel 22 und 23, die in bekannter Weise aus Kupfer konstruiert und innen wassergekühlt sind, lenkt den Strahl 3 von der Quelle 4 zu der Öffnung 18. Im einzelnen trägt erfindungsgemäß der Arm 6 den Spiegel 22 fest in der Nähe des Querträgers 8, wohingegen der Spiegel 23 von der Seite des Wagens 10 absteht. Die beiden Spiegel 22, 23 sind in einem Winkel von 45º schräg angeordnet. Letztendlich wird die Maschine 1 durch einen Auflagetisch 30, der auf Schienen, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, verschiebbar ist und auf dem die zu behandelnden Matrizen (oder Teile von diesen) mit Bezug auf ihre Lage festgelegt werden können, und durch geeignete bekannte elektronische Steuerungen und Referenzeinrichtungen komplettiert, die der Einfachheit halber nicht gezeigt sind und die z.B. aus einer Kodiereinrichtung für jede "Achse" oder Führungsrichtung, einer geeigneten Mikroprozessoreinheit und geeigneten Elektromotoren bestehen, vorzugsweise Schrittmotoren, die angeordnet sind um den Arm 6, den Wagen 10, den Schaft 12 und den Drehturm 14 in den rechtwinkligen oder gebogenen Richtungen a, b, c, d und e gesteuert zu bewegen.
    • Beispiel 1
  • Unter Verwendung von Gußeisen verschiedener Zusammensetzungen, die alle in Tabelle I aufgeführt sind, werden zwei Teststücke für jeden unterschiedlichen Gußeisentyp hergestellt. Alle Teststücke sind geradlinig, haben Abmessungen von 40 x 100 x 100 mm und einen Querschnitt gleich dem von Niederhalterringen von Automobilmatrizen, und werden durch Laserbehandlung gehärtet mit anschließender Abkühlung in atmosphärischer Luft. Eine CO&sub2;-Laserquelle, bestehend aus einer 5 kW "Spectra-Physics Modell 975" (TM) Lasereinheit, gespeist mit 30 Ampere bei 3.000 Volt und gehalten bei 133,32 N/m² (1 Torr), wird verwendet und mit der vorstehend beschriebenen Maschine oder Roboter 1 verbunden. Einige Teststücke werden mit dieser Laserquelle unter Verwendung einer bekannten Vorrichtung behandelt, d.h. durch Richten des Strahls unter Verwendung von Drehspiegeln auf die zu behandelnden Bereiche, ohne daß auf ein rechtwinkliges Auftreffen achtgegeben wird, wohingegen andere unter Verwendung der Maschine 1 in folgender Weise behandelt werden: Nach dem Positionieren des Kopfes 2 über dem gewünschten Bereich durch Bewegen des Armes 6 und des Wagens 10, wird der Strahl 3 genau senkrecht zu der Oberfläche des zu behandelnden Bereiches ausgerichtet, unter Veränderung seiner Lage, wenn die Krümmung dieses Bereiches sich ändert, so daß er stets ihrem Profil folgt. Das Ergebnis wird, ohne daß es notwendig ist, den Strahl 3 während der Bewegung zu unterdrücken, und ohne daß es notwendig ist, Hilfsspiegel einzusetzen, erhalten durch Drehung des Drehturms 14 und Drehung des Schaftes 12 unter gleichzeitiger Kompensation der Versetzung, die durch die Rotation des Schaftes 12 zwichen den Spiegeln 23 und der Öffnung 18 auftritt, durch geeignete Bewegung des Wagens 