ES2968672T3 - Método y sistema para el endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo - Google Patents

Método y sistema para el endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo Download PDF

Info

Publication number
ES2968672T3
ES2968672T3 ES13758815T ES13758815T ES2968672T3 ES 2968672 T3 ES2968672 T3 ES 2968672T3 ES 13758815 T ES13758815 T ES 13758815T ES 13758815 T ES13758815 T ES 13758815T ES 2968672 T3 ES2968672 T3 ES 2968672T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
laser
segments
laser spot
scanning
power
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.)
Active
Application number
ES13758815T
Other languages
English (en)
Inventor
Amaia Gabilondo
Jesús Dominguez
Carlos Soriano
José Luis Ocana
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.)
Etxe Tar SA
Original Assignee
Etxe Tar SA
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=49117838&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=ES2968672(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Etxe Tar SA filed Critical Etxe Tar SA
Application granted granted Critical
Publication of ES2968672T3 publication Critical patent/ES2968672T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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
    • 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
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • 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
    • B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
    • 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
    • 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
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • 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
    • C21D1/34—Methods of heating
    • 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
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • 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
    • C21D9/30—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/008—Identification means, e.g. markings, RFID-tags; Data transfer means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
    • 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
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/005—Camshafts
    • 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
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency
    • 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
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2173—Cranks and wrist pins

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

Método de endurecimiento por láser de un área superficial de una pieza de trabajo, tal como una superficie de un muñón de un cigüeñal, que comprende: generar un movimiento relativo entre la superficie de la pieza de trabajo y una fuente láser para permitir que posteriormente se proyecte un punto láser sobre diferentes porciones de dicha área de superficie, y durante dicho movimiento relativo, escanear repetidamente el rayo láser (2) para producir un punto láser efectivo equivalente bidimensional (5) en dicha área de superficie. La distribución de energía del punto láser efectivo se adapta de manera que sea diferente en una subárea más sensible al calor, tal como en un área adyacente a una abertura de lubricación con aceite, que en una subárea menos sensible al calor, para evitar el sobrecalentamiento de dicha más Subárea sensible al calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema para el endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo
Campo técnico
La presente invención se refiere al campo del endurecimiento superficial de productos de materiales ferrosos tal como acero, por ejemplo, cigüeñales, por láser.
Estado de la técnica
Se conoce bien en la técnica el endurecimiento de materiales ferrosos, tal como acero medio en carbono, calentando el material hasta una alta temperatura, por debajo de su temperatura de fusión, y posteriormente enfriándolo bruscamente, es decir, enfriándolo lo suficientemente rápido para formar martensita dura. El calentamiento puede tener lugar en hornos o por calentamiento por inducción, y el enfriamiento puede tener lugar aplicando un fluido refrigerante, tal como agua o agua mezclada con otros componentes.
A menudo, sólo se necesita endurecer la superficie. El endurecimiento superficial aumenta la resistencia al desgaste del material y puede usarse a veces también para aumentar la resistencia a la fatiga causada por esfuerzos de compresión residuales. El endurecimiento superficial puede ser útil para endurecer superficies que se someterán a un desgaste sustancial cuando se encuentran en uso, por ejemplo, superficies de apoyo, tal como las superficies de muñón de cigüeñales.
El endurecimiento superficial por láser es un método de tratamiento de superficie en el cual se emplea una luz láser de alta energía como fuente térmica para endurecer la superficie de un sustrato. Se conoce el uso de la luz láser para conseguir un endurecimiento superficial, véase, por ejemplo:
- F Vollertsen, et al., "State of the art of Laser Hardening and Cladding", Proceedings of the Third International WLT Conference on Lasers in Manufacturing 2005 Munich, June 2005;
- M. Seifert, et al., "High Power Diode Laser Beam Scanning in Multi-Kilowatt Range", Proceedings of the 23rd International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics 2004;
- S. Safdar, et al., "An Analysis of the Effect of Laser Beam Geometry on Laser Transformation Hardening', Journal of Manufacturing Science and Engineering, Aug. 2006, Vol. 128, pp. 659-667;
- H. Hagino, et al., "Design of a computer-generated hologram for obtaining a uniform hardened profile by laser transformation hardening with a high-power
- US-4313771-A;
- DE-4123577-A1
- EP-1308525-A2;
- EP-2309126-A1;
- JP-2008-202438-A;
- JP-S61-58950-A;
- US-4797532-A.
El uso de la luz láser para un endurecimiento superficial implica varias ventajas: el haz de láser es esencialmente independiente de la pieza de trabajo, se controla fácilmente, no requiere vacío y no genera producto de combustión alguno. Asimismo, debido a que el haz de láser en general calienta solo el producto o pieza de trabajo de metal de forma local, el resto de la pieza de trabajo puede actuar como un disipador de calor, lo que asegura un enfriamiento rápido, que se conoce también como autoenfriado brusco: el interior frío de la pieza de trabajo constituye un disipador de calor lo bastante grande para enfriar bruscamente la superficie caliente por conducción térmica al interior a una velocidad lo bastante alta como para permitir que se forme martensita en la superficie. Por lo tanto, la necesidad de medios de enfriamiento externos, tales como fluidos refrigerantes, puede obviarse.
Un problema implicado con el uso de la luz láser como la fuente térmica en los procesos de endurecimiento de metal es que la anchura de la zona de endurecimiento está limitada por las dimensiones del punto de láser. Se conoce el uso de una óptica para modificar la forma del punto, por ejemplo, para proporcionar un punto sustancialmente rectangular que tiene una distribución de intensidad más o menos uniforme. Como alternativa, unos medios de exploración (tal como un espejo de exploración asociado a unos medios de accionamiento) pueden usarse para mover repetidamente el punto sobre la pista, de tal modo que la fuente térmica puede considerarse una fuente rectangular que se mueve a lo largo de la pista.
A pesar de sus ventajas, el endurecimiento por láser no se usa a menudo debido a que se cree que la velocidad de producción no será lo bastante alta para muchas aplicaciones prácticas de la presente técnica, y debido a que es difícil conseguir que la totalidad de las partes que hay que calentar se calentarán en la medida que se desee. Un calentamiento correcto es esencial para garantizar que se consigue el endurecimiento y el revenido, con las profundidades necesarias, pero sin dar lugar a daño por sobrecalentamiento.
Por ejemplo, un cigüeñal (la parte del motor que convierte el movimiento de pistón lineal alternativo en rotación) es un producto complejo que se ha concebido a menudo como difícil de endurecer por luz láser. Un ejemplo de un cigüeñal se muestra en la figura 1. El cigüeñal 1000 es un producto de acero forjado o colado, que tiene dos o más muñones cilíndricos coaxiales ubicados centralmente 1001 (que se conocen también como los "muñones principales") y uno o más muñones de muñequilla de cigüeñal cilíndricos desviados 1002 (que se conocen también como "muñones de biela"), separados por contrapesos y bandas que establecen paredes 1005 que se extienden sustancialmente perpendiculares a las superficies de los muñones. La forma compleja del producto puede hacer difícil "explorar" correctamente la superficie con el haz de láser; las pistas o áreas que se van a endurecer pueden tener anchuras diferentes y/o ser asimétricas y/o disponerse en diferentes planos (que es el caso con las paredes 1005 y las superficies de los muñones 1001 y 1002). Por lo tanto, hoy en día, el calentamiento por inducción a alta frecuencia que sigue un proceso de enfriado brusco de agua basado en polímero se usa con frecuencia para el endurecimiento de los cigüeñales. No obstante, el presente proceso, a pesar de que se ha demostrado que es útil para conseguir el endurecimiento deseado, implica ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las inductancias para crear un calentamiento por inducción han de diseñarse de acuerdo con el diseño específico del cigüeñal, lo que reduce la flexibilidad: para adaptar una máquina de inducción a un nuevo tipo de cigüeñal puede ser costoso y consumir mucho tiempo. Además, el calentamiento por inducción es costoso en términos de la energía que se requiere para calentar el cigüeñal en la medida que se desee. Adicionalmente, el proceso de enfriamiento es complejo, costoso y complicado desde un punto de vista ambiental, debido al uso de las grandes cantidades de fluido de enfriamiento que se necesitan. Por otra parte, parámetros tales como el flujo y la temperatura de fluido de enfriamiento han de controlarse con cuidado para garantizar un proceso de endurecimiento correcto.
Por lo tanto, el endurecimiento usando luz láser como la fuente térmica puede ser una alternativa atractiva en términos de flexibilidad, respeto al medio ambiente, consumo de energía y costes.
El documento DE-10 2005005 141-B3 divulga un método para el endurecimiento por láser de las superficies de los muñones de un cigüeñal. De acuerdo con este método, un robot industrial de seis ejes se usa para sujetar el cigüeñal y para rotar posteriormente el mismo alrededor del eje de los muñones principales y alrededor de los ejes de los muñones de biela, durante el calentamiento de los respectivos muñones con luz láser. Por lo tanto, mediante el uso de las capacidades de movimiento del robot industrial, la distancia entre la fuente de láser y la superficie sobre la cual se proyecta el haz de láser puede mantenerse constante.
Asimismo, el documento US-2004/0244529-A1 enseña el uso de láser para endurecer una región pequeña de un cigüeñal. En este caso, la luz de láser se usa para endurecer una pluralidad de porciones separadas, en las que la medida de las porciones varía sobre la región que se va a endurecer. Debido a que solo una porción minoritaria del cigüeñal se endurece con estas porciones separadas, no hay necesidad alguna de preocuparse acerca del sobrecalentamiento de otras porciones más sensibles al calor.
El documento DE-3905551-A1 enseña un sistema para el endurecimiento de una superficie de un cigüeñal, en el que un haz de láser se proyecta sobre un cigüeñal y en el que hay un movimiento relativo entre el haz y el cigüeñal de tal modo que el haz se proyectará posteriormente sobre unas porciones diferentes del cigüeñal. La potencia o la distribución de potencia en el haz se adapta dependiendo de la geometría de la porción respectiva del cigüeñal y dependiendo de la profundidad deseada de penetración del haz de láser. Un problema con el enfoque que se enseña por el documento DE-3905551-A1 es que puede que este no permita una tasa de producción alta. Para conseguir una profundidad suficiente de la capa endurecida (en la industria del motor, normalmente se requieren unas profundidades de endurecimiento de al menos 800, 1000, 1500, 2000 o incluso 3000 pm en términos de la profundidad de cubierta eficaz, y a menudo se desea que esta tenga un 100 % de martensita transformada hasta unas profundidades de 200 pm o más), no es bastante para aumentar la temperatura de una determinada porción de la superficie, sino que ha de aplicarse energía durante un tiempo suficientemente largo para calentar no solo la superficie, sino también el material por debajo de la superficie, hasta una profundidad suficiente. Debido a que no se desea un calentamiento excesivo de la superficie, para conseguir la penetración deseada la mejor solución no es aumentar simplemente la cantidad de potencia del haz de láser, sino más bien el tiempo durante el cual el calentamiento por láser se aplica al área relevante. En el sistema que se divulga en el documento DE-3905551-A1, en el que el haz de láser se mantiene estacionario y se aplica a un área específica, parecía que obtener un calentamiento y penetración adecuado sobre las porciones mayoritarias de los muñones principales o los muñones de biela requería unas cantidades sustanciales de tiempo. Por lo tanto, el documento DE-3905551-A1 puede describir un método apropiado para endurecer unas porciones muy específicas de la superficie de un cigüeñal, pero no para endurecer las superficies generales de los muñones.
Asimismo, el documento EP-1972694-A2 se centra en el endurecimiento de unas porciones específicas de un cigüeñal, en concreto, de las porciones de filete, usando uno o más láseres. La luz de láser se dirige sobre la porción que se va a endurecer y el cigüeñal se rota. El método divulgado puede incluir una etapa de precalentamiento, una etapa de calentamiento principal y una etapa de post-calentamiento. Parece que la irradiación de láser se mantiene constante mientras tiene lugar la rotación del cigüeñal. El documento EP-1972694-A2 no menciona el riesgo de sobrecalentamiento de unas porciones más sensibles al calor de la superficie del cigüeñal.
El documento US-2004/0108306-A1 reconoce que los fabricantes de automóviles usan el proceso de calentamiento por inducción para endurecer los cojinetes de un cigüeñal, es decir, las superficies de los muñones principales y los muñones de biela, a la vez que un proceso de laminado mecánico se utiliza para laminar los filetes para mejorar los esfuerzos de compresión. No obstante, de acuerdo con el documento US-2004/0108306-A1, se dice que estos procesos hacen un uso intensivo de capital, requieren mucho tiempo, conducen a faltas de uniformidad y tienen propensión a formar grietas en los orificios de lubricación de aceite que requieren un proceso de revenido. El documento US-2004/0108306-A1 enseña un tratamiento térmico de filetes por láser que está dirigido a eliminar la necesidad del proceso de laminado mecánico. Se propone un control de temperatura de lazo cerrado mediante el uso de un pirómetro óptico. Se propone el uso de un mecanismo controlable en x,y para mantener una distancia de calentamiento fija entre el láser y el filete.
S.M. Shariff, y col., "Laser Surface Hardening of a Crankshaft", SAE 2009-28-0053 (SAE International), analiza el endurecimiento superficial por láser de un cigüeñal dirigido a una profundidad de cubierta de más de 200 pm con una dureza de 500-600 HV en diferentes ubicaciones mencionadas. El documento menciona el problema de la fusión en la periferia de los orificios debido a un efecto de disipación de calor reducido y a la acumulación de calor en el borde. Se indica que puede hacerse frente al problema reduciendo el efecto de precalentamiento en el borde del orificio eligiendo una ubicación de arranque apropiada y variando los parámetros de proceso dentro del intervalo admisible.
Un motivo por el cual el endurecimiento por láser no se usa con más frecuencia en el contexto de productos complejos tales como los cigüeñales es que se cree que puede ser difícil conseguir un calentamiento correcto de las partes, es decir, un calentamiento suficiente para asegurar un endurecimiento correcto (en general, la capa endurecida debe tener una profundidad de cubierta eficaz de al menos 800 pm o más, tal como al menos 1000, 1500, 2000 pm o más, y/o presentando un 100 % de martensita transformada hasta una profundidad tal como 200 pm o más) mientras se evita el sobrecalentamiento de las porciones sensibles. Por ejemplo, en el caso de un cigüeñal como el de la figura 1, ha de tenerse cuidado en lo que respecta al calentamiento de los muñones en correspondencia con los orificios de lubricación de aceite 1003 y opcionalmente también en lo que respecta a los filetes 1004. Por ejemplo, si un punto de láser grande se proyecta simplemente sobre la superficie del muñón durante la rotación del muñón para calentar la totalidad de la superficie, y si la velocidad de rotación y la potencia del haz de láser se mantienen constantes, de tal modo que cada porción de la superficie recibe la misma cantidad de energía, y si esta energía es suficiente para conseguir un calentamiento adecuado de la mayor parte de la superficie para producir el endurecimiento deseado, el calentamiento puede volverse excesivo en los bordes de los orificios de lubricación de aceite, dañando de este modo dichos bordes. Lo mismo puede tener lugar en los filetes, los cuales están rebajados habitualmente; por lo tanto, hay bordes que pueden sufrir daño si se sobrecalientan.
Descripción de la invención
Un primer aspecto de la invención se refiere a un método de endurecimiento por láser como se define en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen algunas realizaciones del mismo.
En algunas realizaciones, el método es un método de endurecimiento por láser de una superficie de un muñón de un cigüeñal, comprendiendo dicho muñón un área superficial que hay que endurecer, extendiéndose dicha área superficial en una primera dirección paralela con respecto a un eje de rotación (X) del cigüeñal y en una segunda dirección correspondiente a una dirección circunferencial (W) del muñón, comprendiendo dicha área superficial al menos una subárea más sensible al calor y al menos una subárea menos sensible al calor, incluyendo dicha al menos una subárea más sensible al calor un área adyacente a un orificio de lubricación de aceite del cigüeñal, comprendiendo el método:
proyectar un haz de láser a partir de una fuente de láser sobre dicha área superficial, con el fin de producir un punto de láser eficaz en dicha área superficial, extendiéndose dicho punto de láser eficaz, en dicha primera dirección, a lo largo de la mayor parte de dicha área superficial que hay que endurecer (tal como a lo largo de más de un 50 %, más de un 75 %, más de un 85 % o más de un 90 % o un 95 %, tal como más de un 99 % o incluso un 100 %, y especialmente a lo largo de la mayor parte, si no a lo largo de un 100 %, del área superficial que hay que endurecer, por ejemplo, el área superficial en donde una profundidad de cubierta eficaz de, por ejemplo, al menos 800 pm o más se desea);
generar un movimiento relativo entre la superficie del cigüeñal y la fuente de láser en dicha dirección circunferencial, con el fin de proyectar posterior o progresivamente el punto de láser eficaz sobre una porciones diferentes de dicha área superficial en la dirección circunferencial;
presentando dicho punto de láser eficaz una distribución de energía bidimensional (en términos de cómo la energía o potencia del haz de láser se distribuye dentro del punto de láser eficaz).
El método comprende además adaptar dicha distribución de energía de tal modo que dicha distribución de energía es diferente cuando se calienta dicha subárea menos sensible al calor que cuando se calienta dicha subárea más sensible al calor que incluye el área adyacente a un orificio de lubricación de aceite, con el fin de evitar el sobrecalentamiento de dicha área adyacente a un orificio de lubricación de aceite. De este modo, llevando a cabo dicha adaptación, es posible conseguir un calentamiento eficiente y adecuado del área superficial que se hay que endurecer, sin sobrecalentar y dañar, por ejemplo, los bordes de los orificios de lubricación de aceite.
En algunas realizaciones de la invención, durante una parte sustancial (tal como de al menos un 50 %, un 75 %, un 90 %, un 95%o más) del tiempo de aplicación del punto de láser eficaz sobre el área superficial, el punto de láser eficaz tiene una anchura (o extensión lineal, a lo largo de la curvatura de la superficie del muñón) en la dirección circunferencial de al menos 5 mm, preferentemente de al menos 7 mm, más preferentemente de al menos 10 mm, e incluso más preferentemente de al menos 15 mm, 20 mm, 30 mm o más, tal como de al menos 50 mm. Usar una extensión suficiente en la dirección circunferencial, es decir, en la dirección del movimiento relativo que se produce entre la fuente de láser y la superficie del muñón, hace posible calentar cada porción del área superficial que se hay que endurecer durante un tiempo suficiente, a la vez que se completa el proceso de endurecimiento dentro un tiempo razonablemente corto. Es decir, una extensión suficiente del punto de láser eficaz en la dirección circunferencial hace posible llevar a cabo el movimiento relativo a una velocidad relativamente alta a la vez que se consigue una penetración o profundidad de endurecimiento suficiente, sin usar temperaturas excesivamente altas. Por este motivo, puede preferirse una anchura sustancial del punto de láser eficaz en la dirección circunferencial. Por supuesto, ha de provocarse un equilibrio entre la capacidad en términos de potencia del láser que se usa y el área superficial cubierta por el punto de láser eficaz, debido a que la potencia disponible debe ser suficiente para proporcionar suficiente calentamiento del área. Se ha descubierto que, cuando se trabaja con cigüeñales de automóvil que tienen muñones con anchuras del orden de uno o unos pocos cm en la primera dirección, y se usan láseres que tienen una potencia de salida en el intervalo de una pareja de kW, tal como 3-4 kW, el punto eficaz puede, por ejemplo, tener una anchura en la dirección circunferencial del orden de 1 cm, mientras que la velocidad relativa lineal entre el láser y la superficie del muñón puede ser del orden de 60 cm/minuto. Para muchos fines industriales, se considera que el haz de láser debe tener una potencia de al menos 3 kW, preferentemente más, tal como 6 kW.
En estas realizaciones, dicho punto de láser eficaz es un punto de láser equivalente o virtual que se obtiene mediante la realización de una exploración del haz de láser en la primera dirección y en la segunda dirección, que incluye direcciones intermedias de estas dos direcciones, es decir, direcciones que son oblicuas con respecto a la primera y la segunda direcciones, por ejemplo, a lo largo de una trayectoria o líneas rectas o curvadas, siguiendo de forma repetitiva un patrón de exploración a lo largo del cual el punto de láser se desplaza con una velocidad de exploración, de tal modo que la distribución de energía bidimensional durante un ciclo de exploración esté determinada por dicha velocidad de exploración, dicho patrón de exploración, tamaño del punto de láser, potencia del haz de láser y distribución de potencia dentro del haz de láser. Por lo tanto, uno o más de estos parámetros pueden usarse para adaptar de forma dinámica la distribución de energía bidimensional. Esto hace posible adaptar y modificar fácilmente el tamaño y la forma del punto de láser eficaz, así como la distribución de energía bidimensional dentro del punto de láser eficaz, durante el desplazamiento relativo entre la fuente de láser y la superficie de la pieza de trabajo, es decir, por ejemplo, durante la rotación del cigüeñal alrededor de su eje longitudinal, adaptando así la distribución de energía bidimensional con el fin de evitar el sobrecalentamiento de las subáreas más sensibles al calor tal como las áreas adyacentes a los orificios de lubricación de aceite. En algunas realizaciones de la invención, una adaptación de la distribución de energía se lleva a cabo adaptando al menos uno de dichos velocidad de exploración, patrón de exploración, tamaño del punto de láser, potencia del haz de láser y distribución de potencia dentro del haz de láser, de tal modo que dicha distribución de energía es diferente cuando se calienta dicha subárea menos sensible al calor que cuando se calienta dicha subárea más sensible al calor que incluye el área adyacente a un orificio de lubricación de aceite, con el fin de evitar el sobrecalentamiento de dicha área adyacente a un orificio de lubricación de aceite. En algunas realizaciones de la invención, una adaptación de la distribución de energía se lleva a cabo adaptando la potencia del haz de láser, por ejemplo, mediante el encendido y apagado del haz de láser durante la exploración del punto de láser a lo largo del patrón de exploración. Por ejemplo, cuando se usa un láser tal como un láser de fibra, el haz de láser puede conmutarse a activado y a desactivado muy rápidamente, haciendo posible de este modo obtener una distribución de energía deseada mediante el apagado y encendido del haz de láser a la vez que se sigue el patrón de exploración. Por lo tanto, el calentamiento puede conseguirse al encender el haz de láser durante determinadas líneas o partes de líneas del patrón de exploración.
En algunas realizaciones de la invención, la distribución de energía se controla, al menos en parte, adaptando de manera selectiva la potencia del haz de láser durante la exploración del punto de láser a lo largo del patrón de exploración, con el fin de establecer de manera selectiva el haz de láser a uno de una pluralidad de estados de potencia disponibles al menos 300 veces por segundo, más preferentemente al menos 600 veces por segundo, más preferentemente al menos 1.000 veces por segundo, más preferentemente al menos 5.000 veces por segundo, e aún más preferentemente al menos 10.000 veces por segundo. La expresión "estado de potencia" se refiere a un estado en el que el haz de láser tiene una potencia promedio previamente determinada, de tal modo que estados de potencia diferentes corresponden a niveles de potencia diferentes del haz de láser, tal como, por ejemplo, 0 kW, 1 kW, 4 kW, 5 kW, 6 kW, 9 kW y 10 kW. Por ejemplo, en algunas realizaciones de la invención, puede haber dos estados de potencia, en concreto, un estado "activado" cuando el haz de láser está encendido, y un estado "desactivado" cuando el haz de láser está apagado, es decir, con potencia nula (o cerca de una potencia nula). No obstante, puede usarse cualquier otro estado de energía disponible, es decir, también estados de potencia en los que la potencia promedio es más alta que cero pero menos que la potencia máxima del haz de láser. Por ejemplo, si la potencia máxima del haz de láser es de 10 kW, puede haber dos estados de potencia disponibles que corresponden a 0 kW y 10 kW, y/o puede haber estados de potencia disponibles que corresponden a valores intermedios tal como 2 kW, 4 kW, 5 kW, 6 kW y/u 8 kW. La expresión "disponible" se refiere al hecho de que los estados de potencia pueden conseguirse con el equipo de láser que se está usando. La expresión "ajustar a" no implica que deba haber un cambio real en el estado tantas veces por segundo (por ejemplo, varios segmentos adyacentes pueden tener el mismo estado de potencia asignado a los mismos, de tal modo que no haya necesidad alguna de cambiar la potencia del láser cuando se pasa de un segmento al siguiente), sino que indica que el láser está dispuesto para poder cambiar el estado de potencia tantas veces siempre que sea apropiado, por ejemplo, siguiendo unas instrucciones proporcionadas por un sistema de control. De este modo, una segmentación o "pixelización" de la distribución de energía puede conseguirse con 300, 600, 1000, 5000 o 10000 segmentos o píxeles por segundo, teniendo el haz de láser, durante cada segmento o píxel o al menos durante una parte de dicho segmento o píxel, una potencia promedio tal como se determina mediante el estado de potencia asignado a dicho segmento o píxel. Por ejemplo, cuando se sigue de manera repetitiva un patrón de exploración con una frecuencia de 50 Hz, la distribución de energía a lo largo del patrón de exploración puede determinarse mediante, por ejemplo, los estados de potencia asignados a 6, 12, 20, 100 o 200 segmentos o píxeles distribuidos a lo largo del patrón de exploración, que corresponden a 300, 600, 1000, 5000 y 10000 segmentos o píxeles por segundo, respectivamente. Para las mismas tasas de píxeles por segundo y para una velocidad de exploración de 100 Hz, la distribución de energía se determinaría mediante 3, 6, 10, 50 y 100 segmentos o píxeles del patrón de exploración, respectivamente. En general, se prefiere usar al menos 6 segmentos o píxeles, es decir, por ejemplo, el patrón de exploración puede comprender dos filas, teniendo cada una tres segmentos, teniendo cada segmento un estado de potencia asignado al mismo. Obviamente, cuando tiene lugar un cambio entre estados de potencia diferentes, puede haber periodos transitorios durante los cuales la potencia del haz de láser difiere de la potencia determinada por el estado de potencia previo y el nuevo estado de potencia, por ejemplo, la potencia del haz puede aumentar o disminuir de tal modo que hay una pendiente en la curva de potencia mientras que una transición de un segmento al siguiente está teniendo lugar durante la exploración del haz de láser a lo largo del patrón de exploración.
Este enfoque, es decir, el cambio de la potencia del haz en segmentos o píxeles diferentes del patrón de exploración, proporciona una alta flexibilidad en la distribución de energía y hace sencillo establecer y modificar de manera dinámica la distribución de energía, con el fin de evitar el sobrecalentamiento de, por ejemplo, los bordes de orificios de lubricación de aceite. El enfoque segmentado o pixelado también hace sencillo encontrar patrones de distribución de energía apropiados mediante el uso de pruebas de ensayo y error, adaptando los estados de potencia asignados a los diferentes segmentos hasta que se consigue un patrón de calentamiento apropiado. La conmutación entre estados de potencia diferentes puede tener lugar a velocidad alta cuando se usan láseres adecuados, tal como láseres de fibra comercialmente disponibles. Los láseres de fibra pueden ser más costosos que otros láseres disponibles, pero pueden ser ventajosos debido al corto tiempo que se necesita para una conmutación controlada entre, por ejemplo, un estado "activado" y "desactivado", o entre otros estados de potencia/niveles de potencia. Los tiempos de conmutación de activado/desactivado o desactivado/activado de tales láseres pueden ser inferiores a 1 ms, tal como 0,1 ms o menos.
En algunas de estas realizaciones de la invención, el patrón de exploración puede comprender una pluralidad de segmentos, teniendo cada uno de dichos segmentos, en un momento dado, uno de dichos estados de potencia disponible asignados al mismo. El estado de potencia asignado a al menos uno de dichos segmentos puede ser diferente durante el calentamiento de dicha subárea menos sensible al calor que durante el calentamiento de dicha subárea más sensible al calor que incluye el área adyacente a un orificio de lubricación de aceite, Es decir, la distribución de energía puede adaptarse de manera dinámica modificando el estado de potencia asignado a determinados segmentos o a todos los segmentos, por ejemplo, cuando el punto de láser eficaz se aproxima a un orificio de lubricación de aceite.
Como alternativa o adicionalmente, una adaptación de la distribución de energía puede llevarse (adicionalmente) a cabo adaptando la velocidad de exploración durante la exploración del punto de láser a lo largo del patrón de exploración. Para una potencia de haz de láser fija, una velocidad más alta implica que se aplica menos energía y, viceversa.
En algunas realizaciones de la invención, la exploración se lleva a cabo a una velocidad de exploración lo bastante alta de tal modo que las oscilaciones de temperatura en puntos dentro de dicho punto de láser eficaz tienen una amplitud de menos de 200 °C, preferentemente de menos de 150 °C, más preferentemente de menos de 100 °C, y aún más preferentemente de menos de 50 °C, entre un máximo local y el siguiente mínimo local de la temperatura. En este contexto, la amplitud de las oscilaciones se refiere a la amplitud de las variaciones repetitivas entre máximos y mínimos locales de la curva de temperatura, excluyendo el calentamiento sustancial inicial hasta una temperatura máxima en el borde delantero del punto de láser eficaz y el enfriamiento posterior hasta una temperatura baja en el borde trasero del punto de láser eficaz. Para un endurecimiento apropiado, es deseable que el metal alcance rápidamente una temperatura lo bastante alta y que el metal permanezca posteriormente a dicha temperatura lo bastante alta durante una cantidad razonable de tiempo, sin fluctuaciones sustanciales en dicha temperatura, debido a que tales fluctuaciones pueden afectar negativamente a la calidad del endurecimiento. Unas velocidades de exploración de más de 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 o 300 Hz (es decir, repeticiones del patrón de exploración por segundo) pueden ser apropiadas, para evitar que la temperatura de un punto calentado caiga demasiado antes de que el punto se recaliente por el haz de láser durante el siguiente ciclo de exploración. Un endurecimiento adecuado requiere ciertas temperaturas mínimas y si ha a alcanzarse rápidamente una profundidad de endurecimiento deseada, se prefieren una temperaturas altas. No obstante, una temperaturas excesivas pueden afectar negativamente a la calidad debido a, por ejemplo, el crecimiento de tamaño de grano. Por lo tanto, ha de encontrarse una temperatura de compromiso, y las desviaciones con respecto a esta temperatura deben ser lo más pequeñas posible. Por lo tanto, puede preferirse una velocidad de exploración alta en términos de ciclos por segundo para reducir la amplitud de las fluctuaciones u oscilaciones de temperatura.
