JP2019214770A - Surface hardening treatment method for metal work - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、レーザを利用した金属製ワークの表面硬化処理方法に関する。 The present invention relates to a method for surface hardening a metal work using a laser.
例えば、自動車部品のカムシャフトや、工作機械のボールネジ、主軸といった鋼材製の軸系ワークの場合、機械的強度や耐摩耗性等が要求される部分に対して、表面硬化処理を施すことが一般的に行われている。 For example, in the case of a shaft work made of steel, such as a camshaft of an automobile part, a ball screw of a machine tool, or a main shaft, a surface hardening treatment is generally performed on a portion requiring mechanical strength and wear resistance. It is being done.
このような表面硬化処理の一つとして、レーザによる焼入れが挙げられる。レーザ焼入れは、鋼材等よりなるワークの表面の硬化処理すべき領域にレーザ光を短時間照射することにより、照射箇所を変態点以上の温度まで加熱してオーステナイト化させた後、自己冷却、すなわち、ワーク内部への熱拡散によって急冷させることにより、ワークの表層部を焼入れ組織(マルテンサイト組織)にするものである(例えば、下記の特許文献1参照)。
このレーザ焼入れによる表面硬化処理は、一般に大気中で行うことができ、また、冷却装置や冷却材が不要であり、さらに、複雑な形状の部品への適用や、極小部品、深溝、穴側面、穴底面への処理が可能であるといった点で有利である。
しかしながら、一般的なレーザ焼入れの場合、高周波焼入れやその他の熱硬化処理に比べて、十分な硬化層深さが得られず、硬化処理を行っても負荷可能な荷重が限られるといった問題があった。
One of such surface hardening treatments is quenching by laser. Laser quenching is performed by irradiating a laser beam to a region to be hardened on the surface of a work made of steel or the like for a short time, heating the irradiated portion to a temperature equal to or higher than the transformation point to austenite, and then self-cooling, that is, The surface layer of the work is quenched (martensite structure) by rapid cooling by heat diffusion into the inside of the work (for example, see
This surface hardening treatment by laser quenching can generally be performed in the atmosphere, and does not require a cooling device or a cooling material.Furthermore, it can be applied to parts having complicated shapes, and can be applied to extremely small parts, deep grooves, hole side surfaces, This is advantageous in that processing on the bottom of the hole is possible.
However, in the case of general laser quenching, there is a problem in that a sufficient hardened layer depth cannot be obtained as compared with induction hardening or other heat hardening treatments, and the load that can be applied even when the hardening treatment is performed is limited. Was.
そこで、十分な硬化層深さが得られる硬化処理方法として、金属製ワークの表面を部分的に溶融させて硬化層を形成する再溶融硬化処理が知られている。例えば、下記の特許文献2には、レーザを利用した再溶融硬化処理方法が開示されている。
図9〜図11を参照して上記方法を説明すると、まず、図9に示すように、金属製ワーク(100)表面の硬化処理すべき領域(101)に、同領域(101)に対して所定速度で所定方向に相対移動するレーザ発振器(図示略)からレーザ光(3)を照射する。
上記領域(101)のうちレーザ光が照射された箇所は、変態点以上の温度まで加熱させられてワーク(100)表面側が溶融させられ、レーザ発振器が通過してレーザ光の照射が終了すると、自己冷却により急冷させられ、それによって、図10に示すように、溶融再凝固層(102a)とその下層側の焼入れ硬化層(102b)とよりなる硬化層(102)が形成される。溶融再凝固層(102a)では、溶融後に再凝固する過程で金属組織の粒径が小さくなり、それによって硬度が増大する。
ここで、ワーク(100)表面側の溶融再凝固層(102a)は、その中央部が山形に隆起するとともに、その両脇部が凹状に欠肉している。これは、溶融した金属が表面張力により膨張する等して大きく変形し、そのままの状態で急冷して再凝固することによるものである。
そのため、仕上げ工程として、硬化処理されたワーク(100)表面の領域(101)に研削加工を施して、図11に示すように、ワーク(100)表面をフラットな状態にしている。仕上げ加工(研削加工)すべき量は、図10に符号(103)で示す通り、比較的大きくなる。こうして得られた硬化層(102)は、一般的なレーザ焼入れによるものと比べて、より大きな深さが得られる。
Therefore, as a curing treatment method capable of obtaining a sufficient cured layer depth, a re-melt curing treatment of forming a cured layer by partially melting the surface of a metal work is known. For example,
The method will be described with reference to FIGS. 9 to 11. First, as shown in FIG. 9, a region (101) to be hardened on the surface of the metal work (100) is A laser beam (3) is emitted from a laser oscillator (not shown) that relatively moves in a predetermined direction at a predetermined speed.