10 und des Arms 6 von ihrer ursprünglichen Position, und durch gleichzeitige Kompensation etwaiger Variationen in der Höhe des Kopfes 2 über der zu behandelnden Oberfläche durch vertikale Bewegung des Schaftes 12. Es ist offensichtlich, daß jeder Versuch ohne Hilfe der Maschine 1 den Strahl 3 rechtwinklig zu der zu behandelnden Oberfläche entlang ihres ganzen Profils zu halten, wenn dies kompliziert ist, zu einem Verlust der genauen Einstellung (Kollimation) des Strahls 3 führen würde, auf Grund der unvermeidlichen Relativbewegungen zwischen den abweichenden Spiegeln. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II wiedergegeben. Tabelle I Gußeisentyp Chemische Zusammensetzung Tabelle II Probe-Stück Nr. Gußeisen Luftkühlung senkrechter Strahl Rißbildung Stärke mm Härte (HB)
    • Beispiel 2
  • Analog wie in Beispiel 1 werden unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung 1 für die Fertigung des hinteren Kotflügels eines Automobils Standardmatrizen hergestellt, deren Niederhalterringe aus G 190 Gußeisen hergestellt sind und eine Zusammensetzung wie in Tabelle I angegeben haben. Diese Matrizen werden dann zusammen mit anderen ähnlichen Matrizen konventioneller Herstellung, d.h. mit manuell flammengehärteten Niederhalterringen aus G 210 Gußeisen, zum Preßverformen von Metallblechen eingesetzt. Die Betriebsergebnisse sind in Tabelle III wiedergegeben. Tabelle III Gußeisentyp Stückzahl Ausschuß in % Reparaturbedürftigkeit in % Stillstand durch Festbacken 210 flammengehärtet 190 lasergehärtet
    • Beispiel 3
  • Analog wie in Beispiel 2 werden für die Fertigung eines Fahrzeugseitenteils Standardmatrizen hergestellt, deren Niederhalterringe aus Gh P Gußeisen hergestellt und in Luft abgeschreckt sind und eine Zusammensetzung wie in Tabelle I angegeben haben. Diese Matrizen werden dann zusammen mit anderen ähnlichen Matrizen konventioneller Art, d.h. manuell flammengehärteter Niederhalterringe aus G 210 Gußeisen, zur Preßverformung von Metallblechen eingesetzt. Die Betriebsergebnisse sind in Tabelle IV wiedergegeben. Tabelle IV Gußeisentyp Stückzahl Ausschuß in % Reparaturbedürftigkeit in % Stillstand durch Festbacken 210 flammengehärtet Gh P lasergehärtet
    • Beispiel 4
  • Analog wie in Beispiel 2 werden für die Fertigung der unteren Karosserieseite (Schweller) eines Fahrzeuges Standardmatrizen hergestellt, deren Niederhalterringe aus G 210 NiCr-legiertem Gußeisen hergestellt und in Luft abgeschreckt sind und eine Zusammensetzung wie in Tabelle I angegeben haben . Diese Matrizen werden dann mit anderen ähnlichen Matrizen konventioneller Art, d.h. manuell flammengehärteten Niederhalterringen aus G 210 Gußeisen, zur Preßverformung von Metallblechen eingesetzt. Die Betriebsergebnisse sind in Tabelle V wiedergegeben. Tabelle V Gußeisentyp Stückzahl Ausschuß in % Reparaturbedürftigkeit in % Stillstand durch Festbacken 210 flammengehärtet 210 lasergehärtet