En algunas realizaciones de la invención, la distribución de energía en dicho punto de láser eficaz es de tal modo que se aplica más energía hacia los extremos del punto de láser eficaz en dicha primera dirección, que hacia el centro de dicho punto de láser eficaz en dicha primera dirección. Se ha descubierto que, debido a la forma en que la energía térmica se absorbe y distribuye en el cigüeñal, aplicar más energía hacia los extremos laterales del punto de láser eficaz es útil para obtener un espesor sustancialmente uniforme de la capa endurecida, es decir, una sección transversal sustancialmente rectangular en lugar de una sección transversal en la que la capa endurecida es muy delgada hacia dichos extremos laterales y aumenta lentamente, siguiendo una curva, hacia su centro. No obstante, debe tenerse cuidado para evitar el sobrecalentamiento de rebajes o filetes en los extremos del muñón.
En algunas realizaciones de la invención, dicha distribución de energía presenta una densidad de energía más alta en una porción o borde delantero de dicho punto de láser eficaz que en una porción o borde trasero de dicho punto de láser eficaz, de tal modo que un área barrida por el punto de láser eficaz está recibiendo en primer lugar una irradiación de láser con una potencia promedio más alta y está recibiendo posteriormente una irradiación de láser con potencia promedio más baja. Esto aumenta la eficiencia ya que se alcanza rápidamente una temperatura apropiada para el endurecimiento, con el fin de reducir el tiempo durante el cual el punto de láser eficaz ha de aplicarse a un área determinada con el fin de conseguir una profundidad de endurecimiento requerida. Por lo tanto, lleva menos tiempo completar el endurecimiento de, por ejemplo, la superficie de un muñón.
En algunas realizaciones de la invención, el método comprende la etapa de aplicar el punto de láser eficaz a dicha área superficial a ambos lados de un orificio de lubricación de aceite en dicha primera dirección, extendiéndose dicho orificio de lubricación de aceite hacia dentro de manera inclinada de tal modo que no se extiende por debajo de un primero de dichos lados sino por debajo de un segundo de dichos lados, en donde el punto de láser eficaz está se adapta para aplicar más energía sobre el primero de dichos lados que sobre el segundo de dichos lados. Debido a la presencia del orificio de lubricación de aceite por debajo del segundo de dichos lados, el efecto de sumidero de calor es más bajo en dicho lado. Por lo tanto, preferentemente deberá aplicarse menos energía allí que en el otro lado, donde la ausencia de tal orificio de lubricación de aceite permite una mejor disipación del calor. De esta manera, se optimiza el uso de energía de calentamiento y se minimiza el riesgo de sobrecalentamiento. Es decir, de acuerdo con estas realizaciones de la invención, no solo se presta atención a la superficie que hay que endurecer, sino también a la estructura subsuperficial de la pieza de trabajo en correspondencia con los orificios de lubricación de aceite.
En algunas realizaciones de la invención, el punto de láser eficaz tiene una primera forma en dicha subárea menos sensible al calor, y se adapta para tener sustancialmente una forma de U cuando llega a un orificio de lubricación de aceite, y para tener sustancialmente una forma de U invertida cuando sale de dicho orificio de lubricación de aceite, o viceversa, y en donde dicha primera forma es opcionalmente una forma sustancialmente rectangular o triangular. Las expresiones "U" y "U invertida" se refieren a la situación cuando el orificio de lubricación de aceite se está aproximando "desde arriba". Básicamente, un punto de láser eficaz sustancialmente rectangular, trapezoidal o triangular, apropiado para proporcionar un calentamiento bastante homogéneo a lo largo de la superficie del muñón, puede no ser apropiado para calentar alrededor del orificio de lubricación de aceite. Por lo tanto, puede darse al punto de láser eficaz una forma de "U" sustancial (que incluye una forma de "V" o similar) para recibir el orificio de lubricación de aceite sin calentar sustancialmente este o sus bordes directamente, y a continuación puede invertirse, con el fin de que el orificio de lubricación de aceite salga sin que el orificio de lubricación de aceite o sus bordes se estén calentando directamente por el punto de láser eficaz. El cambio en la forma del punto de láser eficaz puede conseguirse modificando la forma del patrón de exploración y/o cambiando el estado de potencia asignado a una o más partes o segmentos del patrón de exploración. Por ejemplo, cuando se usa un patrón de exploración que comprende una pluralidad de líneas, constituida cada una por una pluralidad de segmentos, un punto de láser eficaz con forma de "U" puede conseguirse mediante el cambio del estado de potencia asignado a uno o más de los segmentos en la porción central de una o más líneas, por ejemplo, mediante la asignación de un estado desactivado a dichos segmentos, o mediante la asignación a dichos segmentos de un estado de potencia que corresponde a un nivel bajo de potencia del haz de láser.
En algunas realizaciones de la invención, el punto de láser eficaz se proyecta sobre el muñón de una manera descentrada. Esto puede ayudar a hacer el punto de láser más grande, lo que a veces es útil para distribuir mejor el calor. Asimismo, este enfoque puede ser útil debido a que un borde delantero del punto de láser puede tener una densidad de potencia más alta que un borde trasero, debido a diferentes ángulos de incidencia del haz de láser sobre la superficie en el borde delantero y en el borde trasero del punto de láser. Como se explica en el presente documento, esto puede acortar el tiempo de calentamiento que necesita que la superficie para alcanzar la temperatura deseada. El descentrado del haz de láser también implica la ventaja de reducir el riesgo de daños o fallos debido a los retroreflexiones.
El primer aspecto de la invención, como se define en la reivindicación 1, se refiere a un método de endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo, comprendiendo la pieza de trabajo al menos un área superficial que hay que endurecer, comprendiendo dicha área superficial al menos una subárea más sensible al calor y al menos una subárea menos sensible al calor, comprendiendo el método:
proyectar un haz de láser a partir de una fuente de láser sobre dicha área superficial, con el fin de producir un punto de láser en dicha área;
generar un movimiento relativo entre la superficie de la pieza de trabajo y la fuente de láser, permitiendo de este modo que el punto de láser se proyecte posteriormente sobre porciones diferentes de dicha área superficial; durante dicho movimiento relativo, realizar una exploración repetitiva con el haz de láser a lo largo de la porción respectiva de dicha área superficial en dos dimensiones con el fin de producir un punto de láser eficaz equivalente o virtual bidimensional sobre dicha área superficial, teniendo dicho punto de láser eficaz una distribución de energía;
en donde dicha distribución de energía se adapta de tal modo que esta es diferente en una subárea más sensible al calor que en una subárea menos sensible al calor, con el fin de evitar el sobrecalentamiento de dicha subárea más sensible al calor.
En algunas realizaciones de la invención, el método comprende la realización de una exploración con el haz de láser a lo largo de un patrón de exploración dentro de dicho punto de láser eficaz y modificar la potencia del haz de láser a lo largo de dicho patrón de exploración con el fin de obtener dicha distribución de energía, opcionalmente mediante el apagado y encendido del haz de láser a lo largo de dicho patrón de exploración.
En algunas realizaciones de la invención, la distribución de energía se controla adaptando de manera selectiva la potencia del haz de láser durante la exploración del punto de láser a lo largo del patrón de exploración, con el fin de establecer de manera selectiva el haz de láser a uno de una pluralidad de estados de potencia disponibles al menos 300 veces por segundo, más preferentemente al menos 600 veces por segundo, más preferentemente al menos 1.000 veces por segundo, más preferentemente al menos 5.000 veces por segundo, e aún más preferentemente al menos 10.000 veces por segundo. Por ejemplo, el patrón de exploración puede comprender una pluralidad de segmentos, teniendo cada uno de dichos segmentos uno de dichos estados de potencia disponibles asignados al mismo, y el estado de potencia asignado a por lo menos uno de dichos segmentos puede seleccionarse para que sea diferente en la subárea menos sensible al calor de en la subárea más sensible al calor. Es decir, los estados de potencia asignados a uno, algunos o más de los segmentos pueden modificarse de manera dinámica durante el proceso con el fin de evitar el sobrecalentamiento de, por ejemplo, los bordes de los orificios de lubricación de aceite, o recalentamiento excesivo de una porción ya endurecida de un muñón, etc.
Como se ha explicado anteriormente, la expresión "estado de potencia" se refiere a un estado en el que el haz de láser tiene una potencia promedio previamente determinada, tal como "activado" o "desactivado" o un nivel de potencia entre el máximo y cero (o cerca de cero). La expresión "disponible" se refiere al hecho de que los estados de potencia pueden conseguirse con el equipo de láser que se está usando. La expresión "ajustar a" no implica que deba haber un cambio real en el estado tantas veces por segundo, sino que indica que el láser está dispuesto para poder cambiar el estado de potencia siempre que sea apropiado, por ejemplo, siguiendo unas instrucciones proporcionadas por un sistema de control. De este modo, una segmentación o "pixelización" de la distribución de energía puede conseguirse con 300, 600, 1000, 5000 o 10000 segmentos o píxeles por segundo. Por ejemplo, 300 segmentos por segundo pueden dar cabida a un patrón de exploración que tiene seis (6) segmentos a una frecuencia de exploración de 50 Hz. Como se ha explicado anteriormente, cuando tiene lugar un cambio entre estados de potencia diferentes, puede haber periodos transitorios durante los cuales la potencia del haz de láser difiere de la potencia determinada por el estado de potencia previo y el nuevo estado de potencia, por ejemplo, la potencia del haz puede aumentar o disminuir de tal modo que hay una pendiente en la curva de potencia mientras que una transición de un segmento al siguiente está teniendo lugar durante la exploración del haz de láser a lo largo del patrón de exploración.
Cuanto más alta sea la capacidad del láser de conmutar entre estados de potencia diferentes, más grande será el número de segmentos o píxeles que pueden usarse para crear el patrón de exploración, para una frecuencia de exploración dada. Por ejemplo, en el caso de una fuente de láser que permite una conmutación entre niveles de potencia a una velocidad de 1000 veces por segundo, puede usarse una frecuencia de exploración de 100 Hz con un patrón de exploración que comprende 10 segmentos, a cada uno de los cuales puede asignarse y adaptarse un estado de potencia deseado durante el funcionamiento para evitar el sobrecalentamiento de unas porciones sensibles al calor, tales como los bordes de los orificios de lubricación de aceite de cigüeñales.
En algunas realizaciones de la invención, el método comprende la etapa de usar un patrón de exploración diferente para el haz de láser dentro de dicho punto de láser eficaz, en dicha subárea más sensible al calor en comparación con dicha subárea menos sensible al calor.
En algunas realizaciones de la invención, el método comprende la etapa de adaptar dicha distribución de energía adaptando la velocidad de exploración de tal modo que sea esta es diferente en al menos parte de dicho punto de láser eficaz, en dicha subárea más sensible al calor en comparación con dicha subárea menos sensible al calor.
En algunas realizaciones de la invención, dicho punto de láser eficaz comprende una porción delantera con una densidad y distribución de energía seleccionadas para calentar una porción de superficie de la pieza de trabajo hasta una temperatura de endurecimiento, una porción intermedia con una densidad y distribución de energía (tal como una densidad de energía muy baja, tal como una potencia nula o cerca de una potencia nula) seleccionada para con el fin de permitir el enfriamiento de una porción de superficie calentada para un enfriado brusco, y una porción trasera que tiene una densidad y distribución de energía seleccionadas para calentar la porción sometida a enfriado brusco con el fin de producir el revenido de la misma. En general, muchas piezas de trabajo tal como cigüeñales requieren, además del endurecimiento de las mismas, el revenido con el fin de reducir la dureza, potenciar la ductilidad y reducir la fragilidad. Para el revenido, la pieza de trabajo ha de calentarse hasta una temperatura que es generalmente más baja que la temperatura que se usa para el endurecimiento. Cuando una pieza de trabajo se ha endurecido usando un tratamiento por láser, el revenido puede tener lugar en una estufa u horno, pero también es posible revenir aplicando un tratamiento por láser similar al que se usa para el endurecimiento, pero con una distribución y/o densidad de energía diferente. Por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, el revenido puede tener lugar mediante la aplicación de un ciclo de revenido después del ciclo de endurecimiento. Por ejemplo, después de endurecer 360 grados de un muñón, el punto de láser eficaz puede moverse una vez más alrededor de o a lo largo del muñón, esta vez para revenir el mismo. No obstante, también es posible proporcionar un endurecimiento y un revenido en el mismo ciclo o etapa de proceso, mediante el uso de un punto de láser eficaz que incluye: una porción delantera para calentar la superficie de la pieza de trabajo hasta una temperatura de endurecimiento deseada y para mantener la superficie a dicha temperatura durante un tiempo suficiente con el fin de obtener la profundidad de endurecimiento deseada; una porción intermedia con una densidad de energía baja, tal como una densidad de energía o de potencia de sustancialmente 0 W/cm2, con el fin de permitir que la porción calentada se enfríe con el fin de producir un enfriado brusco o un auto-enfriado brusco de la misma; y una porción trasera que tiene una densidad y distribución de energía con el fin de recalentar la porción sometida a enfriado brusco hasta el punto necesario para el revenido según se desee. De esta manera, para producir tanto el enfriado brusco como el revenido, puede ser suficiente dejar que el punto de láser eficaz barra la superficie que se va a tratar una vez, por ejemplo, en el caso de una superficie de un muñón de un cigüeñal, mediante la rotación del cigüeñal una vez alrededor de su eje de rotación.
En algunas realizaciones de la invención, el punto de láser eficaz se establece mediante la realización de una exploración repetitiva con el haz de láser sobre la pieza de trabajo siguiendo un patrón que comprende una pluralidad de líneas tales como unas líneas rectas o curvadas, en donde dichas líneas son, preferentemente, sustancialmente paralelas, y en donde la exploración se repite con una frecuencia de exploración, y en donde cada una de dicha pluralidad de líneas comprende una pluralidad de segmentos o píxeles, comprendiendo el método asignar un valor de potencia de haz de láser previamente determinado a cada uno de dichos segmentos con el fin de ajustar de manera selectiva la potencia de salida del haz de láser a un nivel diferente dentro de algunos de dichos segmentos en comparación con otros de dichos segmentos. Asignar una potencia de haz de láser a los segmentos puede incluir especificar que el haz de láser debe estar "activado" para unos seleccionados de dichos segmentos y "desactivado" para otros de dichos segmentos, lo que puede conseguirse al conmutar el láser a activado y a desactivado durante la exploración. Por lo tanto, se consigue fácilmente una distribución de energía pixelada. Este enfoque puede ser útil para proporcionar una distribución de energía deseada que puede hacerse variar fácilmente a la vez que el punto de láser eficaz se barre a lo largo de la superficie que va a calentarse, por ejemplo, mediante la rotación de la pieza de trabajo alrededor de un eje. En algunas realizaciones de la invención, esta frecuencia de exploración es de al menos 50 Hz (de tal modo que se realiza una exploración del haz de láser para completar el punto de láser virtual al menos 50 veces por segundo) y preferentemente de al menos 100 Hz, y dicha pluralidad de líneas comprende al menos dos líneas, preferentemente al menos 3 líneas, más preferentemente al menos 4 líneas, tal como 5-10 líneas, y cada línea comprende al menos 3 segmentos, preferentemente al menos 5 segmentos, y más preferentemente al menos 10 segmentos, tal como 10-20 segmentos. Este tipo de disposición puede ser apropiado para establecer una distribución de energía deseada, con un detalle suficiente y con una frecuencia suficiente con el fin de evitar unas fluctuaciones de temperatura sustanciales de un punto en el interior del patrón de exploración durante un ciclo de exploración. El uso de láseres tales como los láseres de fibra que permiten una conmutación rápida a activado-desactivado hace posible conseguir un gran número de segmentos o píxeles también a unas frecuencias de exploración relativamente altas, tal como a unas frecuencias de exploración por encima de 50 Hz. Cada segmento puede tener un estado de potencia de haz asignado a este, indicativo de la potencia prevista del haz de láser durante dicho segmento o parte del mismo, y los estados de potencia asignados a los segmentos pueden modificarse de manera dinámica durante el proceso de endurecimiento con el fin de, por ejemplo, evitar el sobrecalentamiento de unas subáreas más sensibles al calor. Es decir, adaptando los estados de potencia asignados a los segmentos, puede adaptarse la distribución de energía del punto de láser eficaz.
En el aspecto de la invención descrito anteriormente, la exploración del haz de láser o punto de láser a lo largo y/o a través de una porción de la pieza de trabajo puede llevarse a cabo de tal modo que el punto de láser sigue de manera repetitiva un patrón de exploración que comprende una pluralidad de segmentos, y en donde al menos un valor de parámetro que tiene influencia sobre dicha distribución de energía bidimensional está asociado a cada uno de dichos segmentos, por ejemplo, almacenados en una memoria de un sistema de control para usarse para adaptar el funcionamiento en correspondencia con el segmento respectivo cada vez que el punto de láser se mueve a lo largo de dicho segmento. Dicho al menos un valor de parámetro puede adaptarse de manera dinámica durante el funcionamiento de tal modo que dicho al menos un valor de parámetro es diferente para al menos uno de dichos segmentos cuando el punto de láser eficaz está calentando dicha subárea más sensible al calor que cuando calienta dicha subárea menos sensible al calor. Por ejemplo, para un segmento dado, valores de parámetro (o unas combinaciones de valores de parámetro) diferentes pueden almacenarse en unas ubicaciones de memoria diferentes y, dependiendo de la subárea que se está calentando, el valor de parámetro puede retirarse de una ubicación de memoria o de otra ubicación de memoria. No obstante, esto es solo un ejemplo, y también otras implementaciones están dentro del alcance de la invención. Se ha descubierto que el uso de un patrón de exploración segmentado hace sencillo encontrar e implementar una distribución de energía que se adapta al diseño específico de un cigüeñal.
Adaptando uno o más parámetros que tienen influencia sobre la distribución de energía bidimensional, es sencillo modificar la distribución de energía con el fin de, por ejemplo, aplicar menos potencia/energía en correspondencia con unas porciones más sensibles al calor de la pieza de trabajo, tal como el área alrededor de los bordes de un orificio de lubricación de aceite de un cigüeñal. Por lo tanto, un operario puede, mediante la asignación de valores diferentes a determinados parámetros en correspondencia con cada segmento, definir unas distribuciones de energía diferentes, y al conmutar entre unas distribuciones de energía diferentes durante el endurecimiento de una porción de una pieza de trabajo, tal como la superficie de un muñón de un cigüeñal, puede conseguirse un endurecimiento adecuado a la vez que se evita el sobrecalentamiento local de unas porciones sensibles al calor. El uso de un patrón de exploración segmentado y la asignación de los valores de parámetro en función del segmento, hace sencillo encontrar valores apropiados, por ejemplo, con unas pocas pruebas de ensayo y error. Por ejemplo, para das cabida a un orificio de lubricación de aceite, los valores asignados a determinados segmentos pueden seleccionarse para reducir la energía aplicada adyacente a dichos orificios de lubricación de aceite, cuando el punto de láser eficaz llega a las subáreas correspondientes de la pieza de trabajo.
Los valores de parámetro pueden ser indicativos de al menos uno de velocidad de exploración, tamaño del punto de láser, potencia del haz de láser, distribución de potencia dentro del haz de láser, longitud del segmento correspondiente y orientación del segmento correspondiente. En muchas realizaciones de la invención, la potencia del haz de láser y/o la velocidad de exploración pueden ser parámetros preferidos. La elección de parámetro puede depender de factores tales como la velocidad con la que el haz de láser puede conmutarse entre niveles de potencia diferentes, tal como activado/desactivado o entre niveles de potencia intermedia diferentes, y de la medida en la que el sistema de exploración permite cambios rápidos y controlados en la velocidad de exploración segmento por segmento. Cuando se usan láseres que permiten un cambio rápido y controlado de la potencia de salida, la potencia del haz de láser puede usarse ventajosamente como al menos uno de los parámetros que determina la distribución de energía.
El método puede comprender la etapa de almacenar, para cada segmento, el al menos un valor de parámetro correspondiente en una memoria, en donde para al menos un segmento se almacenan al menos dos valores diferentes en dicha memoria, un primer que va a usarse cuando se calienta dicha subárea menos sensible al calor y un segundo que va a aplicarse cuando se calienta dicha subárea más sensible al calor. Por lo tanto, los valores de parámetro correspondientes a distribuciones de energía bidimensionales diferentes pueden almacenarse en unas ubicaciones de memoria diferentes, y dependiendo de si se está calentando una subárea más sensible al calor o menos sensible al calor, los sistemas de control usan los valores de parámetro de una ubicación de memoria u otra. Por lo tanto, cuando se adapta el sistema y el método a un nuevo tipo de cigüeñal, el operario puede diseñar un conjunto de distribuciones de energía diferentes mediante el diseño del patrón de exploración y los valores de parámetro, por ejemplo, el diseño de una primera distribución de energía que va a usarse durante la mayor parte del calentamiento de un muñón de un cigüeñal, una segunda distribución de energía que va a usarse cuando el punto de láser eficaz se aproxima a la subárea con un orificio de lubricación de aceite, y una tercera distribución de energía que va a usarse cuando el punto de láser eficaz sale de la subárea con el orificio de lubricación de aceite. Los patrones de distribución de energía bidimensional pueden adaptarse fácilmente para tener en cuenta, por ejemplo, la anchura del muñón y el tamaño y/o la ubicación de un orificio de lubricación de aceite.
La exploración puede llevarse a cabo, por ejemplo, a una velocidad promedio de al menos 300 segmentos por segundo, preferentemente al menos 600 segmentos por segundo, más preferentemente al menos 1.000 segmentos por segundo, más preferentemente al menos 5.000 segmentos por segundo, y aún más preferentemente al menos 10.000 segmentos por segundo. Puede preferirse una velocidad de exploración alta para repetir el patrón de exploración a una frecuencia alta para evitar, por un lado, fluctuaciones de temperatura sustanciales entre cada ciclo de exploración en el área que se está calentando, a la vez que se permite un número de segmentos lo bastante alto con el fin de proporcionar flexibilidad en la distribución de energía bidimensional. Por ejemplo, con una velocidad de exploración de 300 segmentos por segundo, un patrón de exploración que tiene seis segmentos o píxeles puede repetirse con una frecuencia de 50 Hz. Un alto número de segmentos o píxeles puede ser útil para aumentar las posibilidades de adaptar la distribución de energía tanto como sea posible a las características de la superficie que se está endureciendo, mientras que una frecuencia de repetición alta del patrón de exploración reduce el riesgo de fluctuaciones de temperatura no deseadas dentro del área que se está calentando, entre cada ciclo de exploración.
En algunas realizaciones, el método comprende la etapa de reducir la densidad de energía en una porción delantera del punto de láser eficaz cuando el punto de láser eficaz está llegando a una porción previamente endurecida de dicha área superficial, tal como en una porción previamente endurecida de un muñón de un cigüeñal endurecido mediante el desplazamiento del punto de láser eficaz alrededor del muñón en una dirección circunferencial. De este modo, puede evitarse un calentamiento indebido de una porción ya calentada y endurecida del muñón. En algunas realizaciones de la invención, la densidad de potencia/energía en el borde delantero del punto de láser eficaz simplemente se reduce, pero el punto de láser eficaz continúa desplazándose, por ejemplo, alrededor del muñón en la dirección circunferencial, con el fin de recalentar la porción endurecida hasta cierto punto, con el fin de revenirlo. En otras realizaciones de la invención, el método comprende la etapa de, cuando el punto de láser eficaz está llegando a una porción previamente endurecida de dicha área superficial, tal como en una porción previamente endurecida de un muñón de un cigüeñal endurecido mediante el desplazamiento del punto de láser eficaz alrededor del muñón en una dirección circunferencial, interrumpir el movimiento de dicho punto de láser eficaz en una porción delantera de dicho punto de láser eficaz, mientras que una porción trasera de dicho punto de láser eficaz continúa moviéndose en dicha dirección circunferencial, reduciendo progresivamente de ese modo el tamaño de dicho punto de láser eficaz en dicha dirección circunferencial, hasta que dicho punto de láser eficaz se desvanece. Es decir, el punto de láser eficaz se detiene sustancialmente cuando está llegando a la porción previamente endurecida, es decir, por ejemplo, el borde delantero se detiene y el borde trasero alcanza el borde delantero, completando el ciclo de endurecimiento.
En ambos casos, la implementación del método puede facilitarse sustancialmente si el punto de láser eficaz está compuesto por segmentos, tal como segmentos de un patrón de exploración. La reducción o cancelación del punto de láser eficaz que comienza en su borde delantero puede conseguirse adaptando la densidad de energía en dichos segmentos, tal como mediante la reducción de la potencia del haz y/o el aumento de la velocidad de exploración, y/o simplemente al cancelar y reordenar segmentos. Por lo tanto, el enfoque segmentado en combinación con el uso de una exploración bidimensional del haz de láser para crear el punto de láser eficaz, proporciona flexibilidad y hace sencillo para el experto manejar, por ejemplo, en el caso de endurecimiento por láser de muñones de cigüeñales en la dirección circunferencial, la llegada del punto de láser eficaz a la porción previamente endurecida de la pista.
El método es un método de endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo, tal como una pieza de trabajo de acero medio en carbono, por ejemplo, un cigüeñal; la referencia a "una superficie" no significa que la totalidad de la superficie tenga que endurecerse; por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, puede ser suficiente que se endurezcan partes de la superficie, por ejemplo, las superficies de uno o más muñones y/o de las paredes adyacentes a los muñones.
La pieza de trabajo comprende al menos un área superficial que hay que endurecer (por ejemplo, la superficie de uno o más muñones principales y/o uno o más muñones de biela del cigüeñal y/o superficies de pared del cigüeñal), comprendiendo dicha área superficial al menos una subárea más sensible al calor (por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, el área inmediatamente alrededor de un orificio de lubricación de aceite y/o el área cerca del borde de un filete rebajado; en este caso, la ausencia de material reduce la capacidad de disipación de calor e implica un mayor riesgo de sobrecalentamiento; asimismo, los bordes afilados tienen más probabilidades de dañarse por sobrecalentamiento que la superficie lisa y regular del resto del muñón) y al menos un área secundaria menos sensible al calor (por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, la parte de la superficie del muñón que se encuentra más alejada con respecto a dicho orificio de lubricación de aceite y/o de dicho filete rebajado, donde la ausencia de bordes y huecos implica un riesgo reducido de sobrecalentamiento).
El método comprende:
proyectar un haz de láser a partir de una fuente de láser sobre dicha área superficial, con el fin de producir un punto de láser en dicha área;
generar un movimiento relativo entre la superficie de la pieza de trabajo y la fuente de láser (por ejemplo, rotando la pieza de trabajo alrededor de un eje X y/o desplazando la pieza de trabajo y/o la fuente de láser a lo largo de un eje Y y/o Z, en perpendicular a dicho eje X), permitiendo de este modo que el punto de láser se proyecte posteriormente sobre porciones diferentes de dicha área superficial (es decir, dependiendo de la posición relativa entre la pieza de trabajo y la fuente de láser de acuerdo con, por ejemplo, dichos ejes X, Y y Z, en cada momento la fuente de láser, en combinación con medios de exploración, puede dirigir el punto de láser sobre una cierta porción o sección de dicha área superficial, por ejemplo, y dependiendo de si los medios de exploración proporcionan un movimiento unidimensional o bidimensional, sobre una línea de dicha área que tiene un espesor correspondiente al diámetro, la longitud o la anchura del punto de láser, o sobre, por ejemplo, una sección sustancialmente rectangular del área);
durante dicho movimiento relativo, realizar una exploración del haz de láser a lo largo de la porción respectiva de dicha área. La exploración se realiza en dos dimensiones, por lo tanto, siguiendo una trayectoria o patrón tal como un patrón rectangular, un patrón ovalado, un patrón triangular, un patrón trapezoidal, un patrón hexagonal, un patrón octogonal, etc., o rellenando un área delineada por un patrón de este tipo, por ejemplo, llevando a cabo una exploración serpenteante o triangular hacia delante y hacia atrás a lo largo y/o a través de dicha porción, o mediante la realización de una exploración con el haz de láser a lo largo de una pluralidad de líneas, tal como una líneas sustancialmente paralelas. La expresión "realizar una exploración con el haz de láser" debe interpretarse en el sentido de que el propio haz de láser se desplaza, usando algún tipo de medio de exploración óptico o similar, tal como uno o más espejos de exploración.
La exploración se realiza de tal modo que el punto de láser sigue un patrón o una trayectoria de exploración en el área superficial.
De acuerdo con algunas realizaciones, al menos uno de
(i) una velocidad de exploración; y/o
(ii) una potencia de haz de láser; y/o
(iii) un tamaño de punto de láser;
es diferente en una parte del patrón de exploración que en otra parte del patrón de exploración, con el fin de evitar (o reducir el riesgo de) sobrecalentamiento de la pieza de trabajo en la subárea más sensible al calor.
Por lo tanto, en la subárea más sensible al calor, la velocidad de exploración puede ser más alta y/o la potencia de haz de láser puede reducirse y/o el área de punto de láser puede ser más grande, algo puede conseguirse, por ejemplo, moviendo una lente de enfoque-, que en la subárea menos sensible al calor, con el fin de reducir la cantidad de energía por unidad de área superficial que se transfiere a la pieza de trabajo en dicha área más sensible al calor, en comparación con dicha zona menos sensible al calor.
En algunas realizaciones de la invención, dicho patrón de exploración comprende una pluralidad de segmentos, y para cada uno de dichos segmentos, se asigna
(i) una velocidad de exploración; y/o
(ii) una potencia de haz de láser; y/o
(iii) un tamaño de punto de láser;
estando al menos uno de dicha velocidad de exploración, potencia de haz de láser y tamaño de punto de láser seleccionados de forma diferente en relación con al menos uno de dichos segmentos en comparación con al menos otro de dichos segmentos.
Los segmentos pueden ser rectos o curvados y pueden formar un polígono o cualquier otra figura geométrica. Estos pueden formar una curva cerrada seguida repetidamente por el punto de láser durante la exploración, o una curva abierta que puede seguirse repetidamente en ambas direcciones por el punto de láser. Los segmentos pueden ser cortos e incluso pueden incluir puntos en los que puede elegirse que el haz de láser permanezca inmóvil durante una cierta cantidad de tiempo. Por lo tanto, asignando, a cada segmento, al menos un valor de un parámetro que tiene una influencia de la transferencia de energía a la superficie durante la exploración, puede conseguirse una distribución adecuada de la transferencia de calor y el calentamiento. Por ejemplo, en un sistema de exploración controlado por un ordenador, este enfoque hace que sea sencillo para un operador intentar perfiles de transferencia de energía diferentes a lo largo del patrón de exploración, y llegar por prueba y error a uno apropiado para un producto específico, tal como para un cigüeñal específico. Asimismo, este enfoque puede implementarse fácilmente en un sistema de simulación informática, de tal modo que se pueda experimentar con perfiles de transferencia de energía diferentes, modificando la velocidad de exploración, la potencia de haz de láser y/o el tamaño de punto de láser para uno o más segmentos, e incluso modificando la disposición geométrica del patrón de exploración, hasta llegar a algo que proporciona un calentamiento adecuado de la pieza de trabajo. Pueden proporcionarse medios de entrada por ordenador que permiten la variación del patrón de exploración (por ejemplo, ajustando la longitud de los segmentos), y/o la velocidad de exploración, y/o la potencia de haz de láser y/o el tamaño de punto de láser. Por supuesto, también pueden incorporarse parámetros adicionales.
Por ejemplo, la velocidad de exploración puede seleccionarse para que sea mayor en un segmento que se encuentra más cerca de una subárea más sensible al calor que en dos segmentos adyacentes que se encuentran más lejos de dicha subárea sensible al calor. Por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, la velocidad de exploración puede seleccionarse más alta para uno o dos segmentos que cruzarán realmente el/los orificio(s) de lubricación de aceite en alguna fase del proceso, que para los segmentos adyacentes. El uso de diferentes velocidades de exploración para diferentes segmentos a lo largo de la trayectoria seguida por el punto de láser tiene la ventaja de implementarse fácilmente con los medios de exploración comercialmente disponibles.
En algunas realizaciones de la invención, la potencia de haz de láser se selecciona para que sea menor en un segmento que se encuentra más cerca de una subárea más sensible al calor que en dos segmentos adyacentes que se encuentran más lejos de dicha subárea sensible al calor. Por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, la velocidad de exploración puede seleccionarse más alta y/o la potencia de haz de láser puede seleccionarse más baja en uno o dos segmentos que cruzarán realmente los orificios de lubricación de aceite -o serán cruzados por los orificios de lubricación de aceite- en alguna fase del proceso, que en los segmentos adyacentes.
En algunas realizaciones de la invención, el punto de láser se selecciona para tener un área más grande en un segmento que se encuentra más cerca de una subárea más sensible al calor, que en dos segmentos adyacentes que se encuentran más alejados de dicha subárea sensible al calor. Por lo tanto, mediante "desenfoque" durante una cierta parte de la trayectoria seguida por el haz de láser, la concentración de potencia por unidad de área superficial disminuirá, lo que puede ser útil para evitar el sobrecalentamiento de áreas sensibles al calor pequeñas, tal como las correspondientes a los orificios de lubricación de aceite de los cigüeñales.
En algunas realizaciones,
(i) velocidad de exploración; y/o
(ii) potencia de haz de láser; y/o
(iii) tamaño de punto de láser;
asignado a uno o más de los segmentos se modifica(n) al menos una vez mientras que la superficie de la pieza de trabajo se está moviendo en relación con la fuente de láser, por ejemplo, cada vez que el patrón o segmento llega o sale de una subárea más sensible al calor. Por lo tanto, por ejemplo, la velocidad de exploración y/o la potencia de haz de láser y/o el tamaño de punto de láser, correspondientes a uno o más segmentos del patrón, pueden modificarse durante el proceso, por ejemplo, cuando uno o más de los segmentos están llegando a una subárea más sensible al calor, tal como en, o cerca de, los orificios de lubricación de aceite de un cigüeñal, y también cuando dicho segmento o segmentos están saliendo de dicha subárea más sensible al calor. De esta manera, el tratamiento térmico puede optimizarse fácilmente de manera razonable para todas las áreas de la pieza de trabajo, de acuerdo con su sensibilidad térmica.
Estas realizaciones de la invención pueden comprender adicionalmente la etapa de programar un medio de control electrónico, tal como un ordenador personal, un PLC, o similar, para controlar el haz de láser asignando, a cada uno de dichos segmentos:
(i) al menos una velocidad de exploración; y/o
(ii) al menos una potencia de haz de láser; y/o
(iii) al menos un tamaño de punto de láser.
En algunas realizaciones de la invención, el patrón de exploración tiene una forma geométrica (por ejemplo, definida por los segmentos), en donde dicha forma geométrica del patrón de exploración se modifica al menos una vez mientras que la superficie de la pieza de trabajo se está moviendo en relación con la fuente de láser. Por ejemplo, en una fase del proceso, tal como durante una rotación de la pieza de trabajo, por ejemplo, cuando un orificio de lubricación de aceite se está aproximando a la porción escaneada del área superficial, uno o más segmentos pueden omitirse simplemente para evitar el sobrecalentamiento de una subárea más sensible al calor, o el patrón de exploración puede modificarse para reducir la densidad de potencia en una o más áreas.
Algunas realizaciones de la invención se refieren a un método de endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo (tal como una pieza de trabajo de acero medio en carbono, por ejemplo, un cigüeñal; la referencia a "una superficie" no significa que la totalidad de la superficie tenga que endurecerse; por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, puede ser suficiente que se endurezcan partes de la superficie, por ejemplo, las superficies de uno o más muñones y/o de las paredes adyacentes a los muñones), comprendiendo la pieza de trabajo al menos un área superficial hay que endurecer templar (por ejemplo, la superficie de uno o más muñones principales y/o uno o más muñones de biela del cigüeñal y/o superficies de pared del cigüeñal). El área superficial comprende al menos una subárea más sensible al calor (por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, el área inmediatamente alrededor de un orificio de lubricación de aceite y/o el área cerca del borde de un filete rebajado; en este caso, la ausencia de material reduce la capacidad de disipación de calor e implica un mayor riesgo de sobrecalentamiento; asimismo, los bordes afilados tienen más probabilidades de dañarse por sobrecalentamiento que la superficie lisa y regular del resto del muñón) y al menos un área secundaria menos sensible al calor (por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, la parte de la superficie del muñón que se encuentra más alejada con respecto a dicho orificio de lubricación de aceite y/o de dicho filete rebajado, donde la ausencia de bordes y huecos implica un riesgo reducido de sobrecalentamiento). El método comprende:
proyectar un haz de láser a partir de una fuente de láser sobre dicha área superficial, con el fin de producir un punto de láser en dicha área superficial;
generar un movimiento relativo entre la superficie de la pieza de trabajo y la fuente de láser (por ejemplo, rotando la pieza de trabajo alrededor de un eje X y/o desplazando la pieza de trabajo y/o la fuente de láser lo largo de los ejes Y y/o Z, en perpendicular a dicho eje X), permitiendo de este modo que el punto de láser se proyecte posteriormente sobre porciones diferentes de dicha área superficial (es decir, dependiendo de la posición relativa entre la pieza de trabajo y la fuente de láser de acuerdo con, por ejemplo, dichos ejes X, Y y Z, en cada momento la fuente de láser, en combinación con medios de exploración, puede dirigir el punto de láser sobre una cierta porción o sección de dicha área, por ejemplo, sobre una sección sustancialmente rectangular del área); durante dicho movimiento relativo, realizar una exploración con el haz de láser a lo largo de la porción respectiva de dicha área superficial (en dos dimensiones, por lo tanto, siguiendo un patrón tal como un patrón rectangular, un patrón ovalado, un patrón triangular, un patrón trapezoidal, un patrón hexagonal, un patrón octogonal, etc., o rellenando un área delineada por un patrón de este tipo, por ejemplo, llevando a cabo una exploración serpenteante o triangular hacia delante y hacia atrás a lo largo y/o a través de dicha área o rastreando una pluralidad de líneas, tal como una pluralidad de líneas paralelas; la expresión "realizar una exploración con el haz de láser" debe interpretarse en el sentido de que el propio haz de láser se desplaza, usando algún tipo de medio de exploración óptico, tal como uno o más espejos de exploración);
en donde la exploración se realiza de tal modo que el punto de láser sigue un patrón o una trayectoria de exploración en el área, teniendo el patrón de exploración una configuración geométrica.
De acuerdo con estas realizaciones, la configuración geométrica del patrón de exploración se modifica al menos una vez durante el movimiento relativo entre el área superficial y la fuente de láser. Por ejemplo, el patrón de exploración puede comprender una pluralidad de segmentos, y uno o más segmentos pueden omitirse simplemente para evitar el sobrecalentamiento de una subárea más sensible al calor, o el patrón puede modificarse para reducir la densidad de potencia en una o más áreas. Por lo tanto, por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, cuando, durante el movimiento relativo entre la fuente de láser y la superficie de la pieza de trabajo, uno o más orificios de lubricación de aceite se aproximan al área que se está explorando, el patrón de exploración puede adaptarse, por ejemplo, reduciendo la densidad de energía de la trayectoria, es decir, separando segmentos y/u omitiendo uno o más segmentos. Por ejemplo, un segmento puede omitirse cambiando un patrón de exploración de curva originalmente cerrada para dar un patrón de exploración de curva abierta, mediante lo cual el punto de láser puede rastrear dicha curva abierta hacia delante y hacia atrás; si el segmento omitido corresponde a la posición del orificio de lubricación de aceite, este no contribuirá al calentamiento de los bordes del orificio de lubricación de aceite.
Algunas realizaciones de la invención se refieren a un método de endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo (tal como una pieza de trabajo de un material ferroso tal como acero medio en carbono, por ejemplo, como un cigüeñal), comprendiendo la pieza de trabajo al menos un área superficial hay que endurecer templar (por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, la superficie de uno o más muñones principales y/o uno o más muñones de biela del cigüeñal y/o superficies de pared del cigüeñal), comprendiendo dicha área superficial al menos una subárea más sensible al calor (por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, el área inmediatamente alrededor de un orificio de lubricación de aceite y/o el área cerca del borde de un filete rebajado; en este caso, la ausencia de material reduce la capacidad de disipación de calor e implica un mayor riesgo de sobrecalentamiento; asimismo, los bordes afilados tienen más probabilidades de dañarse por sobrecalentamiento que la superficie lisa y regular del resto del muñón) y al menos un área secundaria menos sensible al calor (por ejemplo, la parte de la superficie del muñón que se encuentra más alejada con respecto a dicho orificio de lubricación de aceite y/o de dicho filete rebajado, donde la ausencia de bordes y huecos implica un riesgo reducido de sobrecalentamiento).
El método comprende:
proyectar un haz de láser a partir de una fuente de láser sobre dicha área superficial, produciendo de este modo un punto de láser en dicha área superficial;
generar un movimiento relativo entre la superficie de la pieza de trabajo y la fuente de láser (por ejemplo, rotando la pieza de trabajo alrededor de un eje X y/o desplazando la pieza de trabajo y/o la fuente de láser lo largo de los ejes Y y/o Z, en perpendicular a dicho eje X), permitiendo de este modo que el punto de láser se proyecte posteriormente sobre porciones diferentes de dicha área superficial (es decir, dependiendo de la posición relativa entre la pieza de trabajo y la fuente de láser de acuerdo con, por ejemplo, dichos ejes X, Y y Z, en cada momento la fuente de láser, en combinación con medios de exploración, puede dirigir el punto de láser sobre una cierta porción o sección de dicha área, por ejemplo, sobre una sección sustancialmente rectangular del área); durante dicho movimiento relativo, realizar una exploración con el haz de láser a lo largo de la porción respectiva de dicha área (en dos dimensiones, siguiendo de este modo un patrón tal como un patrón rectangular, un patrón ovalado, un patrón triangular, un patrón trapezoidal, etc., o rellenando un área delineada por un patrón de este tipo, por ejemplo, llevando a cabo una exploración serpenteante o triangular de hacia delante y hacia atrás a lo largo y/o a través de dicha área, o dejando que el haz de láser siga un patrón que comprende una pluralidad de líneas, tal como líneas paralelas; la expresión "realizar una exploración con el haz de láser" debe interpretarse en el sentido de que el propio haz de láser se desplaza, usando algún tipo de medio de exploración óptico, tal como uno o más espejos de exploración; en el caso de un escáner de XYZ, además de la posibilidad de movimiento del punto en las direcciones X e Y, se prevé una lente de enfoque que puede desplazarse en la dirección Z mediante algún tipo de medio de accionamiento, permitiendo de este modo la adaptación dinámica del tamaño del punto de láser; de este modo, tanto la posición del punto como su tamaño pueden controlarse y adaptarse para optimizar el proceso de endurecimiento);
y modular el haz de láser.
De acuerdo con estas realizaciones, el haz de láser se modula de manera diferente cuando el punto de láser se encuentra en dicha subárea más sensible al calor que cuando se encuentra en dicha subárea menos sensible al calor, con el fin de evitar el sobrecalentamiento de una porción respectiva de la pieza de trabajo. Más específicamente:
A- el haz de láser se modula en potencia (por ejemplo, de tal modo que su potencia es más baja cuando el punto de láser se encuentra en dicha subárea más sensible al calor que cuando el punto de láser se encuentra en dicha subárea menos sensible al calor; la modulación de la potencia puede incluir incluso reducir temporalmente la potencia a cero o cerca de cero);
y/o
B- el haz de láser se modula en velocidad de exploración (por ejemplo, de tal modo que el punto de láser se mueve más rápidamente sobre la superficie de la pieza de trabajo cuando el punto de láser se encuentra en dicha subárea más sensible al calor que cuando el punto de láser se encuentra en dicha subárea menos sensible al calor; la modulación de la velocidad de exploración puede incluir incluso detener temporalmente el movimiento del haz de láser);
y/o
C- el haz de láser se modula en su patrón de exploración de tal modo que el punto de láser sigue un patrón de exploración diferente en correspondencia con dicha subárea más sensible al calor que en correspondencia con dicha subárea menos sensible al calor (por lo tanto, para la subárea más sensible al calor, puede elegirse un patrón de exploración que reduce el riesgo de sobrecalentamiento en, por ejemplo, los bordes de, por ejemplo, los orificios de lubricación de aceite o los filetes rebajados de un cigüeñal);
y/o
D- el haz de láser se modula en su tamaño de punto de láser de tal modo que el tamaño de punto de láser es diferente (por ejemplo, más grande) en correspondencia con dicha subárea más sensible al calor que en correspondencia con dicha subárea menos sensible al calor (por lo tanto, para la subárea más sensible al calor, puede usarse un tamaño de punto que reduce el calentamiento en, por ejemplo, los bordes de los orificios de lubricación de aceite o los filetes rebajados de un cigüeñal. Aumentar el tamaño del punto mediante, por ejemplo, desenfoque del haz de láser, reduce la cantidad de potencia por unidad de área superficial del punto de láser).
Por lo tanto, por ejemplo, en todas estas realizaciones de la invención, y en el caso de endurecimiento de las superficies de apoyo de un cigüeñal, es decir, de las superficies del muñón principal y de los muñones de biela, el haz de láser puede enfocarse sobre uno de dichos muñones, y el haz puede explorarse a continuación a través de dicho muñón y/o a través de una porción de dicho muñón. Por otro lado, mediante el movimiento relativo entre la fuente de luz láser y la superficie del cigüeñal, puede explorarse toda la circunferencia del cigüeñal. A continuación, en lugar de usar medios ópticos para producir, por ejemplo, un punto de láser cuadrado o rectangular de tamaño sustancial, tal como un punto de láser que tiene una anchura del orden de la anchura del muñón, puede usarse un punto más pequeño con el cual se realiza una exploración a continuación a lo largo del muñón. De esta manera, la modulación del haz en términos de velocidad de exploración, potencia, patrón de exploración y/o tamaño de punto de láser permite que el tratamiento térmico se adapte a las particularidades de las diferentes porciones de la superficie, por ejemplo, a la sensibilidad térmica de regiones tales como, en el caso de un cigüeñal, los orificios de lubricación de aceite y los filetes. Por lo tanto, en lugar de simplemente tratar todas las porciones de la superficie de la misma manera aplicando simplemente un punto de láser grande a la superficie y mover la superficie en relación con la fuente de láser, por ejemplo, rotando la pieza de trabajo (que parece ser lo que se sugiere por el documento DE-102005 005 141-B3), puede usarse un punto más pequeño y la exploración y la modulación pueden llevarse a cabo de tal modo que diferentes partes de la superficie reciben cantidades de energía diferentes, con el fin de obtener un calentamiento suficiente de todas las partes a la vez que se evita el sobrecalentamiento de ciertas partes. Mediante la modulación del haz, diferentes partes de la superficie pueden tratarse de manera diferente. Por ejemplo, el patrón de exploración puede modificarse en el área cerca de los orificios de lubricación de aceite para evitar que los bordes de los orificios de lubricación de aceite sufran sobrecalentamiento. Asimismo, o como alternativa, la intensidad del haz puede reducirse y/o la velocidad aumentarse y/o el tamaño del punto de láser puede aumentarse mediante desenfoque o adaptando el ángulo de incidencia del haz de láser sobre la superficie, con el fin de evitar que se produzca un sobrecalentamiento. Por lo tanto, en lugar de calentar toda el área superficial que hay que endurecer de manera homogénea, puede tenerse cuidado para reducir el riesgo de sobrecalentamiento en áreas tales como las áreas alrededor de los orificios de lubricación de aceite y/o las áreas cerca de los filetes rebajados. En estas áreas, la ausencia de material reduce el flujo de calor lejos de la superficie calentada, y esto implica un riesgo sustancialmente mayor de sobrecalentamiento; asimismo, los bordes afilados en estas áreas tienen más probabilidades de sufrir daño por sobrecalentamiento que la superficie lisa de otras partes del muñón.
Por lo tanto, modificando uno o más de estos parámetros, puede reducirse el riesgo de sobrecalentamiento.
Cuando se usa la invención como se ha analizado anteriormente y especialmente cuando se crea un punto de láser eficaz equivalente o virtual mediante la realización de una exploración con un haz de láser en dos dimensiones, el experto puede usar simulaciones informáticas y/o ensayos de prueba y error prácticos, para determinar las técnicas de modulación que son apropiadas para cada diseño de cigüeñal específico. Por lo tanto, adaptar el sistema a un nuevo tipo de cigüeñal solo requiere un cambio en el software, por ejemplo, introduciendo nuevos perfiles de velocidad de exploración, perfiles de intensidad de luz láser, patrones de exploración y/o tamaños de punto, por ejemplo, asignando diferentes valores de estos parámetros a diferentes segmentos de un patrón de exploración. Esto hace que sea sencillo llevar a cabo simulaciones de prueba y error y modificar dinámicamente el patrón de exploración y los parámetros relacionados durante dichas simulaciones de prueba y error y también durante el funcionamiento en la vida real (por ejemplo, usando un pirómetro y software asociado y un control basado en realimentación apropiado), para conseguir un rendimiento adecuado. En realidad, la técnica de modulación de haz o el enfoque de distribución de energía elegido para un tipo de cigüeñal puede adaptarse a menudo fácilmente a otro tipo de cigüeñal, teniendo en cuenta cambios en las dimensiones y cambios en las posiciones de, por ejemplo, los orificios de lubricación de aceite. Por lo tanto, esta técnica es mucho más flexible que la basada en el calentamiento por inducción. Mediante el uso de realizaciones de la presente invención, la adaptación puede residir básicamente en la adaptación de software, en lugar de hardware.
Por ejemplo, cualquiera de las alternativas de modulación A, B, C y D puede usarse por sí misma, o A puede usarse junto con B o C, o B puede usarse con C, o A y B y C pueden usarse de manera conjunta, y D puede usarse opcionalmente con cualquiera de las combinaciones anteriores. Por lo tanto, las diferentes realizaciones de la invención descritas anteriormente proporcionan una plataforma extremadamente flexible para adaptar el calentamiento por láser de la pieza de trabajo a diferentes diseños de pieza de trabajo, reduciendo sustancialmente la necesidad de adaptar el hardware; esto implica una ventaja adicional importante frente al calentamiento inductivo de piezas de trabajo tales como los cigüeñales. Por ejemplo, la elección de la(s) opción/opciones entre A, B, C y D pueden hacerse en función de consideraciones prácticas, por ejemplo, los costes implicados con tipos diferentes de láseres y sistemas de exploración, la capacidad de variar la velocidad de exploración y/o la intensidad de potencia de haz de láser, la capacidad de variar los patrones de exploración, -por ejemplo, dependiendo de si se usa un sistema de exploración uniaxial o biaxial-, etc.
Este enfoque de modulación no solo es útil para evitar el sobrecalentamiento en los orificios de lubricación de aceite y en los filetes y los rebajes, sino que puede ser útil también en el caso de piezas de trabajo en relación con las cuales hay que endurecer una circunferencia completa, tal como la circunferencia de los muñones de un cigüeñal: una vez que casi la totalidad de los 360 grados de la circunferencia se ha sometido al tratamiento térmico, el haz de láser de nuevo se aproxima a un área que ya se ha endurecido, y que no debe calentarse sustancialmente de nuevo; modulando el haz de láser de manera apropiada (en términos de velocidad, patrón de exploración, potencia y/o tamaño de punto, y/o adaptando la distribución de energía dentro de un punto de láser eficaz tal como un punto de láser virtual o equivalente), un calentamiento adecuado puede conseguirse también en esta región límite entre la primera porción calentada en primer lugar de la circunferencia y porción calentada en último lugar.
En algunas realizaciones, el calentamiento se realiza de modo que una porción de la superficie de la pieza de trabajo que entra en un área barrida por el haz de láser recibe primero irradiación de láser con potencia promedio más alta y recibe posteriormente irradiación de láser con una potencia promedio más baja. Esto puede conseguirse proporcionando un patrón de exploración con una porción delantera que tiene una densidad de exploración más alta y una porción trasera que tiene una densidad de exploración más baja, de modo que el punto de láser permanece más tiempo por unidad de área en dicha porción delantera que en dicha porción trasera, de manera que la porción de superficie que se va a tratar entra primero en la porción delantera y posteriormente entra en la porción trasera. La expresión potencia promedio ha de entenderse como la cantidad promedio de potencia por área de superficie durante un ciclo de exploración completo. Otro modo de conseguir este objetivo es proyectar el haz de láser de una manera al menos parcialmente descentrada, de modo que el haz de láser incide sobre la superficie con un ángulo de menos de 90 grados. El descentrado del haz de láser también implica la ventaja de reducir el riesgo de daños o fallos debido a los retro-reflexiones.
En todos los aspectos y realizaciones descritos anteriormente de la invención, la etapa de producir un movimiento relativo entre la pieza de trabajo y la fuente de láser puede incluir rotar la pieza de trabajo alrededor de un eje de rotación (que puede ser paralelo al denominado eje X del sistema), de modo que el punto de luz láser puede acceder a toda la circunferencia del área superficial que se va a endurecer. Por ejemplo, un cigüeñal puede girarse alrededor de un eje longitudinal que pasa a través del centro de los muñones principales.
Además, la etapa de producir un movimiento relativo entre la pieza de trabajo y la fuente de láser puede incluir producir un movimiento relativo en una primera dirección perpendicular a dicho eje de rotación (por ejemplo, en paralela a un eje Y) y en una segunda dirección perpendicular a dicho eje de rotación (por ejemplo, en paralelo a un eje Z). De esta manera, la distancia entre la fuente de luz láser y la superficie que se va a tratar puede mantenerse constante, también en el caso de artículos colocados excéntricamente, tal como los muñones de biela de un cigüeñal que giran alrededor del eje central de los muñones principales: si este eje principal corresponde al eje X del sistema, producir un movimiento relativo entre la fuente de luz láser en otras dos direcciones, tal como el eje Y y Z, puede ayudar a garantizar que la distancia entre la fuente de luz láser y la superficie que se va a tratar se mantiene constante. Por ejemplo, el movimiento en dicha primera dirección puede producirse desplazando la pieza de trabajo (por ejemplo, horizontalmente), y el movimiento en la segunda dirección puede producirse desplazando la fuente de láser (por ejemplo, verticalmente). Asimismo, opcionalmente, la fuente de láser puede moverse en paralelo a dicho eje de rotación. Por lo tanto, la fuente de luz láser puede, por ejemplo, usarse posteriormente para actuar sobre diferentes muñones de un cigüeñal.
En muchas realizaciones de la invención, la pieza de trabajo puede ser un cigüeñal con una pluralidad de orificios de lubricación de aceite.
En algunas realizaciones, el método es un método de endurecimiento por láser de una superficie de un cigüeñal, comprendiendo el cigüeñal muñones principales, muñones de biela y orificios de lubricación de aceite. El método comprende:
proyectar un haz de láser a partir de una fuente de láser sobre una superficie de un muñón que se va a endurecer, para producir un punto de láser sobre dicha superficie, y mover la superficie con respecto a la fuente de láser rotando dicho cigüeñal (por ejemplo, alrededor de un eje que puede corresponder a un eje central de los muñones principales).
De acuerdo con estas realizaciones de la invención, durante la rotación de dicho cigüeñal, se realiza una exploración con el haz de láser a lo largo de al menos una porción de la superficie del muñón, de acuerdo con un patrón de exploración predeterminado, con el fin de calentar la superficie. La exploración se realiza con el fin de aplicar menos energía a subáreas más sensibles al calor que a subáreas menos sensibles al calor de dicha superficie. El término predeterminado no excluye la posibilidad de una adaptación dinámica del patrón de exploración durante el funcionamiento, de una manera predeterminada y/o de acuerdo con un sistema de control basado en la realimentación de algún tipo de sensor de temperatura o cámara de temperatura.
Por ejemplo, la exploración puede realizarse manteniendo la potencia del haz de láser sustancialmente constante, y adaptando la velocidad de exploración y/o el patrón de exploración, es decir, el patrón o la trayectoria que sigue el haz de láser en la superficie) con el fin de aplicar menos energía a subáreas más sensibles al calor que a subáreas menos sensibles al calor de dicha superficie. En otras realizaciones de la invención, la exploración se realiza manteniendo el patrón de exploración sustancialmente constante, y adaptando la velocidad de exploración y/o la potencia del haz con el fin de aplicar menos energía a subáreas más sensibles al calor que a subáreas menos sensibles al calor de dicha superficie, por ejemplo, adaptando dinámicamente el estado de activado-desactivado del haz de láser en correspondencia con segmentos del patrón de exploración. En algunas realizaciones de la invención, las áreas más sensibles al calor incluyen áreas adyacentes a los orificios de lubricación de aceite y/o áreas adyacentes a los filetes en los extremos axiales de los muñones del cigüeñal.
En algunas realizaciones de la invención, el patrón de exploración comprende una pluralidad de segmentos, y se asigna un estado de potencia de haz a cada uno de dichos segmentos para establecer la potencia del haz de láser, en correspondencia con cada segmento, a un nivel de potencia correspondiente a dicho estado de potencia. El láser está dispuesto para cambiar la potencia del haz de láser según lo requieran dichos estados de potencia de haz, de modo que la potencia de haz será diferente en algunos de los segmentos en comparación con otros segmentos, según lo determinado por dichos estados de potencia. La exploración del punto de láser a lo largo del patrón de exploración tiene lugar preferentemente a una velocidad de al menos 300 segmentos por segundo, preferentemente al menos 600 segmentos por segundo, más preferentemente al menos 1.000 segmentos por segundo, más preferentemente al menos 5.000 segmentos por segundo, e incluso más preferentemente al menos 10.000 segmentos por segundo, y el patrón de exploración se repite con una frecuencia de al menos 10 Hz, más preferentemente al menos 50 Hz, incluso más preferentemente al menos 100 Hz. Por lo tanto, puede conseguirse una segmentación o pixelización del patrón de exploración que permite que la distribución de potencia o energía sobre el área que se está calentando se adapte de acuerdo con, por ejemplo, la sensibilidad térmica del área que se está explorando, mientras que al mismo tiempo se repite el patrón de exploración con una alta frecuencia, reduciendo de este modo las fluctuaciones de temperatura dentro del área que se está calentando actualmente.