Claims (5)

1. Verfahren zum Behandeln großer Gußeisenmatrizen, insbesondere solcher zum Preßverformen von Metallblechen für den Fahrzeugbau, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize in jenen Matrizenbereichen, die in Bezug zum spezifischen Gebrauch der Matrize am stärksten dem Verschleiß unterliegen, einer örtlichen Erhitzung über die Austenisationstemperatur unterzogen werden durch Anwendung eines Laserstrahles, der derart über diese Bereiche geführt wird, daß er stets orthogonal zu der Oberfläche dieser Bereiche ist, so daß er ständig deren Profil folgt, wobei das Erhitzen mittels eines Laserstrahlfokussierungskopfes mit fünf Bewegungsmöglichkeiten und mit solchen Parametern erfolgt, daß an diesen Matrizenbereichen eine örtliche martensitische Umwandlung erfolgt bis in eine Tiefe von mindestens 1 mm und mit einer Oberflächenhärte von über 400 HB.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jene Matrizenbereiche, die zur Erhitzung durch den Laserstrahl vorgesehen sind, aus einem speziellen Gußeisen aus der Gruppe bestehend aus G210, G190 und Gh P gebildet sind, wobei auf das Erhitzen mit dem Laserstrahl ein Kühlen in atmosphärischer Luft folgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung mittels Laser mit einer Kohlendioxidlaserquelle erfolgt unter Verwendung eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 10,6 um, einem Durchmesser von 44 mm, einer maximalen Divergenz von etwa 3 mrad und einer maximalen Leistung von etwa 5 kW, wobei der Laserstrahl auf den Kopf gerichtet und fokussiert wird über wassergekühlte Kupferspiegel.
4. Verwendung eines numerisch gesteuerten Roboters zur Bewegung eines Laserstrahlfokussierungskopfes relativ zu einer Oberfläche, wobei die Bewegung so erfolgt, daß der Laserstrahl stets orthogonal die Oberfläche trifft, zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Portalaufbau (5), einen Arm (6), den der Aufbau (5) trägt und der senkrecht von dem Aufbau (5) absteht sowie beweglich ist entlang einer ersten Führungsrichtung (a) auf entsprechenden Führungen (7), die ein oberer Querträger (8) des Aufbaus (5) trägt, einen Wagen (10), den der Arm (6) seitlich trägt und der von diesem absteht sowie an diesem beweglich ist entlang einer zweiten Führungsrichtung (b), die im rechten Winkel zu der ersten Richtung (a) steht, und einen Schaft (12), den der Wagen (10) trägt und der durch den Wagen (10) beweglich ist entlang seiner eigenen Achse, so daß er entlang einer dritten Führungsrichtung (c) verschiebbar ist, die im rechten Winkel zu der ersten und zu der zweiten Richtung steht, wobei der Roboter weiter einen Drehturm (14) hat, der den Kopf (2) winkelfest trägt und drehbar um eine Achse parallel zu dem Querträger (8) angebracht ist, und ein Verbindungsstück (15) aufweist, das den Drehturm (14) exzentrisch freitragend trägt und selbst von dem Schaft (12) exzentrisch freitragend und winkelfest getragen ist.
5. Verwendung eines Roboters gemäß Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (15) exzentrisch zu der Achse des Schafts (12) angeordnet und an der dem Drehturm (14) gegenüberliegenden Seite freitragend sowie mit einer Öffnung (18) versehen ist, durch die der Laserstrahl in das Verbindungsstück (15) eintreten kann, daß Mittel (20,21) vorgesehen sind zur Reflexion des Laserstrahls in den Kopf (2), und daß der Roboter (1) außerdem einen ersten Spiegel (22), den fest der Arm (6) in der Nähe des Querträgers (8) trägt, und einen zweiten Spiegel (23) aufweist, den seitlich der Wagen (10) trägt und der von dem Wagen (10) absteht, wobei die beiden Spiegel (22,23) schräg angeordnet und unter einem Winkel von 45 Grad ausgerichtet sind.
DE8787118970T 1986-12-19 1987-12-21 Verfahren zum behandeln von grossen gusseisenmatrizen, insbesondere zum pressverformen von metallblechen fuer fahrzeuge, und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens. Expired - Fee Related DE3785745T2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE20321461U DE20321461U1 (de) 1987-12-21 2003-12-05 Crashaktive Kopfstütze
DE20321324U DE20321324U1 (de) 1987-12-21 2003-12-05 Crashaktive Kopfstütze
DE20321462U DE20321462U1 (de) 1987-12-21 2003-12-05 Crashaktive Kopfstütze

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT67947/86A IT1196856B (it) 1986-12-19 1986-12-19 Procedimento di lavorazione di grandi stampi in ghisa particolarmente per lo stampaggio di lamiere di veicoli ed attrezzature per la sua realizzazione

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3785745D1 DE3785745D1 (de) 1993-06-09
DE3785745T2 true DE3785745T2 (de) 1993-08-19

Family

ID=11306609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE8787118970T Expired - Fee Related DE3785745T2 (de) 1986-12-19 1987-12-21 Verfahren zum behandeln von grossen gusseisenmatrizen, insbesondere zum pressverformen von metallblechen fuer fahrzeuge, und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens.

Country Status (6)

Country Link
US (2) US4808791A (de)
EP (1) EP0276461B1 (de)
BR (1) BR8706936A (de)
DE (1) DE3785745T2 (de)
ES (1) ES2040238T3 (de)
IT (1) IT1196856B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016211202A1 (de) * 2016-06-22 2017-12-28 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Spannungsbelastbarkeit eines druckbeaufschlagbaren Bauteils

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5061377A (en) * 1989-07-25 1991-10-29 Canadian Liquid Air Ltd./Air Liquide Canada Pipeline reactor and method
IT1233073B (it) * 1989-08-01 1992-03-14 Prima Ind Spa Macchina laser per l effettuazione di lavorazioni di taglio e saldatu ra
US5109148A (en) * 1990-01-26 1992-04-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Positioning device for a machining apparatus
US5124524A (en) * 1990-11-15 1992-06-23 Laser Design Inc. Laser alignment and control system
IT1250211B (it) * 1991-11-22 1995-04-03 Fiat Auto Spa Procedimento per il trattamento superficiale a mezzo laser di metalli da rivestire.
AT401246B (de) * 1992-03-30 1996-07-25 Schuoecker Dieter Dipl Ing Dr Vorrichtung zum bearbeiten eines werkstückes mit einem laserstrahl
TW245669B (de) * 1993-09-27 1995-04-21 Mitsubishi Electric Machine
US6189414B1 (en) 1995-12-19 2001-02-20 Yoshizawa Industry Inc. Counter plate and cutting die for die cutting machine
EP0780199B1 (de) * 1995-12-19 2002-03-27 Katayama Steel Rule Die, Inc. Herstellverfahren für eine Stanzplatte
ITTO980225A1 (it) * 1998-03-16 1999-09-16 Prima Ind Spa Macchina operatrice con braccio a sbalzo, in particolare macchina laser.
US6649862B2 (en) * 2001-07-17 2003-11-18 Tube Tech Machinery S.R.L. Machine for cutting pipes with different cross-sections and diameters by means of a laser beam
US7161114B2 (en) * 2003-10-01 2007-01-09 Trumpf Inc. Laser cutting installation with parts unloading unit
US20050103764A1 (en) * 2003-10-01 2005-05-19 Trumpf, Inc. Laser cutting machine with two X-axis drives
US7045740B2 (en) * 2003-10-01 2006-05-16 Trumpf, Inc. Laser processing installation with integrated loading/unloading of workpieces
US7141758B2 (en) * 2003-10-01 2006-11-28 Trumpf, Inc. Laser processing installation with readily accessible cutting unit
US20080251505A1 (en) * 2007-04-12 2008-10-16 Charles Lee Henderson TrinityCorp RC-1
US8502111B2 (en) 2007-04-12 2013-08-06 Charles L. Henderson Laser woodworking machine
EP2008752B1 (de) * 2007-06-30 2010-09-22 TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG Maschine zum Bearbeiten von Werkstücken und Verfahren zum maschinellen Bearbeiten von Werkstücken
EP3023190A1 (de) * 2014-11-24 2016-05-25 Bystronic Laser AG Schneidkopfvorrichtung
RU2711389C1 (ru) * 2019-05-06 2020-01-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) Способ повышения износостойкости рабочих органов из высокопрочного чугуна CO2 - лазером
DE102019122064A1 (de) * 2019-08-16 2021-02-18 Bystronic Laser Ag Bearbeitungsvorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks, Teilesatz für eine Bearbeitungsvorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks und Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks
RU2750673C1 (ru) * 2020-10-27 2021-06-30 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Способ восстановления рабочих органов почвообрабатывающих машин
RU2752724C1 (ru) * 2020-10-27 2021-07-30 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Способ восстановления рабочих органов почвообрабатывающих машин
RU2754332C1 (ru) * 2020-10-27 2021-09-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Способ восстановления ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин
RU2754330C1 (ru) * 2020-10-30 2021-09-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Способ восстановления рабочих органов глубокорыхлителей