En muchas realizaciones de la invención, la fuente de láser comprende un láser de fibra, tal como un láser de fibra que requiere aproximadamente 100 ps o menos para conmutar de un estado "encendido" a un estado "apagado" o viceversa. Los láseres de fibra son normalmente ser más caros que otros tipos de láser que producen haces con suficiente potencia para fines de endurecimiento, tal como láseres de diodo y, por lo tanto, el experto en la materia podría ser reacio a usar láseres de fibra para endurecer piezas de trabajo tales como cigüeñales. No obstante, los láseres de fibra permiten un encendido y apagado rápido y, por lo tanto, pueden ser especialmente útiles para obtener una distribución de energía adecuada al encender y apagar el láser mientras que el haz sigue un patrón de exploración predeterminado sobre un punto de láser eficaz, para distribuir la energía a lo largo de líneas y/o dentro de subáreas o píxeles del punto de láser equivalente. Asimismo, los láseres de fibra producen haces de alta calidad y un diámetro relativamente pequeño, de modo que la distancia focal entre el punto de láser enfocado y la salida del haz puede ser grande, lo que puede ser una ventaja en el caso de exploración ya que los movimientos de los espejos de exploración o similares pueden ser más pequeños, y también en el caso de exploración con el haz de láser sobre la superficie de objetos complejos tales como cigüeñales, donde los contrapesos y las paredes pueden representar obstáculos para los haces de láser que tienen distancias focales cortas.
Un aspecto adicional de la invención se refiere a un sistema tal como se define en la reivindicación 23 para endurecer al menos parte de la superficie de una pieza de trabajo, comprendiendo el sistema una fuente de láser y medios para generar un movimiento relativo entre una superficie de la pieza de trabajo y la fuente de láser. En algunas realizaciones de la invención, la fuente de láser se proporciona o se asocia con medios de exploración para realizar una exploración con el haz de láser a lo largo de una porción de la superficie de la pieza de trabajo, en dos dimensiones. El sistema comprende además medios de control electrónicos, tal como un ordenador, sistema informático, PLC, etc., para controlar el funcionamiento del sistema.
De acuerdo con este aspecto de la invención, los medios de control electrónicos están dispuestos para hacer funcionar el sistema con el fin de llevar a cabo un método de acuerdo con cualquiera de los aspectos y realizaciones descritos anteriormente.
Al modificar parámetros tales como la configuración geométrica del patrón de exploración, es decir, de la trayectoria del patrón, y/o la velocidad de exploración, y/o la potencia de haz de láser, y/o el tamaño de punto de láser, y/o incluso parámetros tales como la longitud de onda o el ángulo de incidencia del haz de láser en la superficie para endurecerse, el sistema proporciona flexibilidad para optimizar el calentamiento a lo largo y a través de la superficie que se va a endurecer. Los experimentos de prueba y error pueden llevarse a cabo en piezas de trabajo de prueba o mediante el uso de simulaciones informáticas, y el operador puede modificar dinámicamente los valores de parámetros tales como la longitud y la posición/orientación de los segmentos, velocidad de exploración para cada segmento, potencia del haz de láser en cada segmento, etc., hasta llegar a una combinación de parámetros que proporcionan características de endurecimiento aceptables sin una degradación excesiva de las áreas o artículos más sensibles al calor.
Otro aspecto de la invención se refiere a un programa informático que comprende instrucciones de programa para llevar a cabo el método de la invención cuando se ejecuta en un sistema como se ha descrito anteriormente, y a un soporte de información (tal como cualquier tipo adecuado de dispositivo de memoria o una señal eléctrica) que almacena el programa informático.
Se divulga también (pero no se reivindica como tal) un aparato para el endurecimiento por láser de superficies de muñones de un cigüeñal, incluyendo dichos muñones al menos dos muñones principales ubicados centralmente y al menos un muñón de biela desplazado, en donde el aparato comprende:
un soporte de cigüeñal dispuesto para soportar el cigüeñal y, opcionalmente, para rotar el cigüeñal alrededor de un eje longitudinal del cigüeñal;
al menos una fuente de láser dispuesta para proyectar un haz de láser sobre un muñón del cigüeñal para producir un punto de láser sobre dicho muñón;
en donde dicha fuente de láser incluye medios de exploración bidireccionales para escanear el haz de láser en dos dimensiones para establecer un patrón de exploración bidimensional en dicha superficie de dicho muñón. El uso de un patrón de exploración bidimensional hace posible establecer un punto de láser eficaz realizando una exploración repetitiva con un punto de láser sobre la superficie que se va a endurecer, teniendo dicho punto de láser eficaz una extensión suficiente en una dirección paralela al eje longitudinal del cigüeñal para permitir el calentamiento de la totalidad de un muñón del cigüeñal durante una única vuelta del cigüeñal alrededor de su eje longitudinal o un único barrido de 360 grados del punto de láser eficaz alrededor del muñón, y en otra dirección, correspondiente a una dirección circunferencial del cigüeñal, con el fin de permitir que tenga lugar el calentamiento durante tiempo suficiente para conseguir la profundidad de endurecimiento deseada, mientras que al mismo tiempo puede girar el cigüeñal a una velocidad suficiente para obtener una tasa de producción adecuada en términos de cigüeñales por hora. Esta exploración en dos direcciones puede, por ejemplo, combinarse con la división del patrón de exploración en una pluralidad de segmentos a los que se asignan diferentes niveles de potencia, con el fin de obtener una distribución de energía que puede adaptarse dinámicamente durante el funcionamiento del aparato para evitar el sobrecalentamiento de las subáreas sensibles al calor, tal como las áreas adyacentes a los orificios de lubricación de aceite.
En algunas realizaciones del aparato (que no se reivindica como tal), dicho soporte de cigüeñal y dicha fuente de láser son desplazables entre sí en al menos dos direcciones diferentes perpendiculares a dicho eje longitudinal, para permitir una distancia constante entre un muñón de biela y la fuente de láser durante la rotación de dicho cigüeñal alrededor del eje longitudinal, estando dicho muñón de biela desplazado con respecto a dicho eje longitudinal.
Por ejemplo, dicha fuente de láser puede ser desplazable en una primera dirección, preferentemente verticalmente, y dicho soporte de cigüeñal puede ser desplazable en una segunda dirección, preferiblemente de manera horizontal, siendo ambas direcciones primera y segunda perpendiculares a dicho eje longitudinal. En algunas realizaciones de la invención, la fuente de láser puede además ser desplazable en paralelo a dicho eje longitudinal del cigüeñal, con el fin de actuar posteriormente sobre una pluralidad de muñones del cigüeñal. La fuente de láser puede comprender un láser tal como un láser de fibra u otro láser adecuado para una conmutación rápida de activado/desactivado y/o para una conmutación rápida entre diferentes niveles de potencia de haz, por ejemplo, con el fin de dar cabida a la conmutación rápida entre niveles de potencia cuando el punto de láser sigue un patrón de exploración que tiene segmentos a los que diferentes estados de potencia, es decir, se asignan niveles de potencia deseados.
El aparato puede comprender una unidad de control que incluye una memoria que almacena valores de parámetro asociados a dicho patrón de exploración que incluye una pluralidad de conjuntos de dichos valores de parámetro, determinando un primer conjunto de dichos valores de parámetro una primera distribución de energía bidimensional en un muñón de dicho cigüeñal y determinando un segundo conjunto de dichos valores de parámetro una segunda distribución de energía bidimensional en dicho muñón. El sistema de control puede disponerse para aplicar dicho primer conjunto de valores de parámetro durante el endurecimiento de una porción sustancial de un muñón de un cigüeñal, y para aplicar el segundo conjunto de valores de parámetro cuando se está calentando un área adyacente a un orificio de lubricación de aceite. Obviamente, puede haber conjuntos adicionales de valores de parámetro. Por lo tanto, por ejemplo, durante la rotación del cigüeñal alrededor de un eje longitudinal del cigüeñal, la distribución de energía bidimensional puede adaptarse dinámicamente con el fin de evitar el sobrecalentamiento de subáreas más sensibles al calor. Los valores de parámetro pueden incluir cualquiera de los valores de parámetro analizados anteriormente, incluyendo potencia de haz y velocidad de exploración.
La unidad de control puede disponerse para controlar el proceso de endurecimiento, durante la rotación del cigüeñal alrededor de su eje longitudinal, aplicando selectivamente dicho primer conjunto de valores de parámetro y dicho segundo conjunto de valores de parámetro y, opcionalmente, estableciendo además valores de parámetro almacenados en dicha memoria, en sincronía con la aparición de una subárea más sensible al calor en correspondencia con dicho patrón de exploración bidimensional, tal como dentro o adyacente al área cubierta por dicho patrón de exploración bidimensional. Es decir, la unidad de control puede, por ejemplo, cambiar la distribución de energía bidimensional cuando se va a calentar el área adyacente a un orificio de lubricación de aceite, es decir, cuando, por ejemplo, el orificio de lubricación de aceite, durante la rotación del cigüeñal, está llegando al área que actualmente está siendo explorada por el haz de láser.
En algunas realizaciones del aparato (que no se reivindica como tal), dicho patrón de exploración puede ser un patrón de exploración segmentado que comprende una pluralidad de segmentos, a cada uno de los cuales se ha asignado al menos uno de dichos valores de parámetro. Dicho al menos un valor de parámetro puede ser indicativo de al menos uno de velocidad de exploración, tamaño del punto de láser, potencia del haz de láser, distribución de potencia dentro del haz de láser, longitud del segmento correspondiente y orientación del segmento correspondiente. Por ejemplo, una selección apropiada de velocidad de exploración, es decir, velocidad del punto de láser a lo largo del segmento y/o potencia del haz de láser, puede usarse para determinar la distribución de energía sobre el área cubierta por el patrón de exploración. Algunas de las ventajas del enfoque segmentado para implementar una distribución de energía dinámicamente variable y para adaptarla a un cigüeñal se han explicado anteriormente.
En algunas realizaciones del aparato (que no se reivindica como tal), el aparato puede disponerse para llevar a cabo la exploración a una velocidad promedio de al menos 300 segmentos por segundo, preferentemente al menos 600 segmentos por segundo, más preferentemente al menos 1.000 segmentos por segundo, más preferentemente al menos 5.000 segmentos por segundo, y aún más preferentemente al menos 10.000 segmentos por segundo. Como se ha explicado anteriormente, un alto número de segmentos por segundo puede ser útil para combinar un patrón de exploración con una cantidad razonable de segmentos, tal como, por ejemplo, seis o más, con un tiempo de ciclo corto, es decir, una alta tasa de repetición de la exploración, por ejemplo, 50 Hz o más.
Se divulga también (pero no se reivindica como tal) una máquina o un aparato para endurecer un área superficial de una pieza de trabajo. La expresión "área superficial" ha de interpretarse en sentido amplio: puede referirse a parte de la superficie de la pieza de trabajo, o a toda la superficie de la pieza de trabajo; puede, por ejemplo, referirse a la superficie de un muñón de un cigüeñal, o a parte de dicha superficie. Obviamente, la máquina puede ser útil para endurecer más de un área superficial de la pieza de trabajo, por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, la máquina puede disponerse para endurecer las superficies o la mayoría de las superficies de varios o todos los muñones principales y/o los muñones de biela. El área superficial (o al menos una de las áreas superficiales) comprende al menos una subárea menos sensible al calor y al menos una subárea más sensible al calor.
El aparato comprende una fuente de láser dispuesta para proyectar un punto de láser eficaz sobre el área superficial (por ejemplo, simplemente dirigiendo un haz, configurado para tener una sección transversal deseada, sobre el área superficial, o creando un punto de láser eficaz virtual o equivalente mediante una exploración con punto de láser "real" a lo largo de un patrón de exploración en el área superficial), y medios para generar un movimiento relativo entre dicha área superficial y el punto de láser eficaz (en algunas realizaciones de la invención, estos medios incluyen o consisten en medios para rotar la pieza de trabajo alrededor de un eje con el fin de barrer el punto de láser eficaz alrededor de una porción de la pieza de trabajo, tal como alrededor de un muñón de un cigüeñal) de tal modo que dicho punto de láser eficaz se mueve a lo largo de dicha área superficial con el fin de calentar después y progresivamente diferentes porciones o partes de dicha área superficial a una temperatura adecuada para el endurecimiento. Es decir, cuando el punto de láser eficaz avanza a lo largo de dicha área superficial, por ejemplo, en la dirección circunferencial de un muñón de un cigüeñal o a lo largo de dicho muñón, -desde un extremo del mismo hacia el otro extremo del mismo, en la dirección longitudinal del cigüeñal-, el punto de láser eficaz calienta progresivamente nuevas porciones mientras que las porciones previamente calentadas se dejan enfriar, permitiendo de este modo que tenga lugar un enfriado brusco. El punto de láser eficaz se dispone para presentar una distribución de energía bidimensional, por ejemplo, la energía puede distribuirse más o menos uniformemente a través y a lo largo del punto de láser eficaz, o puede aplicarse más energía/potencia a la superficie en algunas áreas de dicho punto de láser eficaz que en otras áreas de dicho punto de láser eficaz.
El aparato además comprende un sistema de control, tal como un sistema de control electrónico que incluye uno o más dispositivos programables, para controlar el funcionamiento del aparato, en donde dicho sistema de control se dispone para modificar dicha distribución de energía bidimensional de modo que sea diferente en dicha subárea más sensible al calor que en dicha subárea menos sensible al calor. De este modo, el calentamiento del área superficial puede optimizarse para conseguir una profundidad y calidad de endurecimiento deseadas en toda o la mayor parte de dicha área superficial que se va a endurecer, evitando el sobrecalentamiento de subáreas más sensibles al calor mientras que se permite un calentamiento suficiente de subáreas menos sensibles al calor. Las expresiones "más sensible al calor" y "menos sensible al calor" han de interpretarse en su sentido amplio y, se refieren en general a áreas superficiales diferentes que, debido a sus características, deben recibir menos energía o más energía por dicho punto de láser eficaz. Por ejemplo, una subárea menos sensible al calor puede ser un área que requiere más energía para alcanzar un endurecimiento deseado, que el área más sensible al calor, que debe recibir menos energía, por ejemplo, para evitar un daño o simplemente porque se necesita menos calentamiento para alcanzar el endurecimiento deseado, por ejemplo, debido a la estructura de la pieza de trabajo.
La referencia a una fuente de láser implica la presencia de al menos una fuente de láser, pero no excluye la presencia de fuentes de láser adicionales, que pueden usarse para formar conjuntamente un punto de láser eficaz y/o para producir una pluralidad de puntos láser efectivos diferentes.
En algunas realizaciones de la invención, dicha al menos una subárea más sensible al calor incluye
- un área adyacente a un orificio en el área superficial, tal como un orificio de lubricación de aceite; y/o
- un filete, tal como un filete rebajado;
y/o
- una porción previamente endurecida del área superficial, tal como la porción en la que el punto de láser eficaz llega al final de una trayectoria de 360 grados a lo largo de la circunferencia de un objeto, tal como un muñón cilíndrico de un cigüeñal.
La subárea menos sensible al calor puede, por ejemplo, corresponder a la superficie de un muñón de un cigüeñal, lejos de los orificios de lubricación de aceite y/o lejos de los filetes y/o lejos de una porción que se ha endurecido previamente.
En algunas realizaciones del aparato (que no se reivindica como tal), el aparato está configurado o programado para funcionar de tal modo que dicho punto de láser eficaz tiene un tamaño y se mueve a lo largo de dicha área superficial con una velocidad tal que, durante al menos parte del movimiento de dicho punto de láser eficaz a lo largo de dicha área superficial, preferentemente durante al menos el 50 % y más preferentemente durante al menos el 90 % e incluso más preferentemente durante el 100% del movimiento de dicho punto de láser eficaz a lo largo de dicha área superficial, las porciones dentro de dicha área superficial calentada por dicho punto de láser eficaz se calientan durante al menos 0,5 segundos, preferentemente al menos 1 segundo. Se ha descubierto que esto puede ayudar a conseguir una profundidad suficiente de la capa endurecida para muchas aplicaciones. Se puede desear un tiempo de calentamiento suficientemente largo con el fin de permitir que el calor penetre lo suficiente en el material. Tiempos de al menos 0,5 o 1 segundos, opcionalmente menos de 5 segundos o incluso menos de 3 segundos, pueden ser apropiados para, por ejemplo, el endurecimiento de muñones de cigüeñales, permitiendo una penetración de calor suficiente para alcanzar las profundidades de endurecimiento comúnmente requeridas en, por ejemplo, la industria del automóvil, aunque no requieren temperaturas tan altas que puedan afectar negativamente a la calidad del endurecimiento, por ejemplo, temperaturas cercanas o superiores a la temperatura de fusión del material de la pieza de trabajo. En algunas de estas realizaciones de la invención, el tamaño del punto de láser eficaz en la dirección en la que el punto de láser eficaz se mueve a lo largo del área superficial (tal como en la dirección circunferencial de un muñón de un cigüeñal cuando el punto de láser eficaz se desplaza circunferencialmente alrededor de dicho muñón, por ejemplo, mediante rotación de dicho cigüeñal alrededor de un eje longitudinal del mismo), es de al menos 5 mm, preferentemente de al menos 7 mm, más preferentemente de al menos 10 mm, e incluso más preferentemente de al menos 15 mm, 20 mm, 30 mm o más, tal como al menos 50 mm. La necesidad de mantener caliente cada porción que se va a endurecer durante un tiempo suficiente, tal como al menos 0,5 segundos o al menos 1 segundo, restringe la velocidad con la que el punto de láser eficaz puede desplazarse a lo largo del área superficial que se va a endurecer. Cuando un punto de láser eficaz que tiene el tamaño típico de un punto de láser con un diámetro o anchura del orden de unos pocos mm, la duración requerida del calentamiento implicaría que el punto de láser tiene que desplazarse a lo largo del área superficial que se va a endurecer a una velocidad bastante baja, lo que afecta negativamente a la productividad, por ejemplo, en términos de piezas de trabajo por hora. Por lo tanto, el uso de un punto de láser eficaz que tiene una longitud o anchura mayor en la dirección en la que el punto de láser eficaz se desplaza a lo largo del área superficial que se va a endurecer puede mejorar la productividad, ya que el punto de láser eficaz puede desplazarse a una velocidad más alta mientras que se permite aún un tiempo de calentamiento suficiente.
En algunas realizaciones del aparato (que no se reivindica como tal), el aparato está dispuesto para producir dicho punto de láser eficaz produciendo una pluralidad de segmentos de dicho punto de láser eficaz, comprendiendo dicha pluralidad de segmentos al menos seis segmentos, estando dispuesto el sistema de control para modificar la distribución de energía bidimensional modificando selectivamente la densidad y/o distribución de energía de dichos segmentos (es decir, la energía correspondiente a cada segmento durante un cierto intervalo de tiempo tal como, en el caso de segmentos de un patrón de exploración, un ciclo de exploración), de acuerdo con valores de parámetro asignados a dichos segmentos, almacenándose dichos valores de parámetro en una memoria de dicho sistema de control. Como se ha explicado anteriormente, el enfoque segmentado implica ventajas importantes, por ejemplo, debido a la flexibilidad y simplicidad con la que pueden crearse patrones de distribución de energía diferentes para adaptar el calentamiento del área superficial a las características del área superficial. Por ejemplo, si se usa un patrón sencillo con seis segmentos dispuestos en dos filas, cada una de las cuales comprende tres segmentos, reducir la potencia de uno o ambos de los segmentos centrales cuando el punto de láser eficaz se aproxima a un orificio de lubricación de aceite situado en el centro de un muñón de un cigüeñal que se está endureciendo, puede reducir la energía aplicada adyacente a dicho orificio de lubricación de aceite en comparación con la energía que se aplica a las partes circundantes de la superficie del muñón, reduciendo de este modo el riesgo de sobrecalentamiento del área adyacente al orificio de lubricación de aceite mientras que se mantiene un endurecimiento adecuado de la superficie también más lejos del orificio de lubricación de aceite, tal como en los lados del orificio de lubricación de aceite lejos de los bordes del orificio de lubricación de aceite. Un gran número de segmentos puede permitir un ajuste muy preciso de la distribución de energía bidimensional a las características de sensibilidad térmica de la superficie que se está endureciendo. Los segmentos pueden, por ejemplo, disponerse en una matriz con filas y columnas de segmentos.
En algunas realizaciones de la invención, la fuente de láser comprende medios de exploración dispuestos para la exploración bidimensional de un haz de láser de dicha fuente de láser, en donde el sistema de control está dispuesto para escanear el haz de láser en dos dimensiones con el fin de producir dicho punto de láser eficaz, siguiendo un patrón de exploración (en el caso de un punto de láser eficaz segmentado, el patrón de exploración puede, en muchas realizaciones de la invención, comprender dicha pluralidad de segmentos), en donde dicho patrón de exploración se repite con una tasa de repetición de al menos 10 Hz, preferentemente al menos 50 Hz, más preferentemente al menos 100 Hz, e incluso más preferentemente al menos 200 Hz. La exploración con el haz de láser para mover un pequeño punto de láser a lo largo y a través del área superficial para producir dicho punto de láser eficaz más grande, es ventajoso ya que proporciona una gran flexibilidad en lo que respecta a la distribución de energía sobre dicho punto de láser eficaz. Por otro lado, una alta tasa de repetición del patrón de exploración permite:
- Un tamaño relativamente grande del punto de láser eficaz, tal como uno o más cm2, permitiendo de este modo, por un lado, una anchura relativamente grande del punto de láser en una dirección perpendicular a la dirección del movimiento del punto de láser eficaz. Por ejemplo, en el caso del endurecimiento de muñones de un cigüeñal donde el punto de láser eficaz se desplaza en la dirección circunferencial, el punto de láser eficaz puede tener dicha anchura relativamente grande en la dirección a través de dichos muñones (es decir, en la dirección longitudinal del cigüeñal), de modo que el punto de láser eficaz puede extenderse sobre la mayor parte o toda la anchura del muñón para que toda el área superficial del muñón se caliente pasando el punto de láser eficaz alrededor del muñón una vez. Por otro lado, al mismo tiempo, el tamaño del punto de láser eficaz en la dirección del movimiento del punto de láser eficaz a lo largo del área superficial que se va a endurecer puede ser también lo bastante grande para permitir el movimiento a una velocidad relativamente alta en combinación con una duración suficiente del calentamiento, como se ha explicado anteriormente.
- Al mismo tiempo, evitar fluctuaciones de temperatura sustanciales dentro del área que se está calentando actualmente, lo que es ventajoso por los motivos explicados anteriormente: una tasa de repetición alta asegura que una porción calentada puede volver a calentarse antes de que la temperatura a la que se ha calentado previamente se haya dejado caer demasiado.
El patrón de exploración puede ser en forma de segmentos adyacentes que forman un bucle, o en forma de una pluralidad de líneas tal como líneas paralelas, o puede tener cualquier otra configuración adecuada. Adaptar la distribución de energía bidimensional puede incluir adaptar las longitudes y/o posiciones de algunos o todos los segmentos.
En algunas realizaciones de la invención, dichos valores de parámetro son indicativos de un nivel de potencia de haz y/o una velocidad de exploración del haz en correspondencia con el segmento correspondiente del patrón de exploración. Por lo tanto, la distribución de energía bidimensional que se va a aplicar en cada momento específico del movimiento del punto de láser eficaz a lo largo de dicha área superficial que se va a endurecer por calentamiento, puede determinarse mediante un valor de potencia de haz y/o una velocidad de exploración asignada a cada segmento. La elección entre una opción, la otra opción o ambas pueden depender de, por ejemplo, las características de la fuente de láser y del sistema de exploración, como se ha explicado anteriormente. En otras realizaciones de la invención, los valores de parámetro pueden ser indicativos de la posición o longitud del segmento correspondiente. También son posibles otras opciones, como se ha explicado anteriormente, y una o más de estas opciones pueden usarse en combinación.
En algunas realizaciones del aparato (que no se reivindica como tal), el aparato está programado para endurecer al menos un muñón de un cigüeñal, en donde el aparato está programado para producir dicho punto de láser eficaz para extender, en la dirección longitudinal del cigüeñal, a lo largo de más del 50 % de dicho muñón del cigüeñal, preferentemente a lo largo de más del 75 %, más de un 85 % o más de un 90 % o un 95 %, tal como más de un 99 % o incluso un 100 %, y especialmente a lo largo de la mayor parte, si no a lo largo de un 100 %, del área superficial que hay que endurecer, por ejemplo, el área superficial en donde se desea una profundidad de cubierta eficaz de, por ejemplo, al menos 800 pm o más. Es bien conocido en la técnica el uso de un pequeño punto de láser para endurecer porciones muy específicas de una superficie de un cigüeñal. No obstante, la presente invención permite el endurecimiento de superficies principales (tal como las superficies generales de los muñones del cigüeñal) en un solo barrido o en unos pocos barridos, mientras que, al mismo tiempo, se adapta el calentamiento de acuerdo con las características de las porciones del área superficial que se está calentando, teniendo en cuenta la presencia de, por ejemplo, orificios de lubricación de aceite y/u otras subáreas más sensibles al calor.
En algunas realizaciones del aparato (que no se reivindica como tal), el sistema de control comprende una memoria dispuesta para almacenar una pluralidad de conjuntos de datos, siendo cada uno de dichos conjuntos de datos indicativos de una distribución de energía bidimensional de dicho punto de láser eficaz, de manera que dicho aparato está dispuesto para adaptar la distribución de energía bidimensional del punto de láser eficaz mientras que dicho punto de láser eficaz se mueve a lo largo de dicha área superficial, usando uno de dicha pluralidad de conjuntos de datos para hacer funcionar la fuente de láser cuando el punto de láser eficaz se proyecta sobre dicha subárea menos sensible al calor, y usando al menos otro de dicha pluralidad de conjuntos de datos para hacer funcionar la fuente de láser cuando el punto de láser eficaz punto se proyecta sobre dicha subárea más sensible al calor. Por lo tanto, al adaptar el aparato a un producto específico, tal como un cigüeñal específico, el operador puede diseñar distribuciones de energía adecuadas para diferentes porciones del cigüeñal, por ejemplo, una primera distribución de energía bidimensional para una parte de un muñón alejado de un orificio de lubricación de aceite y una o más distribuciones de energía bidimensionales diferentes para áreas adyacentes a un orificio de lubricación de aceite, almacenar los correspondientes conjuntos de parámetros en la memoria del sistema de control, y programar el sistema de control con el fin de modificar dinámicamente la distribución de energía del punto de láser eficaz mientras que dicho punto de láser eficaz se desplaza alrededor o a lo largo del muñón, en sincronización con la aparición de orificios de lubricación de aceite y otras áreas que requieren un ajuste de la manera en que se lleva a cabo el calentamiento.
Se divulga también un método de programación de un aparato como los descritos anteriormente, para el endurecimiento por láser de muñones de un cigüeñal, que comprende las etapas de
asignar valores de parámetro relacionados con la distribución de energía, tal como potencia de haz de láser y/o velocidad de exploración y/o longitud de segmento y/u orientación de segmento, a una pluralidad de segmentos (tal como segmentos de un patrón de exploración que se va a seguir por un punto de haz de láser para establecer dicho punto de láser eficaz), con el fin de establecer una pluralidad de conjuntos de datos, correspondiendo cada conjunto de datos a una distribución de energía bidimensional específica de un punto de láser eficaz que se va a proyectar sobre un área superficial que se va a endurecer y a desplazar a lo largo de dicha área superficial, almacenar dichos conjuntos de datos, y
programar el aparato para adaptar dicha distribución de energía del punto de láser eficaz en sincronización con el movimiento del punto de láser eficaz a lo largo de dicha área superficial, adaptando dicha distribución de energía de acuerdo con al menos uno de dichos conjuntos de datos para calentar una subárea menos sensible al calor de dicha área superficial, y adaptando dicha distribución de energía de acuerdo con al menos otro de dicho conjunto de datos para calentar un área más sensible al calor subárea de dicha área superficial. Como se ha explicado anteriormente, el enfoque segmentado hace que sea sencillo que el experto en la materia establezca probar y seleccionar distribuciones de energía bidimensionales adecuadas y asignarlas a diferentes subáreas de un área que se va a endurecer, por ejemplo, asignar conjuntos de datos específicos al área alrededor de un orificio de lubricación de aceite y otros conjuntos de datos específicos a un área de superposición con una porción previamente endurecida de un cigüeñal.
En algunas realizaciones, este método (que no se reivindica como tal) comprende la etapa de, después de la etapa de establecer un conjunto de datos, calcular y visualizar una distribución de energía bidimensional correspondiente en una pantalla. En muchos casos, la visualización puede ayudar al experto en la materia a determinar si un conjunto de datos bidimensional seleccionado, correspondiente a una asignación específica de valores de parámetro a los segmentos, tal como segmentos de un patrón de exploración, es probable que proporcione un calentamiento adecuado de la porción correspondiente de un cigüeñal. Mientras que pueden usarse métodos matemáticos puros y ordenadores para calcular la asignación óptima de valores de parámetro a los segmentos, la visualización puede ser una herramienta útil en manos de un experto en la materia.
Se ha descubierto que los láseres adecuados que se van a usar pueden ser aquellos que proporcionan una potencia de haz alta, tal como un haz que tiene una potencia en el intervalo de 2 kW - 10 kW (estando incluidos los límites superior e inferior en el intervalo). Tales láseres pueden, por ejemplo, ser especialmente apropiados para el endurecimiento superficial de cigüeñales.
Normalmente, con este tipo de láser, y con el fin del endurecimiento superficial, por ejemplo, de la superficie de un cigüeñal, el punto de láser proyectado sobre la superficie que se va a endurecer puede tener preferentemente un diámetro en el intervalo de 2 mm a 5 mm, tal como aproximadamente 3 mm. Este tipo de punto se considera apropiado para el endurecimiento de una superficie de un cigüeñal con el uso de un haz de láser de 2 kW -10 kW.
El endurecimiento a menudo se realiza preferentemente para conseguir una profundidad de cubierta eficaz de la capa endurecida de al menos 800 pm o más (tal como al menos 1200 pm o al menos 1500 pm o incluso 2000 pm o más) en el área endurecida, a excepción de, opcionalmente, en las proximidades de subáreas más sensibles al calor y/o en los bordes o secciones de extremo del área endurecida. Estas profundidades de endurecimiento son apropiadas para, por ejemplo, cigüeñales. Se considera que con el uso de un láser que tiene una potencia en el intervalo de 2 kW-10 kW, pueden conseguirse estas profundidades de endurecimiento aplicando el haz de láser al cigüeñal durante aproximadamente 2-6 minutos (el tiempo exacto dependerá de características tales como potencia de haz, área superficial que se va a endurecer y la profundidad de la capa); procesando varios cigüeñales en paralelo, el tiempo de ciclo puede reducirse sustancialmente: por ejemplo, procesando dos o tres cigüeñales en paralelo, normalmente pueden conseguirse tiempos de ciclo del orden de 1 minuto. La profundidad requerida puede estar normalmente en el intervalo de 800 pm hasta 2000 pm o más.
Las adaptaciones del patrón de exploración y otros parámetros, tal como la potencia del haz, el tamaño del punto de láser, la velocidad de exploración y/o el ángulo de incidencia del haz de láser, hace posible aumentar el tiempo de interacción entre el haz de láser y un área determinada, lo que puede ayudar a aumentar la profundidad de la capa endurecida. Por ejemplo, si un patrón dado se expande en la dirección del movimiento relativo entre la fuente de láser y la superficie que se va a endurecer, y/o si se reduce el ángulo de incidencia entre el haz de láser y la superficie (por ejemplo, descentrando el haz con respecto a una superficie de una porción que tiene una sección transversal circular, o inclinando el haz con respecto a una superficie plana), puede aumentarse la duración de la interacción entre el haz y un punto dado en la superficie, lo que puede contribuir a una mayor profundidad de la capa endurecida.
La velocidad de exploración (es decir, la velocidad con la que el sistema de exploración realizará una exploración con el punto de láser sobre la superficie que se va a endurecer) puede variar a lo largo del patrón o trayectoria de exploración, como se ha explicado anteriormente, pero la velocidad de exploración promedio puede estar normalmente en el intervalo de 2000 mm/s hasta 8000 mm/s; tales velocidades de exploración pueden ser apropiadas para el endurecimiento superficial de cigüeñales cuando se usa un haz de láser que tiene una potencia en el intervalo de 2 kW a 10 kW.
Obviamente, los diferentes aspectos descritos anteriormente pueden combinarse entre sí siempre que sean compatibles entre sí.
Breve descripción de los dibujos
Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un juego de dibujos. Dichos dibujos constituyen una parte integral de la descripción e ilustran diferentes modos de llevar a cabo la invención, lo que no ha de interpretarse como una limitación del alcance de la invención, sino tan solo como ejemplos de cómo puede llevarse a cabo la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:
La figura 1 es una vista en perspectiva esquemática de un cigüeñal, como se conoce en la técnica.
La figura 2 es una vista en perspectiva esquemática de un sistema de acuerdo con una realización posible de la invención.
La figura 3 es una vista frontal en alzado esquemática de una porción de la fuente de láser 1 y una porción de una pieza de trabajo, de acuerdo con una realización posible de la invención.
Las figuras 4A y 4B son vistas superiores esquemáticas de una sección de la pieza de trabajo en la realización de la figura 3, en dos momentos diferentes del proceso de endurecimiento.
Las figuras 5A y 5B son vistas superiores esquemáticas de una sección de una pieza de trabajo en dos momentos diferentes del proceso de endurecimiento, de acuerdo con una variante de dicha realización de la invención. Las figuras 6A, 6B, 6C y 6D son vistas superiores esquemáticas de unos puntos de láser virtuales que tienen una porción delantera con una densidad de potencia más alta y al menos una porción trasera con una densidad de potencia más baja.
Las figuras 7A y 7B son dos vistas laterales en alzado esquemáticas de sección transversal esquemáticas en el plano Y-Z, de una variante del diseño mostrado en la figura 3.
La figura 8 ilustra esquemáticamente un polarizador que puede usarse como parte de la fuente de láser, en algunas realizaciones de la invención.
La figura 9 ilustra esquemáticamente un sistema informático y un patrón de exploración almacenado en y/o generado por dicho sistema informático.
La figura 10 ilustra esquemáticamente posiciones de memoria dentro de dicho sistema informático.
La figura 11 ilustra esquemáticamente posiciones de memoria dentro de un sistema informático de acuerdo con una realización alternativa de la invención.
Las figuras 12A-12C ilustran esquemáticamente cómo se adapta la distribución de energía de un punto de láser eficaz al endurecer el área alrededor de un orificio de lubricación de aceite.
La figura 13 ilustra esquemáticamente cómo puede tenerse en cuenta la extensión del orificio de lubricación de aceite de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
Las figuras 14A y 14B ilustran esquemáticamente la amplitud de la oscilación de la temperatura superficial de un área que se está calentando, dependiendo de la frecuencia con la que un haz de láser explora el punto de láser eficaz.
Las figuras 15A y 15B ilustran esquemáticamente cómo puede aplicarse un punto de láser eficaz para producir el endurecimiento de un muñón de un cigüeñal endureciendo un segmento anular del mismo, de acuerdo con un método no reivindicado en la presente patente.
Las figuras 16A, 17A y 18A representan la distribución de energía o potencia sobre un punto de láser eficaz, calculado para un patrón de exploración según las figuras 16B y 16C, 17B y 17C, y 18B y 18C, respectivamente. Las figuras 16B, 17<b>y 18B ilustran esquemáticamente la disposición de los segmentos de diferentes patrones de exploración, y las figuras 16C, 17C y 18C ilustran esquemáticamente diferentes velocidades de exploración asignadas a diferentes segmentos del patrón.
Las figuras 19A-19C ilustran esquemáticamente la llegada del punto de láser eficaz a una porción previamente endurecida de la pista.
Descripción de modos de llevar a cabo la invención
La figura 2 ilustra un sistema de acuerdo con una realización posible de la invención. El sistema comprende una estructura de bastidor que da cabida a una fuente de láser 1 montada en un carro de láser 11 que es desplazable en la dirección vertical, en paralelo a un eje Z vertical del sistema, por primeros medios de accionamiento de carro de láser 12, por ejemplo, por un servomotor o cualquier otro medio de accionamiento adecuado. Por otro lado, la fuente de láser 1 puede accionarse también horizontalmente, en paralelo a un eje X horizontal del sistema, a lo largo de una pista horizontal 14, accionado por segundos medios de accionamiento de carro de láser 13, tal como otro servomotor u otro medio de accionamiento adecuado.
Por otro lado, el sistema comprende dos carros de piezas de trabajo 20, pudiendo cada carro de piezas de trabajo dar cabida a dos piezas de trabajo 1000 en paralelo (en esta realización, las piezas de trabajo son cigüeñales), e incluyendo medios de accionamiento (no mostrados) para rotar cada pieza de trabajo a lo largo de un eje central (en esta realización, el eje central corresponde al eje longitudinal que pasa a través de los centros de los muñones principales del cigüeñal), estando dicho eje en paralelo al eje X del sistema. Por otro lado, cada carro de piezas de trabajo 20 está asociado con un medio de accionamiento de carro de piezas de trabajo 21 (tal como un servomotor o cualquier otro medio de accionamiento adecuado) dispuesto para desplazar el carro de piezas de trabajo horizontalmente, en paralelo a un eje Y del sistema, perpendicular al eje X.
Las referencias a las direcciones horizontal y vertical solo se usan para simplificar la explicación, y cualquier otra orientación de los ejes es obviamente posible y se encuentra dentro del alcance de la invención.
En el presente caso, la fuente de láser 1 se usa en primer lugar para endurecer las partes relevantes de la superficie de una de las piezas de trabajo 1000 en un primero de los carros de piezas de trabajo 20, a continuación se usa para endurecer las partes relevantes de la superficie de la otra pieza de trabajo 1000 en dicho primero de los carros de pieza de trabajo 20, y a continuación se mueve a lo largo de la pista 14 para mirar hacia el segundo de los carros de pieza de trabajo 20, para endurecer superficies de las piezas de trabajo 1000 dispuestas en el mismo. Mientras que la fuente de láser 1 está funcionando sobre las piezas de trabajo en el segundo de los carros de piezas de trabajo, las piezas de trabajo en el primero de los carros de piezas de trabajo pueden descargarse y reemplazarse por nuevas piezas de trabajo que van a ser tratadas por la fuente de láser, y viceversa.
Obviamente, hay muchas posibilidades alternativas. Por ejemplo, puede haber solo una pieza de trabajo por carro de piezas de trabajo, o puede haber más de dos piezas de trabajo por carro de piezas de trabajo. Puede haber una fuente de láser por carro de piezas de trabajo (es decir, puede añadirse un segundo carro de fuente de láser con su correspondiente fuente de láser a la pista 14). Asimismo, varias disposiciones como la de la figura 2, o variantes de la misma, pueden colocarse en paralelo. Asimismo, cada carro de láser 11 puede estar dotado de más de una fuente de láser 1, de modo que varias piezas de trabajo en un carro de piezas de trabajo pueden someterse a un tratamiento de endurecimiento por láser simultáneamente. La relación entre el número de fuentes de láser, el número de carros de piezas de trabajo y el número de piezas de trabajo, puede elegirse con el fin de optimizar el uso de las partes más caras del sistema y para optimizar la productividad, por ejemplo, permitiendo la carga y descarga de piezas de trabajo sin detener el funcionamiento del sistema. En algunas realizaciones de la invención, puede usarse una pluralidad de fuentes de láser para dirigir haces de láser simultáneamente al mismo cigüeñal, por ejemplo, para actuar simultáneamente sobre muñones diferentes del cigüeñal o sobre el mismo muñón del cigüeñal.
En algunas realizaciones de la invención, cuando la pieza de trabajo es un cigüeñal 1000 con muñones principales 1001 y muñones de biela 1002, durante el tratamiento térmico de los muñones principales 1001 del cigüeñal, la fuente de láser no se mueve en la dirección del eje Z y el carro de piezas de trabajo no se mueve en la dirección del eje Y, dado que la superficie del muñón principal es circular y simétrica alrededor del eje de rotación del cigüeñal. En algunas realizaciones de la invención, puede haber un movimiento de la fuente de láser y/o las piezas de trabajo a lo largo del eje X, si es necesario aplicar el tratamiento térmico con láser a lo largo de toda la extensión del muñón principal en la dirección del eje X. Esto depende de la capacidad de potencia de la fuente de láser y de la capacidad de los medios de exploración (no mostrados) para desplazar el haz de láser en la dirección del eje X. Si puede realizarse una exploración con el haz de láser a lo largo de la trayectoria del muñón principal 1001 a lo largo de toda su extensión en la dirección del eje X, puede no haber necesidad de desplazar la fuente de láser 1 en la dirección del eje X durante el tratamiento térmico de uno de, por ejemplo, los muñones principales 1001 de un cigüeñal, pero solo cuando se cambia del tratamiento de un muñón al tratamiento de otro; lo mismo se cumple para al tratamiento térmico de, por ejemplo, los muñones de biela 1002 de un cigüeñal.
No obstante, durante el tratamiento térmico de un muñón de biela 1002, cuyo eje central está desplazado radialmente desde el eje central de los muñones principales, durante la rotación de la pieza de trabajo de cigüeñal 1000 respectiva en el carro de piezas de trabajo 20, la fuente de luz láser 1 se mueve verticalmente en paralelo al eje Z y el carro de piezas de trabajo 2 se mueve horizontalmente en paralelo al eje Y, con el fin de mantener una distancia constante entre la fuente de láser (tal como la salida de los medios de exploración de la fuente de láser o la superficie de una lente) y la superficie sobre la que se proyecta el haz de láser. En otras realizaciones de la invención, los cigüeñales pueden moverse en paralelo a los ejes Z e Y. También, o como alternativa, la fuente de láser puede disponerse de manera que puede moverse en paralelo a los ejes Z e Y.
El funcionamiento del primero 12 y segundo 13 medios de accionamiento de carro de láser, así como el funcionamiento de los medios de accionamiento de carro de piezas de trabajo 21 y de los medios de accionamiento para rotar las piezas de trabajo 1000 en los carros de piezas de trabajo 20, puede controlarse mediante medios de control electrónicos tal como un ordenador, sistema informático o PLC (no mostrado en la figura 2).
En algunas realizaciones de la invención, la fuente de láser 1 incluye un sistema de exploración dispuesto para modificar la dirección del haz de láser. Los sistemas de exploración de este tipo son bien conocidos en la técnica y, con frecuencia, incluyen espejos de exploración, cuyos ángulos pueden modificarse de acuerdo con las funciones de exploración, tal como funciones de seno, funciones triangulares, etc., bajo el control de un ordenador. Con un sistema de exploración de dos ejes (por ejemplo, con un sistema de exploración que tiene un espejo biaxial o dos espejos uniaxiales), el haz de láser puede moverse en dos direcciones, por ejemplo, por un lado, en paralelo al eje X y, por otro lado, en paralelo al eje Y, y combinaciones de los mismos. Por lo tanto, aparte de explorar la superficie perpendicularmente a la dirección de movimiento de la superficie con respecto a la fuente de láser, es decir, aparte de explorar la superficie "a lo largo" de la superficie de los muñones en la dirección del eje X, el haz de láser también puede explorar la superficie en la dirección de su movimiento, es decir, en paralelo al eje Y; de este modo, la superficie de un muñón de un cigüeñal puede explorarse también en la dirección circunferencial del muñón. Asimismo, el haz de láser puede describir trayectorias que combinan movimiento en la dirección X y la dirección Y (es decir, cuando se proyecta sobre el muñón circular de un cigüeñal, en la dirección W circunferencial, véanse, por ejemplo, las figuras 12A-12B). De este modo, el haz puede seguir trayectorias que tienen formas complejas, tal como rectángulos, óvalos, trapezoides, etc. Puede realizarse una exploración con el punto de láser sobre la superficie para formar un rectángulo relleno virtual que tiene una altura sustancial en la dirección Y (o W) (por ejemplo, siguiendo un patrón de meandro dentro de un límite rectangular o siguiendo una pluralidad de líneas separadas dentro de dicho límite), o para delinear repetidamente los bordes de un rectángulo o cualquier otra forma geométrica. Por lo tanto, usando la capacidad del sistema de exploración, puede crearse un punto de láser eficaz virtual o equivalente, que tiene una extensión y forma deseadas, tanto en la dirección X como en la dirección Y o W. En el caso de un denominado escáner de XYZ, además de la posibilidad de movimiento en las direcciones X e Y, se prevé una lente de enfoque que puede desplazarse en la dirección Z mediante algún tipo de medio de accionamiento, permitiendo de este modo la adaptación dinámica del tamaño del punto de láser. De este modo, tanto la posición del punto como su tamaño pueden controlarse y adaptarse para optimizar el proceso de endurecimiento. Asimismo, como alternativa o además del desplazamiento de una lente de enfoque o similar, el tamaño del punto de láser puede controlarse y adaptarse moviendo la fuente de láser en paralelo al eje Z, usando los primeros medios de accionamiento de carro de láser. Asimismo, el sistema puede incluir medios para variar la distribución de la potencia dentro del punto de láser, como se conoce a partir de, por ejemplo, el documento DE-3905551-A1 mencionado anteriormente.
La figura 3 ilustra esquemáticamente la fuente de láser 1 que incluye un sistema de exploración de dos ejes 3 ilustrado esquemáticamente, basándose en un espejo biaxial o dos espejos uniaxiales y dispuesto para desviar un haz de láser entrante 2 en el plano vertical paralelo al eje X y en el plano vertical paralelo al eje Y; el ángulo a representa el barrido máximo en el plano vertical paralelo al eje X, y el ángulo p representa el barrido máximo en el plano paralelo al eje Y. La figura 3 ilustra esquemáticamente la fuente de láser 1 situada por encima de una pieza de trabajo y, más específicamente, por encima del muñón principal 1001 de un cigüeñal, que incluye un orificio de lubricación de aceite 1003 y que se gira en el carro de piezas de trabajo (no mostrado) en la dirección sugerida por la flecha. En la figura 3 se ilustra esquemáticamente una porción o sección 1006 que puede ser barrida por el punto de láser debido a la exploración con el haz de láser. Por lo tanto, con el uso de este tipo de fuente de láser, un pequeño punto de láser proyectado sobre la parte superior de la pieza de trabajo puede reemplazarse por un punto virtual o equivalente más grande, obtenidos mediante exploración repetitiva, a alta velocidad, de un patrón que tiene cualquier forma deseada, dentro de la sección 1006 que está determinada por el barrido máximo permitido por el sistema de exploración, de acuerdo con los ángulos a y p. Por lo tanto, en lugar de calentar un único punto pequeño con el haz de láser, puede calentarse un área más grande (pero con menos potencia por unidad de área) durante un intervalo de tiempo explorando dicha área con el haz de láser. O, en otras palabras: en lugar de proporcionar un punto grande (tal como un punto rectangular grande) usando, por ejemplo, ópticas fijas apropiadas, puede conseguirse una distribución de potencia correspondiente explorando con un punto más pequeño y más intenso en potencia en un área más grande. Esto implica una ventaja importante: proporciona la posibilidad de aplicar dinámicamente diferentes cantidades de energía a diferentes porciones de la superficie, adaptando el patrón de exploración, la velocidad del movimiento de exploración, la potencia del haz y/o el tamaño del punto, de acuerdo con características diferentes de porciones diferentes de la superficie, por ejemplo, dependiendo de la sensibilidad al calor y el riesgo de daño por sobrecalentamiento. Por ejemplo, patrón de exploración, velocidad de exploración, potencia de haz y/o tamaño de punto de láser pueden elegirse (y adaptarse dinámicamente durante el proceso de endurecimiento) con el fin de limitar la cantidad de energía de calentamiento aplicada a la superficie en las proximidades de los orificios de lubricación de aceite o en las proximidades de filetes rebajados. Para obtener una profundidad y calidad de endurecimiento adecuadas, la exploración se realiza de manera repetitiva y preferentemente con una alta frecuencia, tal como más de 10 Hz o, más preferentemente, más de 50, 100, 150, 200 o 250 Hz, con el fin de evitar fluctuaciones sustanciales en la temperatura dentro del área calentada.
Las figuras 4A y 4B son vistas superiores de una porción de un cigüeñal, en concreto, de un muñón principal 1001 del cigüeñal, durante dos fases diferentes de un proceso de endurecimiento. El cigüeñal se rota en el carro de piezas de trabajo (no mostrado), en la dirección ilustrada por la flecha.
En la figura 4A, el número de referencia 2A indica el patrón de exploración: el punto de láser se realiza para seguir la trayectoria sustancialmente rectangular 2A; en una realización alternativa, se realiza una exploración con el punto de láser dentro del área sustancialmente rectangular 2A, por ejemplo, siguiendo un patrón de meandro u otro patrón dentro del área rectangular 2A, con el fin de rellenar el rectángulo, es decir, con el fin de impactar en toda la superficie del rectángulo. En ambos casos, la exploración se realiza a alta velocidad, de modo que el resultado es que la proyección del haz de láser sobre la superficie de la pieza de trabajo 1001 es, desde una perspectiva de calentamiento, sustancialmente equivalente al calentamiento que se habría conseguido si el haz de láser se hubiera proyectado en forma de un rectángulo hueco 2A o un rectángulo relleno 2A, respectivamente. En la figura 4A, el área barrida por el haz de láser es una subárea menos sensible al calor, ya que la pieza de trabajo es sólida en dicha área.
A continuación, en la figura 4B, el orificio de lubricación de aceite 1003 ha alcanzado la sección o porción que puede ser barrida por el haz de láser. El área inmediatamente adyacente al orificio de lubricación de aceite 1003 es un área más sensible al calor, ya que los bordes del orificio de lubricación de aceite pueden dañarse por sobrecalentamiento, y ya que la ausencia de metal en el orificio reduce la capacidad de disipación de calor de la pieza de trabajo en esa área. Por lo tanto, si el haz de láser se proyecta sobre el área inmediatamente adyacente al orificio de lubricación de aceite 1003 de la misma manera que se proyecta sobre una región menos sensible al calor, tal como en la figura 4A, puede tener lugar un sobrecalentamiento, con daño en los bordes del orificio de lubricación de aceite 1003.
Por lo tanto, en esta realización de la invención, se usa un patrón de exploración 2B diferente cuando la pieza de trabajo está en la situación ilustrada en la figura 4B: en este caso, el haz de láser sigue una trayectoria en forma de un rectángulo más grande 2B, o sigue un patrón serpenteante o una pluralidad de líneas paralelas para rellenar el área delineada de dicho rectángulo más grande 2B, respectivamente. Esto implica que la potencia a partir del haz de láser se distribuye sobre un área más grande, reduciendo así el riesgo de sobrecalentamiento. En otras palabras: la modulación del haz de láser en términos del patrón de exploración es diferente en la situación mostrada en la figura 4B que en la situación mostrada en la figura 4A, con el fin de reducir el riesgo de sobrecalentamiento.
Obviamente, no hay necesidad de usar un patrón rectangular o un patrón de meandro que rellene un rectángulo: el experto en la materia es libre de usar el patrón que considere más conveniente. Por ejemplo, cuando se usa un láser de fibra u otro láser que permite una conmutación rápida de activado/desactivado del haz de láser, puede usarse un patrón que comprende una pluralidad de líneas paralelas, y la distancia entre las líneas puede ser menor cuando se explora un área o subárea menos sensible al calor, que cuando se explora un área o subárea más sensible al calor. O, más preferentemente, la distancia entre las líneas puede mantenerse sustancialmente constante, pero la potencia del haz y/o la velocidad de exploración a lo largo de las líneas pueden adaptarse, de modo que la velocidad de exploración es mayor y/o la potencia del haz es menor en el área más sensible al calor que en el área menos sensible al calor. Asimismo, pueden usarse combinaciones de estos dos enfoques. Para la exploración a lo largo de una pluralidad de líneas paralelas, en muchas realizaciones de la invención, pueden usarse espejos poligonales. Además o como alternativa a modificar el patrón o la trayectoria seguida por el punto de láser, el experto puede elegir modificar la potencia del haz de láser y/o la velocidad de exploración del haz de láser y/o el tamaño del punto de láser y/o la distribución de potencia dentro del punto de láser, con el fin de conseguir un endurecimiento adecuado con un nivel aceptable de deterioro de áreas sensibles, tales como los bordes de los orificios de lubricación de aceite 1003 de un cigüeñal. Este tipo de medidas pueden tomarse también en relación con otras áreas sensibles, tales como los filetes rebajados o el área al final de una pista de endurecimiento, es decir, básicamente, el área donde una vez que la pieza de trabajo ha rotado casi 360 grados, el haz de láser se aproxima a un área que ha sido previamente calentada por el mismo y que no debe volver a calentarse sustancialmente, con el fin de evitar un efecto de revenido excesivo que conduciría a una caída de dureza inaceptable.
Las figuras 5A y 5B son vistas superiores de una porción de un cigüeñal, en concreto, de un muñón principal 1001 del cigüeñal, durante dos fases diferentes del proceso de endurecimiento de acuerdo con una realización alternativa de la invención. Lo que se ha indicado en relación con las figuras 4A y 4B se cumple,mutatis mutandis.En las figuras 5A y 5B, el patrón de exploración se extiende casi por toda la anchura del muñón, sustancialmente desde uno de los filetes 1004 hasta el otro. Como en la figura 4A y 4B, el patrón de exploración está diseñado para implicar una menor densidad de potencia en la subárea más sensible al calor alrededor del orificio de lubricación de aceite 1003 (véase la figura 5B), que en la subárea menos sensible al calor o región más alejada del orificio de lubricación de aceite (véase la figura 5A); en este caso, esto se consigue mediante una altura mayor del patrón de exploración trapezoidal cuando se está explorando el área alrededor del orificio de lubricación de aceite 1003.
No obstante, en este caso, se considera también que el área adyacente a los filetes 1004 es un área sensible al calor, por ejemplo, debido al uso de filetes rebajados. Por lo tanto, el patrón de exploración está dispuesto para proporcionar una densidad de potencia menor también en esa área; esto se consigue usando un patrón de exploración trapezoidal, de manera que, con una velocidad de exploración sustancialmente constante, se recibirá menos energía en las proximidades de los filetes, que si se usa un patrón de exploración rectangular.
Análogamente al caso de la realización de las figuras 4A y 4B, el haz de láser puede seguir los contornos de los trapecios 2C y 2D ilustrados en las figuras 5A o 5B, o puede cubrir o rellenar los trapezoides, por ejemplo, siguiendo una trayectoria serpenteante dentro de dichos trapecios o una pluralidad de líneas dentro de los trapezoides.
Es evidente para el experto en la materia que estos patrones son simplemente ejemplos, y que el experto en la materia podrá elegir entre un número infinito de posibles patrones al adaptar el método y el sistema a un diseño de pieza de trabajo específico.
La figura 6A es una vista superior de un punto de láser virtual 5 que tiene una sección transversal rectangular y que tiene una porción delantera 2<e>con una densidad de potencia más alta y una porción trasera 2F con una densidad de potencia más baja. El punto de láser virtual se obtiene mediante exploración repetitiva con un punto de láser más pequeño, real, siguiendo un patrón serpenteante que cubre el área rectangular. En este caso, la densidad de potencia más alta se obtiene usando un patrón de meandro más compacto en una primera porción del área rectangular, y un patrón de meandro menos compacto en la segunda porción del área rectangular. La flecha indica la dirección en la que se mueve una superficie de una pieza de trabajo en relación con el punto de láser virtual. De esta manera, una porción de la pieza de trabajo que se va a calentar se verá afectada en primer lugar por el borde delantero del punto de láser virtual y, por lo tanto, recibirá una cantidad relativamente grande de potencia por unidad de área superficial. Esto favorece un calentamiento rápido, lo que, en el caso del endurecimiento por láser, significa que la porción de la pieza de trabajo alcanzará rápidamente el intervalo de temperatura de austenización. Esto significa que para una potencia de haz de láser dada y una velocidad dada del movimiento de la superficie que se va a calentar, el área calentada de la pieza de trabajo puede mantenerse en o por encima del intervalo de temperatura de austenización durante un tiempo más largo, que si la potencia se hubiera distribuido uniformemente sobre el punto de láser virtual: si la potencia se hubiera distribuido uniformemente, la superficie habría tardado más en alcanzar la zona de temperatura de austenización.
La figura 6B ilustra una realización alternativa en la que, en lugar de usar un patrón serpenteante, el punto de láser sigue una pluralidad de líneas paralelas para formar el punto de láser eficaz (virtual o equivalente) 5. La potencia del haz de láser es mayor y/o la velocidad de exploración es menor a lo largo de las líneas en la porción delantera 2E con una densidad de potencia más alta, en comparación con la porción trasera 2F con una densidad de potencia menor, donde la potencia del haz de láser es menor y/o la velocidad de exploración es mayor. De esta manera, la distribución de energía deseada puede obtenerse a lo largo de todo el punto de láser eficaz 5. En lugar de líneas, puede usarse cualquier otro tipo de patrón de exploración para proporcionar una distribución de energía bidimensional deseada. Usando un láser que permite una conmutación rápida de activado/desactivado del haz de láser y/o una variación rápida en la potencia, pueden usarse patrones muy complejos, permitiendo una distribución de energía muy exacta, que puede adaptarse de acuerdo con las características de la superficie que se va a endurecer, por ejemplo, con el fin de aplicar menos energía en las regiones o áreas más sensibles al calor, tal como cerca de los orificios de lubricación de aceite de un cigüeñal. Por ejemplo, un láser de fibra puede ser útil para implementar este tipo de distribución de energía, por ejemplo, usando un enfoque de "píxel" mediante el cual se calientan subáreas muy específicas de acuerdo con una distribución de energía bidimensional deseada. Para una exploración rápida a lo largo de líneas paralelas, pueden usarse espejos poligonales, como se conoce en la técnica.