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619550A (en) * 1969-09-25 1971-11-09 Laser Systems Corp Laser beam machine tool with beam manipulating apparatus
US4093842A (en) * 1976-01-19 1978-06-06 General Motors Corporation Ported engine cylinder with selectively hardened bore
JPS58185721A (ja) * 1982-04-23 1983-10-29 Toshiba Corp 金型
GB2120202A (en) * 1982-05-03 1983-11-30 Nova Robotics Inc Industrial robot
GB8330779D0 (en) * 1983-11-18 1983-12-29 Atomic Energy Authority Uk Treating medium
JPS60213390A (ja) * 1984-04-09 1985-10-25 Amada Co Ltd レ−ザ加工機
JPS60258407A (ja) * 1984-05-22 1985-12-20 Honda Motor Co Ltd 焼入れ方法
JPS6184519A (ja) * 1984-10-03 1986-04-30 Nec Corp 位置信号検出装置
DE3445981A1 (de) * 1984-12-17 1986-06-19 Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt Einrichtung zum bearbeiten von werkstuecken mit einem aus einem laserkopf austretenden laserstrahl
US4650952A (en) * 1984-12-20 1987-03-17 Gmf Robotics Corporation Robot-laser system
JPH0677866B2 (ja) * 1985-05-10 1994-10-05 豊田工機株式会社 レ−ザ加工装置
JPS61284519A (ja) * 1985-06-10 1986-12-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レ−ザ焼入れ方法
DD238396A1 (de) * 1985-06-19 1986-08-20 Mikromat Dresden Fritz Heckert Verfahren zur herstellung verschleissfester gleitflaechen
JPS62107892A (ja) * 1985-11-07 1987-05-19 Toyoda Mach Works Ltd レ−ザ加工装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016211202A1 (de) * 2016-06-22 2017-12-28 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Spannungsbelastbarkeit eines druckbeaufschlagbaren Bauteils

Also Published As

Publication number Publication date
IT1196856B (it) 1988-11-25
BR8706936A (pt) 1988-07-26
EP0276461A3 (en) 1989-03-29
US4808791A (en) 1989-02-28
IT8667947A0 (it) 1986-12-19
EP0276461A2 (de) 1988-08-03
EP0276461B1 (de) 1993-05-05
ES2040238T3 (es) 1993-10-16
DE3785745D1 (de) 1993-06-09
US4851637A (en) 1989-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3785745T2 (de) Verfahren zum behandeln von grossen gusseisenmatrizen, insbesondere zum pressverformen von metallblechen fuer fahrzeuge, und vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens.
DE19549667B4 (de) Laserstrahlbearbeitungsverfahren und Laserstrahlbearbeitungsgerät
AT16699U2 (de) Verfahren zur Bereitstellung von Aluminium-beschichteten Stahlblechen
EP2691206B1 (de) Verfahren zur laserstrahlbearbeitung eines werkstücks
EP4035823B1 (de) Prozess zur strahlbearbeitung eines platten- oder rohrförmigen werkstücks
EP1198341A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung von bauteilen aus einer werkstoffkombination
DE2940127A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur waermebehandlung
EP1173304B1 (de) Verfahren zur herstellung eines oberflächenlegierten zylindrischen, teilzylindrischen oder hohlzylindrischen bauteils
EP0491075B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel aus einer Titan-Basislegierung
DE102019107494A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen geformten Objekts
DE19616863C2 (de) Anordnung zur Kohärenzreduktion und Strahlhomogenisierung von Laserstrahlung hoher Leistung
DE3626808C2 (de)
WO2006114446A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum behandeln von flächen metallischer bauelemente mittels laserstrahls mit einer lichtdurchlässigen umlenkeinheit
DD268421A5 (de) Verfahren und vorrichtung zum entfernen von beschichtungen mit einem laserstrahl
EP1365883B1 (de) Laserschwei en von nichteisenmetallen mittels laserdioden unter prozessgas
CH414891A (de) Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mittels eines Ladungsträgerstrahls
DE10262053A1 (de) Verfahren zur Laserbearbeitung beschichteter Bleche
DE102007062212A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laser-Remote-Schneiden
EP0184839B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur spanlosen Herstellung schmaler, länglicher Werkstücke aus Metall mittels Laserstrahls
EP1331058A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schweiss- oder Lötnaht mit einem Laser
DE102017201872A1 (de) Verfahren zum thermischen Fügen eines Bauteilverbundes und Bauteilverbund
DE102010022094A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Grundplatte für eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelle
DE10241593A1 (de) Verfahren zur Laserbearbeitung beschichteter Bleche
DE102019131423A1 (de) Additives Fertigungsverfahren
DE102017105900A1 (de) Verfahren zum stirnseitigen Laserschweißen

Legal Events

Date Code Title Description
8363 Opposition against the patent
8365 Fully valid after opposition proceedings
8339 Ceased/non-payment of the annual fee