La figura 6C ilustra un punto de láser eficaz 5 que comprende tres porciones diferentes, en concreto, una primera porción 2H que comprende una pluralidad de líneas del patrón de exploración, una segunda porción 2I sin ninguna de tales líneas, y una tercera porción 2J que comprende una pluralidad de líneas del patrón de exploración. La primera porción 2H puede comprender opcionalmente una subporción delantera 2E con una densidad de energía más alta y una subporción trasera 2F con una densidad de energía más baja. Por otro lado, la densidad de energía en la primera porción 2I puede ser mayor que la densidad de energía en la tercera porción 2J, que a su vez puede ser mayor que la densidad de energía en la segunda porción 2I, donde la densidad de energía puede ser cero o próxima a cero. El punto de láser eficaz 5 puede obtenerse mediante exploración repetitiva con el haz de láser a lo largo de todas las líneas del patrón de exploración, adaptando la velocidad de exploración y/o la potencia de haz y/o conmutando de activado/desactivado el haz de láser en diferentes segmentos de una línea, con el fin de distribuir la energía de acuerdo con un patrón de distribución de potencia o energía deseado. Debido a la segunda porción donde no tiene lugar calentamiento alguno, la primera porción 2H del patrón de exploración puede seleccionarse para llevar la temperatura superficial de la pieza de trabajo a una temperatura alta, tal como del orden de 1400 °C, tan rápidamente como sea posible (debido a la alta densidad de potencia en la subporción delantera 2E) y para mantenerla allí durante un tiempo suficiente para conseguir una profundidad de endurecimiento deseada (seleccionando apropiadamente la longitud de la primera porción 2H en la dirección del movimiento relativo entre el punto de láser eficaz y la superficie de la pieza de trabajo, considerando la velocidad de dicho movimiento relativo), la segunda porción 2I puede permitir el enfriado brusco enfriando la porción calentada, tal como auto-enfriado brusco, y la tercera porción 2J puede presentar un patrón de exploración, velocidad y potencia de haz apropiados para calentar la pieza de trabajo a una temperatura, tal como del orden de 400-500 °C, para revenir el área endurecida. De esta manera, el endurecimiento y el revenido pueden tener lugar posteriormente durante una única etapa de desplazamiento o barrido del punto de láser eficaz 5 sobre la superficie que se va a endurecer y revenir. Esto puede servir para acelerar la secuencia completa de endurecimiento y revenido. (La temperatura a la que se va a calentar la superficie depende del material de la pieza de trabajo, por ejemplo, del tipo de acero que se usa y de su composición. El valor de 1400 °C se menciona simplemente como ejemplo).
La figura 6D ilustra esquemáticamente un patrón de exploración con seis líneas 51, comprendiendo cada línea cinco segmentos o píxeles 51A, 51B. Para cada segmento, el haz de láser está activado (segmentos o píxeles 51A) o desactivado (segmentos o píxeles 51B), de acuerdo con una distribución de energía deseada que puede variarse dinámicamente durante el proceso de endurecimiento. Por lo tanto, el diseño de la figura 6D representa, por lo tanto, una pixelización de 6x5, y puede obtenerse fácilmente con sistemas de láser y de exploración comercialmente disponibles. El uso de un láser que permite una conmutación de activado/desactivado rápido, por ejemplo, un láser de fibra, puede aumentar el número de píxeles del patrón de exploración para una frecuencia de exploración predeterminada. El número de líneas que pueden conseguirse para una determinada frecuencia de exploración, tal como 50 Hz o 100 Hz o más, dependerá, entre otras cosas, de los medios de exploración usados.
En lugar o además de simplemente encender y apagar el haz de láser, también pueden usarse otros estados de potencia de haz de láser, es decir, diferentes niveles de potencia entre la potencia máxima y potencia cero (o próxima a cero). Los estados de potencia correspondientes a segmentos diferentes pueden almacenarse en una memoria y modificarse dinámicamente durante el proceso de endurecimiento con el fin de, por ejemplo, reducir la densidad de energía en un área adyacente a un orificio de lubricación de aceite reduciendo el nivel de potencia asignado a uno o más de los segmentos siempre que sea necesario. Este enfoque segmentado o pixelado es muy práctico y permite al usuario encontrar distribuciones de energía apropiadas a través del punto de láser eficaz probando diferentes combinaciones de estados de potencia, es decir, la potencia que el haz debe tener en diferentes segmentos, hasta encontrar una combinación que proporcione un resultado deseado. Si el láser permite una conmutación rápida entre diferentes estados o niveles de potencia, puede completarse un gran número de segmentos por segundo, permitiendo una tasa de repetición suficientemente alta del patrón de exploración para evitar fluctuaciones de temperatura sustanciales, mientras que, al mismo tiempo, se da cabida a una cantidad razonable de segmentos. Por ejemplo, cuando el láser permite 1000 cambios de estado de potencia por segundo, una frecuencia de repetición de patrón de exploración de 100 Hz puede combinarse con un patrón de exploración que tiene 10 segmentos.
La figura 7A es una vista en sección transversal a través de un muñón principal 1001 en una variante del sistema mostrado en la figura 3. En este caso, la fuente de láser está ligeramente desplazada con respecto al plano vertical de simetría del muñón principal 1001 a lo largo del eje X. Esto significa que el haz de láser, al barrer el ángulo p, alcanzará la superficie de la pieza de trabajo con diferentes ángulos, entre el ángulo Y<1>que en este caso es de aproximadamente 90 grados, y el ángulo Y<2>que en este caso es sustancialmente inferior a 90 grados. Si la velocidad y el patrón de exploración son constantes a lo largo de toda la exploración y si la potencia del haz se mantiene igualmente constante, esto significa que la densidad de potencia por unidad de área superficial será mayor en el borde delantero (es decir, donde la superficie del cuerpo giratorio entra en el área barrida por el haz de láser durante la exploración), debido al mayor ángulo Y<1>, y menor en el borde trasero, debido al ángulo más pequeño Y<2>. Como se explica en relación con la figura 6A, esta disposición puede ayudar a que la temperatura superficial alcance rápidamente la zona de temperatura de austenización.
La figura 7B muestra una disposición alternativa y no reivindicada en la que el haz de láser se mantiene estable o se explora solo en el plano vertical paralelo al eje X, es decir, de acuerdo con el ángulo a de la figura 3. En este caso, la posición de desplazamiento del haz de láser con respecto al plano de simetría implica que el haz de láser incide en la superficie bajo un ángulo<y>sustancialmente menor que 90 grados. Esto puede tener dos efectos: en primer lugar, el área del punto se hará más grande, lo que puede ser una ventaja ya que extiende la potencia del haz de láser sobre un área más grande. Asimismo, si el espesor del haz de láser (en la dirección del eje Y) no es tan pequeño que pueda ignorarse, habrá una diferencia entre el ángulo de incidencia entre el haz de láser y la superficie de la pieza de trabajo en el borde delantero del punto, y el ángulo correspondiente en el borde trasero del punto. Esto significa que puede conseguirse el efecto mencionado anteriormente de calentamiento rápido de la superficie cuando entra en el punto, debido a una densidad de potencia más alta en el borde delantero. Esta disposición puede, por ejemplo, usarse ventajosamente con ópticas fijas que proporcionan un punto de láser sustancialmente rectangular. También, o alternativamente, este concepto puede usarse en combinación con una exploración unidimensional en paralelo al eje X, estableciendo un rectángulo virtual que tiene la anchura correspondiente al diámetro o anchura del punto de láser, y una longitud correspondiente al barrido del haz de láser en paralelo al eje X.
Para aumentar el tamaño del punto de láser, pueden realizarse enfoques similares cuando el área superficial que se va a endurecer es plana o no circular: el haz de láser puede proyectarse sobre un área plana para que no sea perpendicular a dicha área plana.
A veces, es deseable endurecer superficies que son difíciles de alcanzar con el láser, excepto en ángulos muy pequeños. Por ejemplo, en el caso de cigüeñales, las superficies de pared 1005 que se extienden sustancialmente en perpendicular desde las superficies de los muñones principales y los muñones de biela a menudo serán casi paralelos a los haces láser emitidos desde una fuente de láser 1 en una disposición tal como la de la figura 2. Esto puede tender a reducir la tasa de absorción de potencia en esas superficies y hacer que el endurecimiento de las mismas sea más difícil y/o consuma energía: la luz láser recibida en un ángulo pequeño con respecto a la superficie tiende a absorberse menos que la luz láser recibida en un gran ángulo, tal como de 90 grados, es decir, perpendicularmente con respecto a la superficie.
No obstante, la absorción depende también de la polarización. Por lo tanto, si para una polarización (s o p) la potencia se absorbe mejor cuando el haz de láser se dirige perpendicularmente a la superficie (es decir, a 90 grados con respecto a la superficie), con una polarización opuesta, la absorción de potencia es mayor cuando el haz de láser se dirige a la superficie en un ángulo pequeño, tal como un ángulo cercano a cero, es decir, con la dirección del haz casi alineada con la superficie. En el caso de piezas de trabajo tales como cigüeñales, donde las paredes a veces son bastante grandes y están separadas por un muñón bastante corto, una disposición tal como la de la figura 2 tendrá que proyectar el haz de láser sobre las paredes 1005 en un ángulo relativamente pequeño, al menos para la parte de las paredes que se encuentran cerca de los muñones.
La figura 8 ilustra un sistema de polarización 4 que puede usarse como parte de la fuente de láser 1: incluye un polarizador de división de haz 41 tal como un cubo de polarización que divide un haz de láser entrante en un haz polarizado s 2' y un haz polarizado p 2", uno de los cuales puede usarse a continuación para endurecer la superficie de, por ejemplo, los muñones principales 1001 y los muñones de biela 1002, y el otro de los cuales puede usarse para endurecer las superficies de las paredes 1005. Espejos 42, 43 y 44 pueden usarse para realinear el haz polarizado s 2' y el haz polarizado p 2" para volverse sustancialmente paralelos.
La figura 9 ilustra esquemáticamente un medio informático o sistema 100, tal como un ordenador personal u otro dispositivo o medio programable, que tiene medios de entrada de ordenador 101 tal como un teclado y/o ratón, y una pantalla de ordenador 102. Un patrón de exploración 2G se ilustra en la pantalla. En este caso, el patrón de exploración es un polígono que comprende una pluralidad de segmentos a, b, c, d, e, f, g y h. En la realización ilustrada, los segmentos forman un polígono, en concreto, un octágono. No obstante, puede usarse un número mayor o menor de segmentos, y algunos o todos los segmentos pueden ser curvados en lugar de rectos, y los segmentos pueden distribuirse de otras maneras, tal como en una pluralidad de líneas más o menos paralelas. El sistema informático puede disponerse de modo que un operador puede cambiar el diseño del patrón, por ejemplo, usando un ratón u otros medios de entrada, por ejemplo, moviendo un cursor en la pantalla. Como alternativa, puede usarse una pantalla sensible táctil, permitiendo al usuario manipular la forma del patrón tocando los segmentos, cambiando de este modo su posición, orientación y/o longitud. La forma del patrón representa la trayectoria que describirá el punto de láser al escanear la superficie que se va a endurecer, por ejemplo, para crear un punto de láser eficaz virtual o equivalente que tenga una distribución de energía bidimensional.
En la pantalla también hay una pluralidad de líneas A-H, correspondiendo cada uno de ellos a uno de los segmentos a-h, respectivamente. Cada una de dichas líneas A-H representa una característica del punto de láser en relación con la correspondiente del segmento a-h, por ejemplo, un intervalo de velocidad de exploración. En la realización ilustrada, la flecha junto a cada línea indica una velocidad de exploración específica seleccionada para dicho segmento, es decir, la velocidad a la que el punto de láser se desplaza a lo largo del segmento correspondiente mientras sigue el patrón de exploración. En el presente caso, la velocidad de exploración más alta se ha asignado a los segmentos c y g, una velocidad de exploración algo menor se ha asignado a los segmentos a y e, y una velocidad de exploración aún menor se ha asignado a los segmentos b, d, h y f. En otras realizaciones de la invención, además o como alternativa a la asignación de diferentes velocidades de exploración a diferentes segmentos, pueden asignarse diferentes potencias de haz de láser a los diferentes segmentos, tal como seleccionando el haz de láser para que esté "activado" o "desactivado" o en otro estado de potencia disponible (tal como a un 10 %, un 25 %, un 50 %, un 75 % o un 90 % de la potencia máxima), para los diferentes segmentos de acuerdo con una distribución de energía deseada. Los segmentos pueden indicar la ruta seguida por el centro del punto de exploración, y el punto de exploración puede, por ejemplo, tener un diámetro correspondiente a la mitad de la longitud de los segmentos a y c. Si es así, cada vez que el punto completa la ruta determinada por los segmentos a-h, toda el área dentro de dichos segmentos se calienta directamente por el láser, así como parte del área fuera de dichos segmentos, hasta una distancia correspondiente a la mitad del diámetro del punto de láser.
El octágono 2G puede, por ejemplo, usarse en lugar de los rectángulos 2A/2B o los trapezoides 2C/2D en las realizaciones de las figuras 4 y 5. En este caso, por ejemplo, la mayor velocidad de exploración en los segmentos c y g puede reducir el calentamiento en el área de los orificios de lubricación de aceite 1003, y la mayor velocidad en los segmentos a y e puede ayudar a impedir el sobrecalentamiento en el área de los filetes rebajados 1004. Asimismo, el sistema informático puede programarse con el fin de usar un tipo de patrón 2G cuando se está explorando un área remota con respecto a los orificios de lubricación de aceite, y otro tipo de patrón (por ejemplo, un patrón con segmentos diferentes y/u orientados de manera diferente, y/o con diferentes velocidades o potencias de haz asignadas a algunos o todos los segmentos), cuando se explora el área adyacente a, o que incluye, los orificios de lubricación de aceite. Por ejemplo, puede usarse el mismo contorno de los segmentos pero con diferente velocidad (y/o potencia de haz) en los segmentos c y g dependiendo de si se está explorando o no el área alrededor de los orificios de lubricación de aceite.
Este sistema puede usarse junto con un pirómetro para permitir la adaptación de prueba y error del patrón de exploración 2G, por ejemplo, llevando a cabo el endurecimiento por láser de las piezas de trabajo de prueba y modificando el patrón de exploración (forma, velocidad de exploración, intensidad de haz de láser, tamaño de punto de láser, etc.) para uno o más segmentos, dependiendo de los resultados. Asimismo, o como alternativa, el sistema informático 100 puede estar dotado de software de simulación para simular el calentamiento que resultará de un patrón 2G elegido y de las velocidades de exploración (y/u otros parámetros, tal como potencia de haz de láser, tamaño de punto de láser, etc.) asignados a los diferentes segmentos a-h, de tal modo que, en poco tiempo, el usuario puede encontrar una configuración de patrón que parezca ser útil. El resultado de la simulación puede, por ejemplo, mostrarse en la pantalla 102. El usuario puede entonces modificar dinámicamente el patrón 2G y los parámetros asignados a los diferentes segmentos, y observar el calentamiento resultante. Esta herramienta puede ser útil para encontrar fácilmente o diseñar un patrón de exploración adecuado con valores de parámetro apropiados asignados a los diferentes segmentos, para un diseño de pieza de trabajo dado.
Por ejemplo, este tipo de sistema puede usarse ventajosamente para encontrar un patrón de exploración adecuado o patrones de exploración para un cigüeñal dado, por ejemplo, adaptando dinámicamente los parámetros del patrón (su forma y dimensiones, por ejemplo, ampliando o acortando segmentos) y/o los parámetros asociados a cada segmento, tal como, por ejemplo, velocidad de punto de láser (modificando la velocidad de exploración), potencia (por ejemplo, modificando el contenido de potencia del haz de láser) y/o la densidad de potencia (por ejemplo, cambiando el tamaño del punto de láser, por ejemplo, desenfocando, por ejemplo, desplazando una lente de enfoque o cambiando el ángulo de incidencia entre el haz de láser y la superficie). En algunas realizaciones de la invención, también puede adaptarse la distribución de potencia dentro del haz de láser. En algunas realizaciones de la invención, puede seleccionarse un patrón de exploración específico tal como uno en línea con el de la figura 6D, y se puede establecer la adaptación de la distribución de energía seleccionando la potencia de haz y/o la velocidad de exploración que se asignará a cada segmento 51A, 51B.
Se ha encontrado que usando este tipo de definición basada en segmentos del patrón de exploración, permitiendo, por un lado, la creación de un contorno de patrón aumentando y/o reduciendo el número de segmentos y/o la longitud de los segmentos y/o modificando su orientación y/o posición, y seleccionando y asignando diferentes parámetros relacionados con la potencia o la energía, valores tales como velocidad de exploración, valores de potencia de haz y/o tamaño de punto a cada segmento, hace que sea sencillo obtener un calentamiento adecuado de las diferentes porciones de la superficie que se va a calentar. Las subáreas más sensibles al calor, tal como el área adyacente a los orificios de lubricación de aceite 1003 de un cigüeñal, pueden tratarse de manera apropiada, por ejemplo:
- usando el mismo patrón de exploración (en términos de la trayectoria seguida por el punto) tanto para las áreas más sensibles al calor como para las áreas menos sensibles al calor, pero adaptando otros parámetros con el fin de evitar el sobrecalentamiento de las áreas más sensibles al calor, por ejemplo, eligiendo el segmento seleccionado para que tenga una velocidad de exploración más alta (y/o una potencia de haz más baja, etc.); en el caso de la figura 9, aumentar la velocidad en los segmentos c y g ayudará a reducir el sobrecalentamiento en los orificios de lubricación de aceite 1003 situados centralmente en un muñón a través del cual se explora con el haz de láser de acuerdo con el patrón 2G; en el caso de la figura 6D, asignar una potencia de haz baja (tal como cero o cercana a cero) a algunos de los segmentos centrales 51B de las líneas 51 puede ayudar también a impedir el sobrecalentamiento en un orificio de lubricación de aceite que pasa a través de la porción central del patrón, en la dirección sugerida por la flecha en la figura 6D.
- Usando diferentes conjuntos de patrones de exploración y valores de parámetro asociados para diferentes subáreas; por ejemplo, durante la rotación de un cigüeñal, puede explorarse un muñón como se sugiere en la figura 5A, pero con un patrón de exploración que tiene el diseño de la figura 9; cuando el orificio de lubricación de aceite 1003 alcanza o se aproxima a la porción de la superficie que se está explorando, el valor de velocidad asociado a los segmentos c y g puede modificarse, de modo que el haz de láser explora estos segmentos a una velocidad más alta, reduciendo de este modo el riesgo de sobrecalentamiento del área adyacente al orificio de lubricación de aceite.
- Cambiando la forma del patrón, por ejemplo, modificando la longitud y orientación de los segmentos, e incluso omitiendo segmentos. Por ejemplo, el segmento g del patrón de exploración 2G puede omitirse, durante toda la rotación de la pieza de trabajo o cuando se explora un área de la pieza de trabajo adyacente a o que incluye un orificio de lubricación de aceite; en ese caso, el punto de láser puede seguir la trayectoria desde el segmento h, sobre segmentos, a, b, c, d, e y hasta el segmento f, y a continuación regresar en la dirección opuesta, es decir, sobre los segmentos f, e, d, c, b y a, hasta llegar al final del segmento h.
Por lo tanto, un sistema informático que proporciona el control del haz de láser en función de un patrón de exploración segmentado, donde valores diferentes de, por ejemplo,
- velocidad de exploración (es decir, la velocidad del movimiento del punto de láser a lo largo de su trayectoria), - potencia de haz de láser, y/o
- tamaño de punto de láser,
pueden asignarse a segmentos diferentes, puede ser útil para adaptar el patrón de exploración para proporcionar una distribución de energía optimizada y un calentamiento optimizado de una superficie, con el fin de endurecer adecuadamente la superficie con daño o riesgo de daño reducidos a porciones sensibles. La explicación anterior se ha referido predominantemente a la velocidad de exploración, pero, obviamente, el calentamiento puede modificarse también modificando la potencia del haz de láser, o la densidad de potencia, por ejemplo, desenfocando, por ejemplo, moviendo una lente. No obstante, para muchos láseres y medios de exploración actualmente existentes, modificar la velocidad puede ser una opción preferida. Cuando se usan láseres que permiten una conmutación rápida de activado/desactivado o un cambio rápido de la potencia de haz (tal como muchos láseres de fibra que actualmente requieren aproximadamente 100 ps para cambiar entre "activado" y "desactivado"), modificar la potencia del haz de láser, por ejemplo, encendiéndolo y apagándolo, se convierte en una opción cada vez más interesante; la opción es aún más interesante en vista de la tendencia hacia tiempos de conmutación más cortos.
Para proporcionar un punto de láser virtual (tal como un punto de láser "octogonal" explorando rápidamente el área que sigue el patrón 2G de la figura 9, o un punto de láser eficaz segmentado tal como el de la figura 6d ), la exploración tiene que realizarse a alta frecuencia, es decir, alta velocidad. Por ejemplo, en una realización práctica, el haz de láser puede completar un ciclo de exploración a lo largo de los segmentos a-h en un período de, por ejemplo, 8 ms; a menudo, tal como cuando se usan láseres de diodo u otros láseres donde la conmutación de activado/desactivado es lento, puede ser difícil o caro modificar la potencia del haz lo bastante rápido para colocarlo en el nivel correcto en todos y cada uno de los segmentos; a menudo será más práctico modificar la velocidad de exploración, algo que está dentro de la capacidad de sistemas de exploración comercialmente disponibles. No obstante, dependiendo de la capacidad del láser para conmutar el nivel de potencia, puede preferirse la modulación de la potencia de haz.
El patrón de exploración de la figura 9 presenta un conjunto de segmentos interconectados. No obstante, dependiendo del tipo de láser y/o medios de exploración que se utilizan, pueden usarse también segmentos no interconectados. Por ejemplo, el patrón de exploración puede comprender una pluralidad de líneas o puntos o píxeles; este tipo de patrón de exploración a menudo puede preferirse cuando se usa un láser que permite una conmutación rápida de activado/desactivado, tal como un láser de fibra. De este modo, pueden usarse patrones muy complejos y sofisticados, permitiendo una selección muy exacta de la distribución de energía en el área que se está explorando. Por lo tanto, el sistema se puede adaptar para proporcionar exactamente la distribución de energía que se necesita considerando la presencia de regiones sensibles al calor tales como, por ejemplo, orificios de lubricación de aceite en un cigüeñal.
La figura 10 ilustra esquemáticamente una primera 110 y una segunda 120 áreas de memoria informática asociadas al sistema informático 100, comprendiendo cada área de memoria una matriz de memoria que tiene una pluralidad de columnas, incluyendo cada columna una ubicación de memoria asignada a cada uno de los segmentos a-h del patrón de exploración 2<g>. Dichas columnas pueden contener los siguientes datos:
los datos en las columnas de segmento de patrón de exploración 111 y 121 pueden definir la forma del patrón, es decir, la disposición de los segmentos (tal como los puntos de inicio y fin de cada segmento).
Los datos en las columnas de velocidad de exploración 112 y 122 pueden definir, para cada segmento, la velocidad de exploración asociada a ese segmento, es decir, la velocidad con la que el punto de láser se moverá a lo largo del segmento correspondiente del patrón o trayectoria de exploración.
Los datos en las columnas de potencia de haz 123 y 133 pueden definir, para cada segmento, la potencia de haz, es decir, la potencia del haz de láser a medida que se mueve a lo largo del segmento correspondiente.
Los datos en las columnas de tamaño de punto 114 y 124 pueden definir, para cada segmento, el tamaño del punto de láser a medida que se mueve a lo largo del segmento correspondiente. Al enfocar/desenfocar el haz de láser, por ejemplo, moviendo una lente de enfoque motorizada o moviendo la fuente de láser en paralelo al eje Z del sistema, pueden cambiarse el tamaño del punto y, por lo tanto, la densidad de potencia por unidad de área superficial. Esto también puede conseguirse modificando el ángulo de incidencia del haz de láser sobre la superficie, por ejemplo, compensando el haz de láser como se sugiere en, por ejemplo, las figuras 7A y 7B.
En algunas realizaciones de la invención, solo hay una de estas áreas de memoria informática, es decir, velocidad, potencia de haz y tamaño de punto pueden ser constantes a lo largo de todo el proceso. En otras realizaciones, hay dos o más de estas áreas de memoria, y puede usarse un puntero 130 para modificar dinámicamente la exploración durante el movimiento relativo entre la superficie de la pieza de trabajo 1000 y la fuente de láser 2: por ejemplo, a medida que un orificio de lubricación de aceite 1003 se aproxima a la porción de la superficie que se está explorando, un primer patrón de exploración (con su conjunto asociado de valores de parámetro para, por ejemplo, velocidad de exploración, potencia de haz de láser, tamaño de punto de láser y/o ángulo de incidencia) definidos por la primera área de memoria 110 puede reemplazarse por un segundo patrón de exploración (con su conjunto asociado de valores de parámetro para velocidad de exploración, potencia de haz de láser y/o tamaño de punto de láser, etc.) definido por la segunda área de memoria 120, con el fin de impedir el sobrecalentamiento en los bordes del orificio de lubricación de aceite. Por ejemplo, el segundo patrón de exploración puede tener una velocidad de exploración más alta y/o una potencia de haz de láser más baja y/o un tamaño de punto de láser más grande, asociado a los segmentos que serán atravesados por el orificio de lubricación de aceite durante la exploración, en comparación con el primer patrón de exploración.
En algunas realizaciones de la invención, habrá solo una o algunas de las columnas 111-114, o puede haber más columnas que especifiquen datos relacionados con aspectos adicionales del proceso. En algunas realizaciones de la invención, solo uno o dos de velocidad de exploración, tamaño de punto de láser y potencia de haz de láser variarán entre diferentes segmentos y patrones. En alguna realización, puede haber solo un área de memoria 110 como la trayectoria seguida por el punto de láser, así como sus valores de parámetro asociados, permanecerán constantes durante todo el proceso.
La figura 11 ilustra esquemáticamente dos áreas de memoria informática de acuerdo con una realización alternativa de la invención, donde cada área de memoria informática 140, 150 comprende una pluralidad de ubicaciones de memoria 141, cada una correspondiente a un píxel o segmento de un área que se va a explorar. Cada ubicación de memoria puede comprender un valor de estado de potencia indicativo de la potencia de láser, tal como un valor indicativo de un estado activado o desactivado del láser, o un valor que indica un cierto nivel de potencia. Por lo tanto, cuando se explora el haz de láser sobre un área que se va a explorar (por ejemplo, dejando que el haz de láser siga una pluralidad de líneas paralelas que se extienden sobre dicha área), el haz de láser puede encenderse y apagarse de acuerdo con el valor de la ubicación de memoria correspondiente. En algunas realizaciones de la invención, cada ubicación de memoria puede corresponder a una "línea" del patrón de exploración, y en otras realizaciones de la invención cada ubicación de memoria puede corresponder a una porción o segmento de una línea, de modo que puede conseguirse una distribución de energía pixelada (en la figura 6D se proporciona un ejemplo de un patrón de exploración con una distribución de energía segmentada o pixelada de este tipo). El nivel de detalle de la pixelización o subdivisión del área que se va a explorar en subsegmentos que tienen diferentes niveles de potencia láser (tales como activado/desactivado y/o niveles de potencia intermedios) asignados a los mismos puede depender de características tales como la velocidad de exploración y la capacidad para la conmutación de activado/desactivado del láser. Al igual que en el caso de la realización ilustrada en la figura 10, puede usarse un puntero 130 para conmutar entre un tipo de patrón de exploración y otro, adaptando de este modo la distribución de energía dependiendo de las características del área que se está explorando, por ejemplo, con el fin de tener en cuenta la presencia de un orificio de lubricación de aceite.
La pixelización de 20x20 sugerida por la figura 11 es solo a modo de ejemplo, y puede usarse cualquier otro número adecuado de filas y píxeles por fila. Por ejemplo, el número de líneas puede estar limitado por la velocidad de los medios de exploración y la frecuencia de exploración (es decir, la frecuencia con la que se repite el patrón de exploración) y el número de píxeles o píxeles por línea puede, para una frecuencia de exploración y un número de líneas dados, estar limitado por la capacidad de conmutación de activado/desactivado del láser. Por ejemplo, en el caso de un láser que requiere 100 ps para activarse y 100 ps para desactivarse, es decir, 200 ps para un ciclo de activado/desactivado, y usando una frecuencia de exploración de 100 Hz y un patrón de exploración de 5 líneas para completar el punto de láser virtual efectivo, el número de píxeles por línea puede ser de aproximadamente 10.
Las figuras 12A-12C muestran cómo la distribución de energía de un punto de láser eficaz puede adaptarse para dar cabida a un orificio de lubricación de aceite. El orificio de lubricación de aceite 1003 está posicionado en una superficie de un muñón de un cigüeñal, y dicha superficie se extiende en una primera dirección paralela al eje de rotación del cigüeñal, y en una segunda dirección circunferencial W. En la figura 12A, se usa un punto de láser eficaz equivalente sustancialmente rectangular 5, que tiene una porción delantera 2E con densidad de potencia más alta y una porción trasera 2F con densidad de potencia más baja. No obstante, como se muestra en la figura 12B, cuando el orificio de lubricación de aceite 1003 se aproxima al punto de láser eficaz debido al movimiento relativo entre la superficie del cigüeñal y la fuente de láser debido a, por ejemplo, la rotación del cigüeñal alrededor de su eje longitudinal, la distribución de energía se adapta sustancialmente reduciendo la potencia o densidad de energía hacia el centro de la porción delantera 2E, con el fin de evitar el sobrecalentamiento del área adyacente al orificio de lubricación de aceite 1003. En este caso, el punto de láser eficaz tiene sustancialmente forma de U. Posteriormente, una vez que el orificio de lubricación de aceite 1003 ha pasado la porción delantera 2E, se restablece la distribución de energía original en la porción delantera, mientras que la distribución de energía en la porción trasera 2F está adaptada para dar cabida al orificio de lubricación de aceite 1003, reduciendo la energía o la densidad de potencia hacia el centro de la porción trasera. En este caso, el punto de láser eficaz 5 adopta sustancialmente una forma de U invertida (que en algunas realizaciones de la invención puede obtenerse usando una segmentación o pixelización en línea con la de la figura 6D, y adaptando los estados de potencia asignados a los diferentes segmentos con el fin de proporcionar las formas correspondientes del punto de láser eficaz). Es decir, mientras que el orificio de lubricación de aceite está pasando a través del punto de láser eficaz, la distribución de energía se adapta con el fin de aplicar menos energía al área más sensible al calor adyacente al orificio de lubricación de aceite, que lo que se aplica a la superficie que se va a endurecer lejos de dicho orificio de lubricación de aceite. El área alrededor del orificio de lubricación de aceite puede endurecerse sin dañar la subárea más sensible al calor adyacente al orificio de lubricación de aceite; las porciones laterales del punto de láser eficaz en forma de U sirven para endurecer las áreas a los lados del orificio de lubricación de aceite. El cambio en la distribución de energía ilustrado en las figuras 12A-12C puede, por ejemplo, obtenerse adaptando el patrón de exploración y/o adaptando el modo en que la potencia de haz se distribuye a lo largo del patrón de exploración (por ejemplo, adaptando el modo en que el haz de láser se activa y desactiva durante diferentes segmentos del patrón de exploración), y/o adaptando la velocidad de exploración en correspondencia con diferentes segmentos del patrón de exploración, etc.
La figura 13 ilustra esquemáticamente cómo se adapta la distribución de energía para tener en cuenta la inclinación de un orificio de lubricación de aceite 1003, aplicando más energía 5A al lado 1003A del orificio de lubricación de aceite que no se coloca sobre el orificio de lubricación de aceite 1003, y menos energía al lado 1003B del orificio de lubricación de aceite que se coloca sobre el orificio de lubricación de aceite, es decir, al lado hacia el que se extiende el orificio de lubricación de aceite en el cuerpo del cigüeñal. Esto puede, por ejemplo, obtenerse eligiendo correctamente los estados de potencia asignados a diferentes segmentos de un patrón de exploración. Esta diferencia en la aplicación de energía tiene en cuenta el hecho de que la ausencia de material conductor debido a la existencia del orificio de lubricación de aceite que se extiende hacia abajo hacia la derecha en la figura 13 reduce la capacidad del calor aplicado a la derecha del orificio de lubricación de aceite 1003 para alejarse del área calentada. Aplicar la misma cantidad de energía a ambos lados equivaldría básicamente a un desperdicio de energía, ya que proporcionaría una capa endurecida más gruesa en el lado derecho 1003B del orificio de lubricación de aceite de la figura 13, que en el lado izquierdo 1003A; sin embargo, cuando se trata de la necesidad de cumplir con el requisito de un espesor mínimo de la capa endurecida, la porción más delgada de la capa endurecida tiene que cumplir el requisito. Por lo tanto, hacer que la capa endurecida sea más gruesa a la derecha del orificio de lubricación de aceite 1003 no tiene ningún sentido en lo que respecta al cumplimiento de los requisitos establecidos por un cliente, y simplemente representa un desperdicio de energía. Asimismo, aplicar la misma cantidad de energía en ambos lados podría implicar un mayor riesgo de sobrecalentamiento en uno de los lados. Este riesgo aumenta debido al hecho de que el ángulo entre la pared interior del orificio de lubricación de aceite y la superficie de la pista que se va a endurecer es más agudo en el lado hacia el que se extiende el orificio de lubricación de aceite, es decir, el ángulo es más agudo a la derecha del orificio de lubricación de aceite de la figura 13 que a la izquierda, lo que significa que el borde es más agudo a la derecha, aumentando el riesgo de daño en el caso de un sobrecalentamiento.
Como se ha indicado anteriormente, preferentemente, la exploración tiene lugar rápidamente con el fin de evitar fluctuaciones sustanciales en la temperatura. Cuando se realiza una exploración con el haz de láser repetidamente a lo largo de un patrón de exploración bidimensional, tal como a lo largo de una pluralidad de líneas paralelas, para formar un punto de láser eficaz virtual o equivalente, las porciones de la pieza de trabajo se calientan repetidamente mientras las porciones permanecen dentro de dicho patrón de exploración. El punto de láser real, cuando se escanea repetidamente a través del punto de láser virtual, calienta repetidamente diferentes puntos de la superficie y, por lo tanto, estos puntos se calientan repetidamente a una temperatura máxima, y después de cada vez que se han calentado tienden a enfriarse hasta que se calientan nuevamente durante el siguiente barrido del haz de láser a lo largo del patrón de exploración, es decir, durante el siguiente ciclo de la exploración. Es deseable mantener estas fluctuaciones entre máximos y mínimos de temperatura localizados lo más pequeñas posible. Con este fin, se prefieren una velocidad y frecuencia de exploración altas. Las figuras 14A y 14B ilustran esquemáticamente el resultado de pruebas realizadas en un cigüeñal usando un patrón de exploración y potencia fijos. En el caso de la figura 14A, se usó una frecuencia de exploración de 50 Hz (es decir, el haz de láser siguió el patrón de exploración completo 50 veces por segundo). Puede verse que después de alcanzar la temperatura máxima, tuvieron lugar fluctuaciones entre máximos y mínimos localizados con una amplitud de más de 100 °C, en realidad, cerca de 200 °C. Esto podría ser problemático, ya que podría implicar un riesgo de sobrecalentamiento y/o un riesgo de endurecimiento o profundidad de endurecimiento inadecuados.
La figura 14B ilustra esquemáticamente el resultado de una prueba llevada a cabo en las mismas condiciones que las de la figura 14A, pero con una frecuencia de exploración de 250 Hz. En este caso, puede observarse cómo las oscilaciones de temperatura entre los máximos y mínimos localizados, correspondientes al espesor del gráfico, tienen una amplitud de sustancialmente menos de 100 °C.
Las figuras 15A y 15B ilustran esquemáticamente cómo, de acuerdo con un método no reivindicado, puede aplicarse un punto de láser eficaz 5 a un muñón 1001 de un cigüeñal, con un orificio de lubricación de aceite 1003 y filetes rebajados 1004, con el fin de calentar una sección, tal como 30-180 grados, de un segmento anular 1001A del mismo. Como el punto de láser eficaz 5 se extiende no más de 180 grados en la dirección circunferencial W del muñón, para calentar todo el segmento anular, puede hacerse que el muñón rote alrededor de su eje de rotación X, y/o la fuente de láser puede desplazarse en relación con el cigüeñal. El calentamiento puede comenzar en un extremo lateral del muñón 1001 tal como se muestra en la figura 15A, próximo al filete rebajado 1004 y, por ejemplo, el muñón puede rotarse con el fin de calentar toda la circunferencia, con el fin de calentar el segmento anular 1001A a una temperatura suficiente y durante un tiempo suficiente para asegurar una profundidad de endurecimiento requerida. Con el fin de endurecer toda la superficie del muñón, el punto de láser eficaz 5 se desplaza progresivamente a lo largo del muñón, en la dirección en paralelo al eje de rotación Z, por ejemplo, desplazando la fuente de láser en paralelo al eje X o desplazando el haz en paralelo al eje X usando un espejo de exploración. Por lo tanto, el segmento anular calentado 1001A se extiende en dicha dirección, y la porción previamente calentada puede comenzar a enfriarse, de manera que se consigue el enfriado brusco. En la figura 15B, puede observarse cómo el punto de láser eficaz se ha desplazado sobre la mayor parte del muñón, calentándolo y, al avanzar, permitiendo que se enfríe bruscamente. El punto de láser eficaz se desplaza hasta que alcanza el filete en el extremo derecho de la figura 15B. La distribución de energía bidimensional se adapta en las proximidades de los filetes 1004, y también en correspondencia con el orificio de lubricación de aceite 1003, para evitar el sobrecalentamiento de estas piezas. Una ventaja de este modo de llevar a cabo el endurecimiento es que no hay recalentamiento de una porción ya endurecida, a medida que el crecimiento del área endurecida tiene lugar en la dirección de un extremo del muñón al otro, es decir, en la primera dirección en paralela al eje X de rotación del muñón, y no en la dirección circunferencial W. Es decir, el endurecimiento tiene lugar de izquierda a derecha, y no en la dirección circunferencial. Por lo tanto, básicamente no hay riesgo de recalentamiento no deseado y revenido excesivo de un área superficial ya endurecida.
Al endurecer la superficie del muñón en la dirección circunferencial, generalmente debe prestarse especial atención al área de superposición, es decir, el área donde el punto de láser eficaz, cerca de completar su movimiento a lo largo de la pista en la dirección circunferencial, llega a una porción previamente endurecida. El recalentamiento de una porción previamente endurecida a una temperatura alta, tal como la temperatura usada para el endurecimiento, debe evitarse en general. Las figuras 19A-19C muestran una disposición similar a la de las figuras 12A-12C, pero en lugar de los orificios de lubricación de aceite, la subárea más sensible al calor a la que se está aproximando el punto de láser corresponde a una porción previamente endurecida 1001B del muñón. En esta realización, como se muestra esquemáticamente en la figura 19A, el punto de láser eficaz está compuesto por una matriz de segmentos (similar al de la figura 6D), y cuando el borde delantero del punto de láser eficaz llega a la porción previamente calentada 1001B, los segmentos en la primera fila se cancelan (véase la figura 19B), por ejemplo, ajustando el láser a un estado "desactivado" en correspondencia con dichos segmentos. En la figura 19C, se han cancelado filas adicionales de segmentos, de manera que el punto de láser eficaz se ha contraído en la dirección circunferencial. Es decir, el punto de láser eficaz se cancela progresivamente en su borde o porción delanteros, cuando se encuentra con la porción previamente endurecida 1001B, mientras que el borde o porción trasera alcanza dicha porción delantera, hasta que el punto de láser eficaz desaparezca.
En otras realizaciones de la invención, el punto de láser eficaz no se cancela, pero se reduce la potencia/energía general del mismo. Por lo tanto, el punto de láser eficaz puede desplazarse alrededor del muñón una vez más, calentando la superficie hasta una temperatura adecuada para el revenido.
Por lo tanto, la presente invención proporciona un enfoque extremadamente flexible para el endurecimiento superficial por láser y, por lo tanto, puede ser muy útil para, por ejemplo, endurecer por láser piezas de trabajo que tienen porciones de superficie que tienen características sustancialmente diferentes en términos de sensibilidad de transferencia de calor, y/o requisitos sustancialmente diferentes en lo que respecta a, por ejemplo, aspectos tales como la profundidad de la capa endurecida.
El sistema puede operarse con realimentación de un pirómetro y, por ejemplo, control PID.
Lo siguiente es un ejemplo de cómo puede implementarse la invención de acuerdo con una realización práctica de la misma:
Las figuras 16A, 17A y 18A representan la distribución de potencia o energía sobre un punto de láser eficaz, calculado para un patrón de exploración según las figuras 16B y 16C, 17B y 17C, y 18B y 18C, respectivamente. El patrón de exploración es del tipo ilustrado en la figura 9 analizada anteriormente, en concreto, un patrón de exploración que comprende ocho segmentos, que el usuario puede reorganizar en lo que respecta a su posición, orientación y longitudes, y para el que el usuario puede seleccionar y adaptar uno o más valores de parámetro relacionados con la potencia/energía, por ejemplo, la potencia del haz de láser y/o la velocidad del punto de láser proyectado a lo largo del patrón de exploración. En este ejemplo, se usó potencia constante y la velocidad se adaptó segmento a segmento. Como se ha explicado anteriormente, el sistema informático 100 puede estar dotado de software de cálculo/simulación para calcular/simular el calentamiento o la distribución de energía que resultará de un patrón 2G elegido y de las velocidades de exploración (y/u otros parámetros, tal como potencia de haz de láser, tamaño de punto de láser, etc.) asignados a los diferentes segmentos a-h, de tal modo que, en poco tiempo, el usuario puede encontrar una configuración de patrón que parezca ser útil. Las distribuciones de energía calculadas, tales como las de las figuras 16A, 17A y 18A, pueden visualizarse en una pantalla 102 para ayudar al usuario a estimar si es probable que las distribuciones de energía sean apropiadas.
Las figuras 16A, 17A y 18A muestran la distribución de energía/potencia calculada sobre el punto de láser eficaz, calculada en función de los patrones y velocidades específicos de las figuras 16B, 17B, 18B y 16C, 17C y 18C, para los siguientes valores:
d1-d12 indican las dimensiones del patrón de acuerdo con el ejemplo ilustrado; los valores en mm de acuerdo con este ejemplo son los siguientes:
d1=16; d2=2,8; d3=3,1; d4=3,9; d5=7; d6=1,4; d7=0,4; d8=13; d9=5,1; d10=6; d11=2,8; d12=0,2.
v1-v10 indican las velocidades de exploración asignadas a diferentes partes del patrón de exploración; los valores en mm/s de acuerdo con este ejemplo son los siguientes:
v1=3600; v2=8000; v3=4600; v4=3500; v5=6000; v6=5500; v7=3600; v8=8000; v9=5430; v10=8000; v11=5500
En la figura 16A, 17A y 18A se muestran los patrones de distribución de potencia o energía correspondientes. Las figuras 16A-16C se refieren a un patrón que puede ser apropiado para calentar la superficie de un muñón de un cigüeñal, a través del muñón en la dirección en paralelo al eje longitudinal del cigüeñal, en una subárea menos sensible al calor, lejos de un orificio de lubricación de aceite. Por lo tanto, el patrón y las velocidades de las figuras 16A-16C pueden usarse en una situación como la ilustrada en la figura 12A. Las figuras 17A-17C ilustran un patrón y la distribución de energía correspondiente sobre el punto de láser eficaz cuando el punto de láser eficaz se aproxima a un orificio de lubricación de aceite, tal como cuando el punto de láser eficaz se encuentra en la posición que se ilustra en la figura 12B, adoptando una "forma de U" o similar. En este caso, considerando el patrón de exploración ilustrado en la figura 9, uno de los segmentos centrales, tal como el segmento "c" de acuerdo con la figura 9, ha sido eliminado, para evitar el sobrecalentamiento de la subárea sensible al calor adyacente al orificio de lubricación de aceite. De una manera correspondiente, las figuras 18A-18C ilustran la distribución de energía y el patrón de exploración cuando el punto de láser eficaz está a punto de abandonar el área adyacente al orificio de lubricación de aceite, es decir, en una posición tal como la ilustrada en la figura 12C.
Con esta configuración y aplicando un haz de láser que proporciona un punto de láser con un diámetro de 3,4 mm en muñones de acero con bajo contenido de carbono (0,40 %) (tipo 1538MV), se consiguió una profundidad de cubierta eficaz (dureza>HRC45) de 2,5 mm, con una capa de 1 mm de martensita pura. La potencia del haz de láser fue de 2700 W, y el muñón era un muñón principal con una anchura de 21 mm. También se obtuvieron resultados muy similares al endurecer una superficie de un muñón de biela que tiene una anchura de 19 mm, usando sustancialmente la misma configuración y valores, excepto por que la potencia del haz de láser se ajustó a 2400 W y la anchura del patrón de exploración se redujo a 14 mm. En ambos casos, el punto de láser eficaz se movió a lo largo de la superficie, en la dirección circunferencial, con una velocidad de 168 mm/minuto.
El patrón de exploración se aplicó con su centro desplazado con respecto al centro del muñón que se estaba endureciendo, en línea con lo que se sugiere en la figura 7A: el desplazamiento (en una dirección en perpendicular al plano que incluye la fuente de láser y el eje central longitudinal del muñón) fue de 31 mm para el muñón principal que tiene un radio de 34,45 mm, y 25,2 mm para el muñón de biela que tiene un radio de 28,45 mm. Debido al desplazamiento, el área total del punto de láser eficaz proyectado sobre el muñón era mayor de lo que habría sido si se hubiera proyectado sin desplazamiento.
Números de referencia usados en la presente descripción:
1 fuente de láser
2 haz de láser
2' haz de láser polarizado s
2" haz de láser polarizado p
2A trayectoria explorada por el haz de láser, o área explorada por el haz de láser
2B trayectoria explorada por el haz de láser, o área explorada por el haz de láser
2C trayectoria explorada por el haz de láser, o área explorada por el haz de láser
2D trayectoria explorada por el haz de láser, o área explorada por el haz de láser
2E porción de un punto de láser rectangular virtual con densidad de potencia más alta 2F porción de un punto de láser rectangular virtual con densidad de potencia más baja 2G patrón de exploración; trayectoria explorada por el haz de láser
2H porción de un punto de láser eficaz con densidad de potencia adaptada para el endurecimiento
2I porción de un punto de láser eficaz con densidad de potencia adaptada para enfriado brusco
2J porción de un punto de láser eficaz con densidad de potencia adaptada para el revenido 3 sistema de exploración
4 sistema de polarización
5 punto de láser eficaz
5A, 5B distribución de energía alrededor de un orificio de lubricación de aceite inclinado 11 carro de láser
12 primeros medios de accionamiento de carro de láser para el movimiento vertical de la fuente de láser
13 segundos medios de accionamiento de carro de láser para el movimiento horizontal de la fuente de láser
14 pista horizontal para el movimiento de la fuente de láser
20 carro de piezas de trabajo
21 medios de accionamiento de carro de piezas de trabajo
41 polarizador
42 espejo
43 espejo
44 espejo
51 líneas de un patrón de exploración
51A segmentos o píxeles "activados"
51B segmentos o píxeles "desactivados"
100 sistema informático
101 medios de entrada de ordenador
102 pantalla de ordenador
110 primera área de memoria informática
111 columna de segmento de patrón de exploración
112 columna de velocidad de exploración
113 columna de potencia de haz
114 columna de tamaño de punto
120 segunda área de memoria informática
121 columna de segmento de patrón de exploración
122 columna de velocidad de exploración
123 columna de potencia de haz
124 columna de tamaño de punto
130 puntero
140 primera área de memoria informática
141 ubicación de memoria para almacenar valor de píxel (activado/desactivado)
150 segunda área de memoria informática
151 ubicación de memoria para almacenar valor de píxel (activado/desactivado)
1000 cigüeñal
1001 muñón principal
1001A segmento anular calentado/endurecido de la superficie de un muñón principal 1001B porción previamente endurecida de un muñón
1002 muñón de biela
1003 orificios de lubricación de aceite
1003A, 1003B porciones del muñón a los lados de la abertura de un orificio de lubricación de aceite 1004 filetes
1005 superficie perpendicular a los muñones
1006 área o sección que puede explorarse por el haz de láser
a, b, c, d, e, f, g, h segmentos del patrón de exploración
A, B, C, D, E, F, G, H indicadores de velocidad
a, p, y, Y<1>, Y<2>ángulos a los que se hace referencia en la descripción
X, Y, Z direcciones en el espacio
W la dirección circunferencial
d1-d12: indicadores de dimensiones diferentes de un patrón de exploración, en mm
v1-v11: indicadores de velocidad de exploración en correspondencia con diferentes segmentos de un patrón de exploración, en mm/s
En el presente documento, la expresión "punto de láser eficaz" se refiere a un área sobre la que se proyecta eficazmente un haz de láser con el fin de iluminar y calentar el área. El punto de láser eficaz puede ser un punto de láser virtual o equivalente obtenido mediante exploración rápida y repetitiva con el haz de láser siguiendo un patrón de exploración para aplicar repetidamente el haz de láser a la misma área o sustancialmente a la misma área, de tal modo que el efecto de calentamiento del haz de láser sea sustancialmente el mismo que habría sido si se hubiera usado un haz de láser estacionario que tuviera una distribución de potencia correspondiente a la distribución de potencia a través del punto de láser virtual o equivalente durante un ciclo de exploración. En este caso, el término "rápidamente" significa que la velocidad de exploración es mucho mayor que la velocidad del movimiento relativo entre la fuente de láser y la superficie del cigüeñal, por ejemplo, en la dirección circunferencial, de tal modo que las porciones del área superficial que se va a endurecer se calientan repetidamente por el punto de láser. Por ejemplo, normalmente, la velocidad de exploración puede seleccionarse de tal modo que, por ejemplo, se consiguen al menos 10, 50 o 100 ciclos de exploración por segundo. Preferentemente, cuando el punto de láser eficaz es un punto de láser virtual o equivalente obtenido mediante exploración repetitiva de un punto de láser real o verdadero sobre el área superficial que se va a endurecer, esta exploración tiene lugar preferentemente en dos dimensiones, y el tamaño del punto de láser virtual en cualquiera de dichas dimensiones es preferentemente al menos 2, 3, 4, 5, 10, 20 o más veces el tamaño del punto de láser real o verdadero en dicha dimensión, por ejemplo, en la dirección en paralelo a un eje o rotación de un cigüeñal y en la dirección circunferencial de un muñón del cigüeñal. Preferentemente, el término exploración pretende implicar el movimiento del haz de láser, y el patrón de exploración preferentemente pretende referirse al patrón que seguiría el haz en una superficie estacionaria, es decir, sin tener en cuenta el movimiento relativo entre la fuente de láser y la superficie de la pieza de trabajo.
En general, el crecimiento del área o segmento tratado se consigue mediante un movimiento relativo entre el punto de láser eficaz y la superficie que se va a endurecer, moviendo el punto de láser eficaz y dicha superficie en relación entre sí, por ejemplo, en el caso de un cigüeñal, rotando el cigüeñal. Con el fin de conseguir una profundidad de endurecimiento suficiente, por ejemplo, una profundidad de cubierta de 1000 pm o más, se prefiere que sustancialmente cada porción del área superficial que se va a endurecer permanezca dentro del área del punto de láser eficaz durante una cantidad de tiempo suficiente, tal como normalmente, por ejemplo, en el caso de muñones de cigüeñal, 0,5-5 segundos, tal como 1-3 segundos, de tal modo que no solo la temperatura superficial sea lo bastante alta, sino de tal modo que la pieza de trabajo se caliente lo bastante hasta la profundidad requerida. Aumentar la densidad de potencia del haz de láser no es un sustituto de un tiempo de calentamiento suficiente, ya que el área superficial no debe sobrecalentarse, ya que esto podría provocar un daño a la pieza de trabajo. Por lo tanto, la temperatura superficial debe estar dentro de un intervalo adecuado durante un tiempo suficiente. Por lo tanto, se desea un tamaño sustancial del punto de láser eficaz, en una dimensión con el fin de proporcionar una anchura suficiente de la pista de endurecimiento (por ejemplo, con el fin de cubrir sustancialmente toda la anchura de un muñón de un cigüeñal), y en otra dimensión con el fin de permitir una alta velocidad relativa entre el punto de láser eficaz y la superficie que se va a tratar (proporcionando de este modo una alta tasa de producción), mientras que se permite que las porciones que van a endurecer permanezcan durante un tiempo suficiente dentro del punto de láser eficaz con el fin de conseguir la profundidad de endurecimiento deseada o requerida.
En el presente documento, el término "cigüeñal" se refiere preferentemente a la parte de un motor que traduce el movimiento lineal alternativo del pistón en rotación, por ejemplo, al tipo de cigüeñal que se usa en los motores de combustión interna, tal como los usados en muchos tipos de vehículos a motor, tal como camiones, automóviles y motocicletas.
En el presente documento, profundidad de endurecimiento se refiere preferentemente a la profundidad de cubierta eficaz, que preferentemente se refiere a la distancia perpendicularmente desde la superficie de la carcasa endurecida hasta el punto más alejado donde se mantiene un nivel especificado de dureza. Dicho nivel puede estar en el intervalo de, por ejemplo, 40-55 HRC, preferentemente 45 HRC. En el campo de los cigüeñales, los niveles deseados de dureza se deciden generalmente teniendo en cuenta el contenido de carbono del acero, pero un nivel típico es 45 HRC. En el contexto del presente documento y en lo que respecta al endurecimiento de muñones de un cigüeñal, se prefiere una profundidad de endurecimiento de al menos 1000, 2000 o 3000 pm.
Otro aspecto de interés puede ser el nivel o la profundidad hasta la que se puede observar el 100 % de martensita transformada. En el contexto del presente documento y en lo que respecta al endurecimiento de muñones de un cigüeñal, esta profundidad puede ser preferentemente de al menos 200, 300, 500, 800, 1000 pm o más.
Cuando se usa un patrón de exploración segmentado, puede preferirse una velocidad de exploración de al menos 300 segmentos por segundo, mientras que velocidades de, por ejemplo, al menos 600, 1000, 5000 y 10000 segmentos por segundo pueden ser más preferidas, preferentemente en combinación con frecuencias de repetición de patrón de exploración de al menos 10 Hz, más preferentemente al menos 50 Hz, aún más preferentemente al menos 100 Hz o 200 Hz.
Aunque la presente invención se ha descrito con varias referencias al endurecimiento superficial de cigüeñales, el alcance de la invención está limitado en modo alguno al tratamiento superficial de cigüeñales.
En este texto, el término "comprende" y sus derivados (tal como "que comprende", etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir otros elementos, etapas, etc.
Por otro lado, la presente invención, obviamente, no se limita a la una o más realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que cualquier experto en la materia pueda considerar (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención, como se define en las reivindicaciones.

Claims (24)

REIVINDICACIONES
1. Método de endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo, comprendiendo la pieza de trabajo al menos un área superficial que hay que endurecer, comprendiendo dicha área superficial al menos una subárea más sensible al calor y al menos una subárea menos sensible al calor, comprendiendo el método:
proyectar un haz de láser (2) a partir de una fuente de láser (1) sobre dicha área superficial, con el fin de producir un punto de láser en dicha área;
generar un movimiento relativo entre la superficie de la pieza de trabajo (1000) y la fuente de láser (1), permitiendo de este modo que el punto de láser se proyecte posteriormente sobre porciones diferentes de dicha área superficial; durante dicho movimiento relativo, realizar una exploración repetitiva con el haz de láser (2) a lo largo de la porción respectiva de dicha área superficial en dos dimensiones con el fin de producir un punto de láser eficaz equivalente bidimensional (2A, 2B, 2C, 2d , 5) sobre dicha área superficial, teniendo dicho punto de láser eficaz una distribución de energía;
en donde dicha distribución de energía se adapta durante dicho movimiento relativo de tal modo que esta es diferente en una subárea más sensible al calor que en una subárea menos sensible al calor, con el fin de evitar el sobrecalentamiento de dicha subárea más sensible al calor.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende realizar una exploración con el haz de láser a lo largo de un patrón de exploración dentro de dicho punto de láser eficaz (5) y modificar la potencia del haz de láser a lo largo de dicho patrón de exploración con el fin de obtener dicha distribución de energía.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde modificar la potencia del haz de láser a lo largo de dicho patrón de exploración con el fin de obtener dicha distribución de energía se lleva a cabo mediante el encendido y apagado del haz de láser a lo largo de dicho patrón de exploración.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la distribución de energía se controla adaptando de manera selectiva la potencia del haz de láser durante la exploración del punto de láser a lo largo del patrón de exploración, con el fin de establecer de manera selectiva el haz de láser a uno de una pluralidad de estados de potencia disponibles al menos 300 veces por segundo.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicho patrón de exploración comprende una pluralidad de segmentos (51A, 51B; a, b, c, d, e, f, g, h), teniendo cada uno de dichos segmentos uno de dichos estados de potencia disponibles asignados al mismo, y en donde el estado de potencia asignado a al menos uno de dichos segmentos es diferente en dicha subárea menos sensible al calor que en dicha subárea más sensible al calor.
6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que comprende la etapa de usar un patrón de exploración diferente para el haz de láser dentro de dicho punto de láser eficaz, en dicha subárea más sensible al calor en comparación con dicha subárea menos sensible al calor.
7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende la etapa de adaptar dicha distribución de energía adaptando la velocidad de exploración de tal modo que sea esta es diferente en al menos parte de dicho punto de láser eficaz, en dicha subárea más sensible al calor en comparación con dicha subárea menos sensible al calor.
8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el punto de láser eficaz se establece realizando una exploración repetitiva con el haz de láser sobre la pieza de trabajo siguiendo un patrón que comprende una pluralidad de líneas (51), en donde dichas líneas son, preferentemente, sustancialmente paralelas, y en donde la exploración se repite con una frecuencia de exploración, y en donde cada una de dicha pluralidad de líneas comprende una pluralidad de segmentos (51A, 51B), comprendiendo el método asignar un valor de potencia de haz de láser previamente determinado a cada uno de dichos segmentos con el fin de ajustar de manera selectiva la potencia de salida del haz de láser a un nivel diferente en algunos de dichos segmentos que en otros de dichos segmentos.
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la frecuencia de exploración es de al menos 50 Hz, en donde dicha pluralidad de líneas comprende al menos dos líneas, y en donde cada línea comprende al menos 3 segmentos (51A, 51B).
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la frecuencia de exploración es de al menos 100 Hz.
11. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la exploración del haz de láser se lleva a cabo de modo que el punto de láser sigue de manera repetitiva un patrón de exploración que comprende una pluralidad de segmentos (51A, 51B; a, b, c, d, e, f, g, h), y en donde al menos un valor de parámetro que tiene influencia sobre dicha distribución de energía bidimensional está asociado a cada uno de dichos segmentos, y en donde dicho al menos un valor de parámetro se adapta dinámicamente durante el funcionamiento de modo que dicho al menos un valor de parámetro es diferente para al menos al menos uno de dichos segmentos cuando el punto de láser eficaz está calentando dicha subárea más sensible al calor que cuando está calentado dicha subárea menos sensible al calor.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dicho al menos un valor de parámetro es indicativo de al menos uno de velocidad de exploración, tamaño del punto de láser, potencia del haz de láser, distribución de potencia dentro del haz de láser, longitud del segmento correspondiente y orientación del segmento correspondiente.
13. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 y 12, en donde la exploración se lleva a cabo a una velocidad promedio de al menos 300 segmentos por segundo.
14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de reducir la densidad de energía en una porción delantera del punto de láser eficaz (5) cuando el punto de láser eficaz está llegando a una porción previamente endurecida de dicha área superficial, tal como en una porción previamente endurecida (1001B) de un muñón (1001, 1002) de un cigüeñal endurecido mediante desplazamiento del punto de láser eficaz alrededor del muñón en una dirección circunferencial (W).
15. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de, cuando el punto de láser eficaz está llegando a una porción previamente endurecida de dicha área superficial, tal como en una porción previamente endurecida (1001B) de un muñón (1001, 1002) de un cigüeñal endurecido mediante desplazamiento del punto de láser eficaz alrededor del muñón en una dirección circunferencial (W), interrumpir el movimiento de dicho punto de láser eficaz en una porción delantera de dicho punto de láser eficaz, mientras que una porción trasera de dicho punto de láser eficaz continúa moviéndose en dicha dirección circunferencial, reduciendo progresivamente de ese modo el tamaño de dicho punto de láser eficaz en dicha dirección circunferencial, hasta que dicho punto de láser eficaz se desvanece.
16. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde la exploración se realiza de tal modo que el punto de láser sigue un patrón de exploración (2G) en el área superficial,
en donde al menos uno de
(i) una velocidad de exploración; y/o
(ii) una potencia de haz de láser; y/o
(iii) un tamaño de punto de láser;
es diferente en una parte del patrón de exploración que en otra parte del patrón de exploración, con el fin de evitar el sobrecalentamiento de la pieza de trabajo en la subárea más sensible al calor.
17. Método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicho patrón de exploración (2G) comprende una pluralidad de segmentos (a, b, c, d, e, f, g, h; 51A, 51B), y en donde, a cada uno de dichos segmentos, se asigna
(i) una velocidad de exploración; y/o
(ii) una potencia de haz de láser; y/o
(iii) un tamaño de punto de láser;
de manera que al menos una de dicha velocidad de exploración, potencia de haz de láser y tamaño de punto de láser se seleccionan de manera diferente en relación con al menos uno de dichos segmentos en comparación con al menos otro de dichos segmentos,
y en donde, preferentemente:
- la velocidad de exploración se selecciona para que sea mayor en un segmento (c, g; a, e) que se encuentra más cerca de una subárea más sensible al calor que en dos segmentos adyacentes (b, d; h, f) que se encuentran más lejos de dicha subárea sensible al calor;
y/o
- la potencia de haz de láser se selecciona para que sea menor en un segmento (c, g; a, e) que se encuentra más cerca de una subárea más sensible al calor que en dos segmentos adyacentes que se encuentran más lejos de dicha subárea sensible al calor (b, d; h, f);
y/o
- el punto de láser se selecciona para tener un área más grande (c, g; a, e) en un segmento que se encuentra más cerca de una subárea más sensible al calor que en dos segmentos adyacentes (b, d; h, f) que se encuentran más lejos de dicha subárea sensible al calor;
y/o
- los
(i) velocidad de exploración;
y/o
(ii) potencia de haz de láser; y/o
(iii) tamaño de punto de láser;
asignados a uno o más de los segmentos se modifica al menos una vez mientras que la superficie de la pieza de trabajo (1000) se está moviendo en relación con la fuente de láser (1);
y/o
- que comprende la etapa de programar un medio de control electrónico (100) para controlar el haz de láser asignando, a cada uno de dichos segmentos (a, b, c, d, e, f, g, h),
(i) al menos una velocidad de exploración; y/o
(ii) al menos una potencia de haz de láser; y/o
(iii) al menos un tamaño de punto de láser;
y/o
- en donde el patrón de exploración (2G) tiene una forma geométrica, en donde dicha forma geométrica del patrón de exploración (2G) se modifica al menos una vez mientras que la superficie de la pieza de trabajo (1000) se está moviendo en relación con la fuente de láser (1).
18. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde la exploración se realiza de modo que el punto de láser sigue un patrón de exploración (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) sobre el área, teniendo el patrón de exploración una configuración geométrica,
en donde
la configuración geométrica del patrón de exploración se modifica al menos una vez durante el movimiento relativo entre el área superficial y la fuente de láser.
19. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el calentamiento se realiza de modo que una porción de la superficie de la pieza de trabajo que entra en un área barrida por el haz de láser recibe primero irradiación de láser con potencia promedio más alta y recibe posteriormente irradiación de láser con una potencia promedio más baja.
20. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde producir un movimiento relativo entre la pieza de trabajo (1000) y la fuente de láser (1) incluye rotar la pieza de trabajo alrededor de un eje de rotación, de modo que el punto de luz láser puede acceder a toda la circunferencia del área superficial que se va a endurecer.
21. Método de acuerdo con la reivindicación 20, en donde producir un movimiento relativo entre la pieza de trabajo (1000) y la fuente de láser (1) incluye producir un movimiento relativo en una primera dirección perpendicular a dicho eje de rotación y en una segunda dirección perpendicular a dicho eje de rotación, en donde el movimiento en dicha primera dirección se produce desplazando la pieza de trabajo, y en donde el movimiento en la segunda dirección se produce desplazando la fuente de láser, y en donde, opcionalmente, la fuente de láser (1) es móvil en paralelo a dicho eje de rotación.
22. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pieza de trabajo es un cigüeñal (1000) con una pluralidad de orificios de lubricación de aceite (1003).
23. Sistema para endurecer al menos parte de la superficie de una pieza de trabajo (1000), comprendiendo el sistema una fuente de láser (1) y medios (12, 13, 21) para generar movimiento relativo entre una superficie de la pieza de trabajo (1000) y la fuente de láser (1), comprendiendo el sistema además medios de control electrónicos (100) para controlar el funcionamiento del sistema,
caracterizado por que
los medios de control electrónicos (100) están dispuestos para hacer funcionar el sistema con el fin de llevar a cabo el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
24. Programa informático, que comprende instrucciones de programa para llevar a cabo el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-22, cuando se ejecuta en un sistema de acuerdo con la reivindicación 23.
ES13758815T 2012-09-06 2013-08-29 Método y sistema para el endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo Active ES2968672T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12382343 2012-09-06
EP13177323 2013-07-19
PCT/EP2013/067949 WO2014037281A2 (en) 2012-09-06 2013-08-29 Method and system for laser hardening of a surface of a workpiece

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2968672T3 true ES2968672T3 (es) 2024-05-13

Family

ID=49117838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES13758815T Active ES2968672T3 (es) 2012-09-06 2013-08-29 Método y sistema para el endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo

Country Status (13)

Country Link
US (3) US10138528B2 (es)
EP (1) EP2893048B1 (es)
JP (3) JP6538558B2 (es)
KR (2) KR102299377B1 (es)
CN (1) CN104822849B (es)
BR (2) BR112015004891B1 (es)
CA (2) CA2884465C (es)
DE (1) DE112013004368B8 (es)
ES (1) ES2968672T3 (es)
GB (2) GB2520214B (es)
MX (2) MX368291B (es)
RU (1) RU2661131C2 (es)
WO (1) WO2014037281A2 (es)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2884465C (en) 2012-09-06 2022-11-08 Etxe-Tar, S.A. Method and system for laser hardening of a surface of a workpiece
JP6132386B2 (ja) * 2012-12-27 2017-05-24 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 軸状部材の製造方法
WO2015087349A1 (en) * 2013-12-13 2015-06-18 Tata Steel Limited Multi-track laser surface hardening of low carbon cold rolled closely annealed (crca) grades of steels
US10688561B2 (en) 2014-08-20 2020-06-23 Etxe-Tar, S.A. Method and system for additive manufacturing using a light beam
WO2016146646A1 (en) 2015-03-17 2016-09-22 Ikergune A.I.E. Method and system for heat treatment of sheet metal
CN105039652B (zh) * 2015-04-29 2017-09-05 江苏大学 一种用于曲面的方形光斑激光冲击均匀强化方法
ES2770827T3 (es) * 2015-05-08 2020-07-03 Ikergune A I E Método y aparato para el tratamiento térmico de un material ferroso utilizando un haz de energía
US10220471B2 (en) 2015-10-14 2019-03-05 Lawrence Livermore National Security, Llc Spatter reduction laser scanning strategy in selective laser melting
WO2017075258A1 (en) 2015-10-30 2017-05-04 Seurat Technologies, Inc. Additive manufacturing system and method
US10161014B2 (en) 2016-01-08 2018-12-25 Ford Motor Company Laser hardened crankshaft
US11701819B2 (en) 2016-01-28 2023-07-18 Seurat Technologies, Inc. Additive manufacturing, spatial heat treating system and method
EP3995277A1 (en) 2016-01-29 2022-05-11 Seurat Technologies, Inc. System for additive manufacturing
DE102016005942A1 (de) 2016-05-14 2017-11-16 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Härten eines Bauteils für ein Fahrzeug
EP3299112A1 (en) 2016-09-21 2018-03-28 Etxe-Tar, S.A. Method of and system for welding using an energy beam scanned repeatedly in two dimensions
US20180094334A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-05 Lear Corporation Laser spot hardening
CN106755756B (zh) * 2017-01-10 2019-01-29 中国科学院半导体研究所 一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法
JP6464213B2 (ja) * 2017-02-09 2019-02-06 ファナック株式会社 レーザ加工ヘッドおよび撮影装置を備えるレーザ加工システム
JP7136811B2 (ja) 2017-05-11 2022-09-13 シューラット テクノロジーズ，インク． 付加製造のためのパターン化された光の開閉所ビーム・ルーティング
DE102017111541A1 (de) 2017-05-26 2018-11-29 Walzengießerei Coswig GmbH Oberflächengehärtetes rotationssymmetrisches Werkstück, Härtungsverfahren und Härtungsvorrichtung
DE102017213720A1 (de) * 2017-08-07 2019-02-07 Eos Gmbh Electro Optical Systems Optimiertes Segmentierungsverfahren
RU2685297C2 (ru) * 2017-09-12 2019-04-17 Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ") Способ обработки кромок многоканальным лазером
EP3702093A4 (en) * 2017-10-25 2021-09-29 Nikon Corporation TREATMENT DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING A MOVING BODY
US20200353560A1 (en) * 2017-10-25 2020-11-12 Nikon Corporation Processing apparatus, and manufacturing method of movable body
WO2019082315A1 (ja) * 2017-10-25 2019-05-02 株式会社ニコン 加工装置、及び、移動体の製造方法
DE102018100549B3 (de) 2017-11-14 2018-11-29 Scansonic Mi Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Laserhärten von Werkstücken
CN111656027A (zh) * 2018-01-30 2020-09-11 日本制铁株式会社 曲轴
US10883154B2 (en) * 2018-08-07 2021-01-05 GM Global Technology Operations LLC Crankshaft and method of manufacture
EP3837082A4 (en) 2018-09-27 2022-06-08 IPG Photonics Corporation SYSTEM AND METHOD FOR VISUALIZING LASER ENERGY DISTRIBUTIONS THROUGH VARIOUS NEAR-FIELD SCANNING PATTERNS
WO2020123828A1 (en) 2018-12-14 2020-06-18 Seurat Technologies, Inc Additive manufacturing system for object creation from powder using a high flux laser for two-dimensional printing
WO2020132215A1 (en) 2018-12-19 2020-06-25 Seurat Technologies, Inc. Additive manufacturing system using a pulse modulated laser for two-dimensional printing
CN113260479A (zh) * 2018-12-20 2021-08-13 Etxe-Tar有限公司 用光束加工物体的方法和加工系统
EP3671381A1 (en) 2018-12-20 2020-06-24 Etxe-Tar, S.A. Methods and systems for operating a machine in a manufacturing process
EP3670064A1 (en) 2018-12-21 2020-06-24 Etxe-Tar, S.A. Method and system for supervision of a scan of an energy beam
EP3674029A1 (en) 2018-12-28 2020-07-01 Etxe-Tar, S.A. Method and system for heating an object using an energy beam
EP3674427A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-01 Etxe-Tar, S.A. Method and system for heating using an energy beam
CN114008223A (zh) * 2019-06-12 2022-02-01 艾西塔股份有限公司 用于使用能量束加热的方法和系统
US20210331277A1 (en) * 2020-04-24 2021-10-28 Laserax Inc. Methods and system for laser-processing a metal workpiece
RU2734826C1 (ru) * 2020-06-22 2020-10-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Способ лазерной обработки деталей тел вращения из инструментальных сталей
DE102020127991A1 (de) 2020-10-23 2022-04-28 Johann Fimbinger Verfahren des Laserhärtens einer im wesentlichen zylindrischen Oberfläche eines Werkstücks
CN112746147B (zh) * 2020-12-31 2024-04-05 江苏罡阳股份有限公司 一种单工位激光淬火回火加工曲轴的装置及其方法
KR102348998B1 (ko) 2021-05-03 2022-01-10 (주)상도티디에스 금속모재의 레이저 경화 시스템
CN113969334A (zh) * 2021-10-26 2022-01-25 山西柴油机工业有限责任公司 一种大功率曲轴中频淬火的热处理变形控制方法
CN115874120B (zh) * 2022-12-03 2023-09-19 北京翔博科技股份有限公司 基于激光调制的热振复合应力消除方法、装置和设备
CN118023697B (zh) * 2024-04-12 2024-06-11 武汉市双桥科技有限公司 一种面向立体纸雕的激光雕刻方法及系统

Family Cites Families (100)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE242358C (es) 1900-01-01
DE256275C (es)
DE256274C (es)
DE2018793B2 (de) 1970-04-20 1974-03-28 Steigerwald Strahltechnik Gmbh, 8000 Muenchen Verfahren zum partiellen Härten von Werkstücken oder Werkzeugen
US3848104A (en) 1973-04-09 1974-11-12 Avco Everett Res Lab Inc Apparatus for heat treating a surface
US3952180A (en) 1974-12-04 1976-04-20 Avco Everett Research Laboratory, Inc. Cladding
US4313771A (en) 1980-02-29 1982-02-02 Xerox Corporation Laser hardening of steel work pieces
WO1982001016A1 (en) 1980-09-11 1982-04-01 Sciaky Bros Method and apparatus for surface hardening cams
JPS5785931A (en) 1980-11-18 1982-05-28 Komatsu Ltd Heat treatment of crank shaft
US4456811A (en) 1982-06-21 1984-06-26 Avco Everett Research Laboratory, Inc. Method of and apparatus for heat treating axisymmetric surfaces with an annular laser beam
JPS59164817U (ja) 1983-04-21 1984-11-05 トヨタ自動車株式会社 クランクシヤフト
GB2155498B (en) * 1984-03-07 1988-11-02 Honda Motor Co Ltd Method and apparatus for remelting and hardening an elongate workpiece
JPS6158950A (ja) 1984-08-29 1986-03-26 Daihatsu Motor Co Ltd 内燃機関のシリンダブロツク
JPS627821A (ja) * 1985-07-02 1987-01-14 Honda Motor Co Ltd クランクシヤフト用レ−ザ焼入装置
DD242358B1 (de) 1985-10-30 1988-10-26 Akad Wissenschaften Ddr Verfahren zum abbau von temperaturueberhoehungen in der laserwaermebehandlungszone
JPS63502811A (ja) * 1986-03-26 1988-10-20 ナウチノ−イスレドワ−チェルスキ−、ツェントル、ポ、チェフノロギチェスキム、ラゼラム、アカデミ−、ナウク、エスエスエスエル レ−ザ処理装置
JPS63190115A (ja) * 1986-09-20 1988-08-05 Mitsubishi Electric Corp エネルギビ−ム焼入の制御装置
DE3905551C3 (de) * 1989-02-23 1996-09-26 Laser Bearbeitungs Und Beratun Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen mittels Laserstrahl
EP0390551B1 (en) 1989-03-31 1996-07-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Organic electroluminescent device
JPH083123B2 (ja) 1989-10-06 1996-01-17 トヨタ自動車株式会社 レーザ焼入れ方法
DD291717A5 (de) 1990-01-31 1991-07-11 Fz Des Werkzeugmaschinenbaues Chemnitz,De Verfahren zur einstellung definierter lateraler temperaturfelder bei der lasermaterialbearbeitung
DE4018355A1 (de) 1990-06-08 1992-01-09 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken mit laserstrahlung
DE4042349A1 (de) 1990-06-08 1991-12-19 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken mit laserstrahlung
JPH04141522A (ja) 1990-09-29 1992-05-15 Hino Motors Ltd クランクシャフトの油穴部の焼入れ方法
RU2075518C1 (ru) * 1991-01-31 1997-03-20 Михайлов Анатолий Викторович Способ поверхностной термообработки изделий
ES2083164T3 (es) 1991-04-12 1996-04-01 Mordike Barry Leslie Procedimiento para la refundicion por laser de superficies metalicas.
DE4123577C2 (de) 1991-07-13 1996-09-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Laserhärtung von Bauteilen
US5455079A (en) * 1991-07-26 1995-10-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Surface hardening of titanium alloys with melting depth controlled by heat sink
DE4126351A1 (de) 1991-08-09 1993-02-11 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum bearbeiten von werkstueckoberflaechen mit laserstrahlung
DE4142216C2 (de) 1991-12-20 1993-11-18 Volkswagen Ag Verfahren und Anordnung zum Härten von Nutbereichen in einem Bauteil
DE4209938C1 (de) * 1992-03-27 1993-12-02 Mauser Werke Oberndorf Verfahren zum Umschmelzen einer Werkstückoberfläche
JPH0826732B2 (ja) 1992-11-25 1996-03-21 株式会社奥田製作所 観音開き扉の召合せ装置
DE4241592C1 (de) 1992-12-10 1993-11-04 Daimler Benz Ag Anordnung zur veraenderung der geometrischen gestalt eines lichtbuendels mit spiegeln
JP2783490B2 (ja) 1993-02-02 1998-08-06 本田技研工業株式会社 集合ブランク部材の製造方法
CN2152807Y (zh) * 1993-02-03 1994-01-12 武汉轻型汽车制造总厂 半自动可编程控曲轴激光淬火机床
US5705788A (en) 1993-05-19 1998-01-06 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Process for treatment of materials with diode radiation
DE4430220C2 (de) 1994-08-25 1998-01-22 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Steuerung der Laserstrahlintensitätsverteilung auf der Oberfläche zu bearbeitender Bauteile
RU2082774C1 (ru) * 1994-09-29 1997-06-27 Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазертерм" Способ термической обработки коленчатого вала
US5546214A (en) 1995-09-13 1996-08-13 Reliant Technologies, Inc. Method and apparatus for treating a surface with a scanning laser beam having an improved intensity cross-section
EP0822027B2 (de) 1996-08-03 2006-11-15 INPRO Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH Verfahren zum Härten von Werkstückoberflächen mittels Strahlen, insbesondere mittels Laserstrahlen, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE19826508A1 (de) 1998-06-15 1999-12-16 Rockinger Spezial Fab Joh Zugfahrzeug mit gehärteter Sattelplatte, Verfahren zum Härten einer Sattelplatte für ein Zugfahrzeug
DE19853733C1 (de) 1998-11-23 2000-02-24 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur lokal gezielten Wärmebehandlung von Werkstückoberflächen
ATE271617T1 (de) 1999-05-12 2004-08-15 Benteler Werke Ag Verfahren zur herstellung von strukturteilen im automobilbau
GB0024475D0 (en) 2000-10-06 2000-11-22 Perkins Engines Co Ltd Induction hardening of rotational components
US6657160B2 (en) 2001-01-25 2003-12-02 The Regents Of The University Of California Laser peening of components of thin cross-section
DE10118291C5 (de) 2001-04-12 2010-07-22 Sms Elotherm Gmbh Vorrichtung zum Laser-Belichten einer Fläche von metalischen Werkstücken und deren Verwendung
FR2825375B1 (fr) 2001-05-31 2004-04-09 Renault Procede et dispositif de renforcement localise d'une tole de structure
EP1308525A3 (en) * 2001-10-30 2004-01-28 Yamazaki Mazak Kabushiki Kaisha Method of controlling hardening with laser beam and laser beam hardening device
WO2003046230A1 (fr) 2001-11-27 2003-06-05 Kikuchi Co., Ltd. Moulage a la presse, procede de trempe haute frequence associe et systeme de trempe haute frequence associe
US6706998B2 (en) 2002-01-11 2004-03-16 Electro Scientific Industries, Inc. Simulated laser spot enlargement
JP2003231914A (ja) 2002-02-13 2003-08-19 Toyota Motor Corp レーザ焼入れ方法
FR2840628B1 (fr) * 2002-06-05 2004-08-13 Cogifer File de rail comportant un element d'appareil de voie et un troncon de rail soudes sans apport de matiere
JP4179009B2 (ja) * 2002-06-27 2008-11-12 日産自動車株式会社 クランクシャフトの製造方法
US20040108306A1 (en) * 2002-12-06 2004-06-10 Michael Wiezbowski Laser heat treatment of crankshaft fillets
DE10261710B4 (de) 2002-12-30 2011-07-21 Volkswagen AG, 38440 Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Welle
AT412666B (de) * 2003-06-04 2005-05-25 Jenbacher Ag Werkstück, insbesondere kurbelwelle
US20050237895A1 (en) 2004-04-23 2005-10-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
DE102004023579B4 (de) 2004-05-13 2014-04-03 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren zur Wärmebehandlung eines Fügeteils aus hochfestem Stahl
DE102005005141B3 (de) 2005-02-04 2006-06-08 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen Bauteilen
DE112006001394B4 (de) * 2005-06-01 2010-04-08 Phoeton Corp., Atsugi Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren
UA12480U (en) * 2005-07-11 2006-02-15 Malyshev Plant Public Entpr A process for strengthening crankshafts
DE102006031273A1 (de) 2006-07-06 2008-01-10 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum partiellen Härten der Oberfläche eines Bauteils
US20080053384A1 (en) * 2006-08-23 2008-03-06 Nuvonyx, Inc. Piston having diode laser hardened primary compression ring groove and method of making the same
JP5613972B2 (ja) 2006-10-23 2014-10-29 新日鐵住金株式会社 鉄損特性の優れた一方向性電磁鋼板
DE102006050799A1 (de) 2006-10-27 2008-05-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Randschichthärten formkomplizierter Bauteile
JP2008202438A (ja) * 2007-02-17 2008-09-04 Hosei Brake Ind Ltd エンジン用可変バルブタイミング機構
JP2008267598A (ja) 2007-03-23 2008-11-06 Yamaha Motor Co Ltd クランクシャフト、内燃機関、輸送機器およびクランクシャフトの製造方法
DE102007024797A1 (de) 2007-05-26 2008-11-27 Linde + Wiemann Gmbh Kg Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils, Profilbauteil und Verwendung eines Profilbauteils
DE102008020794B4 (de) 2008-02-04 2018-03-29 Volkswagen Ag Verfahren zum Laserhärten von Stahlwerkstücken und dazugehörige Laserhärteanlage
JP5131065B2 (ja) 2008-07-14 2013-01-30 トヨタ自動車株式会社 車両のピラー構造及びその製造方法。
JP4790767B2 (ja) * 2008-07-16 2011-10-12 川崎重工業株式会社 斜板式液圧回転機
JP4575976B2 (ja) 2008-08-08 2010-11-04 アイシン高丘株式会社 局所的加熱装置及び方法
DE102008044523B4 (de) 2008-09-15 2011-06-16 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Warmumformprofile
KR101149728B1 (ko) 2009-07-21 2012-07-09 부산대학교 산학협력단 차량용 멤버 제작방법
ES2704643T3 (es) 2009-09-21 2019-03-19 Aperam Acero inoxidable con variaciones locales de resistencia mecánica
DE102009057390A1 (de) 2009-12-08 2011-05-19 Daimler Ag Verfahren zum Härten eines Bauteils sowie Bauteil
ES2345029B1 (es) 2010-04-19 2011-07-18 Autotech Engineering, Aie Componente estructural de un vehiculo y procedimiento de fabricacion.
DE102010035195A1 (de) 2010-08-24 2012-03-01 Volkswagen Ag Profilbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils
WO2012026578A1 (ja) 2010-08-26 2012-03-01 新日本製鐵株式会社 衝撃吸収部材
JP5310950B2 (ja) 2010-08-26 2013-10-09 新日鐵住金株式会社 衝撃吸収部材
DE102010048645A1 (de) 2010-10-15 2012-04-19 Daimler Ag Vorrichtung und Verfahren zur Wärmebehandlung einer Bauteiloberfläche
DE102010049330A1 (de) 2010-10-22 2012-04-26 Sitech Sitztechnik Gmbh Schienenprofil mit gezielt eingestellten laserverfestigten Bereichen
US20120156020A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-21 General Electric Company Method of repairing a transition piece of a gas turbine engine
JP5771399B2 (ja) * 2011-01-11 2015-08-26 富士重工業株式会社 クランクシャフトへの焼入方法及びそのクランクシャフト
DE102011101991B3 (de) 2011-05-19 2012-08-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Wärmebehandlung von härtbaren Blechbauteilen
US20120312159A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Caterpillar Inc. Machine component with a cavitation resistant covering
EP2570205A1 (de) 2011-09-15 2013-03-20 Dieter Uschkoreit Werkzeug zum Warmumformen und Härten einer Blechplatine
DE102011054866A1 (de) 2011-10-27 2013-05-02 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Kraftfahrzeugkarosseriebauteils sowie Kraftfahrzeugkarosseriebauteil
DE102011118285A1 (de) 2011-11-10 2012-08-09 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung eines Kraftwagenbauteils und Kraftwagenbauteil
CA2884465C (en) 2012-09-06 2022-11-08 Etxe-Tar, S.A. Method and system for laser hardening of a surface of a workpiece
EP2716615A1 (en) * 2012-10-04 2014-04-09 Construction Research & Technology GmbH Hydraulic composition
JP2016503348A (ja) 2012-11-30 2016-02-04 ディレクトフォトニクス インダストリーズ ゲーエムベーハーＤｉｒｅｃｔｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｇｍｂｈ レーザ加工装置及びレーザ加工方法
CN103215411B (zh) 2013-02-06 2015-07-08 武汉新瑞达激光工程有限责任公司 一种激光淬火方法及装置
DE102013008494A1 (de) 2013-05-18 2014-03-27 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung eines metallischen Blechbauteils und Pressenlinie
CN103290176B (zh) 2013-05-20 2015-08-26 华中科技大学 一种多次辐照激光淬火方法及装置
CN103484653B (zh) 2013-09-04 2015-09-09 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 环形激光冲击强化紧固孔的装置和方法
WO2015087349A1 (en) 2013-12-13 2015-06-18 Tata Steel Limited Multi-track laser surface hardening of low carbon cold rolled closely annealed (crca) grades of steels
US20170182918A1 (en) 2014-05-23 2017-06-29 Johnson Controls Technology Company In-process laser hardening/forming of vehicle seat structures and components
WO2016146646A1 (en) 2015-03-17 2016-09-22 Ikergune A.I.E. Method and system for heat treatment of sheet metal
CN111385053B (zh) 2018-12-29 2022-11-08 中兴通讯股份有限公司 数据的收发、波长的配置方法及装置、无线接入系统及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
US11898214B2 (en) 2024-02-13
RU2661131C2 (ru) 2018-07-11
EP2893048A2 (en) 2015-07-15
MX344776B (es) 2017-01-06
JP2015532686A (ja) 2015-11-12
GB2534056A (en) 2016-07-13
GB2520214B (en) 2017-05-03
US20190002997A1 (en) 2019-01-03
KR20210013308A (ko) 2021-02-03
GB201603876D0 (en) 2016-04-20
GB2520214A (en) 2015-05-13
CN104822849B (zh) 2017-05-17
CN104822849A (zh) 2015-08-05
DE112013004368B4 (de) 2017-08-03
EP2893048B1 (en) 2023-09-27
DE112013004368T5 (de) 2015-06-25
WO2014037281A2 (en) 2014-03-13
BR112015004891A2 (pt) 2017-07-04
JP2017150079A (ja) 2017-08-31
KR102299377B1 (ko) 2021-09-08
CA2884465C (en) 2022-11-08
US20150211083A1 (en) 2015-07-30
JP6538558B2 (ja) 2019-07-03
MX2015003041A (es) 2015-07-14
GB2534056B (en) 2017-04-19
CA3126217C (en) 2022-04-26
KR102211009B1 (ko) 2021-02-03
CA3126217A1 (en) 2014-03-13
US10961597B2 (en) 2021-03-30
BR112015004891B1 (pt) 2019-09-17
WO2014037281A3 (en) 2014-06-26
MX368291B (es) 2019-09-26
US10138528B2 (en) 2018-11-27
JP6614555B2 (ja) 2019-12-04
RU2015111857A (ru) 2016-11-10
BR122016020176A2 (pt) 2019-08-27
BR122016020176B1 (pt) 2021-07-06
JP2018053364A (ja) 2018-04-05
DE112013004368B8 (de) 2018-01-25
US20210214814A1 (en) 2021-07-15
KR20150054901A (ko) 2015-05-20
CA2884465A1 (en) 2014-03-13
GB201503822D0 (en) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2968672T3 (es) Método y sistema para el endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo
ES2849573T3 (es) Método y sistema para el endurecimiento por láser de una superficie de una pieza de trabajo
ES2770827T3 (es) Método y aparato para el tratamiento térmico de un material ferroso utilizando un haz de energía
ES2761807T3 (es) Método y sistema para el tratamiento térmico de chapa metálica
ES2962733T3 (es) Método y sistema de calentamiento usando un haz de energía