In the area (101), the portion irradiated with the laser beam is heated to a temperature equal to or higher than the transformation point, the surface of the work (100) is melted, and the laser oscillator passes and the laser beam irradiation is completed. It is quenched by self-cooling, thereby forming a hardened layer (102) composed of a molten re-solidified layer (102a) and a quenched hardened layer (102b) below it, as shown in FIG. In the molten re-solidified layer (102a), the grain size of the metal structure becomes smaller in the process of re-solidification after melting, thereby increasing the hardness.
Here, the molten re-solidified layer (102a) on the surface side of the work (100) has a central portion protruding in a chevron shape, and both sides thereof are concavely underfilled. This is due to the fact that the molten metal is greatly deformed due to expansion due to surface tension or the like, and is rapidly cooled and solidified again as it is.
Therefore, as a finishing step, a region (101) on the surface of the hardened work (100) is subjected to grinding to make the surface of the work (100) flat as shown in FIG. The amount to be finished (ground) is relatively large, as indicated by reference numeral (103) in FIG. The hardened layer (102) thus obtained has a greater depth than that obtained by general laser hardening.
しかしながら、上述したレーザによる再溶融硬化処理の場合、溶融した金属の表面張力による膨張等の変形が大きくなるため、硬化処理後のワーク表面の仕上げ加工量が多くなり、加工時間的に不利である。また、溶融による変形が大きすぎる場合、仕上げ加工での調整作業が増大する上、不良品の点数も増加してしまうという問題があった。 However, in the case of the above-described remelting and hardening treatment by laser, deformation such as expansion due to the surface tension of the molten metal increases, so that the amount of finish processing of the work surface after the hardening treatment increases, which is disadvantageous in processing time. . Further, when the deformation due to melting is too large, there is a problem that the adjustment work in the finishing processing increases and the number of defective products also increases.
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、レーザによる金属製ワークの表面硬化処理方法として、十分な硬化層深さが得られる上、硬化処理後にフラットな表面形状が得られる方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a sufficient hardened layer depth and a flat surface shape after the hardening process as a surface hardening method of a metal work using a laser. It is intended to provide a way.
この発明は上記の目的を達成するために、以下の態様からなる。 The present invention has the following aspects to attain the object mentioned above.
1)金属製ワークの表面における硬化処理すべき所定領域に、前記所定領域に対して所定速度で相対移動するレーザ光照射源からレーザ光を照射して、前記所定領域を加熱溶融させた後、自己冷却させることにより、前記所定領域に硬化層を形成する金属製ワークの表面硬化処理方法であって、
前記所定領域に、前記レーザ光照射源の相対移動方向に沿ってのびる1つまたは互いに隣接して平行に並ぶ複数の溝を予め形成しておくことを含んでいる、金属製ワークの表面硬化処理方法。
1) irradiating a laser beam from a laser light irradiation source relatively moving at a predetermined speed to the predetermined region on the surface of the metal workpiece to be subjected to the hardening treatment, and heating and melting the predetermined region; By self-cooling, a method of surface hardening treatment of a metal work that forms a hardened layer in the predetermined area,
A surface hardening process for a metal work, which includes forming in advance in the predetermined area one or more grooves extending in parallel with each other in the direction of relative movement of the laser light irradiation source. Method.
2)前記溝を横断面略V形の溝とする、上記1)の金属製ワークの表面硬化処理方法。 2) The method of 1) above, wherein the groove is a groove having a substantially V-shaped cross section.
3)前記横断面略V形の溝を、溝角度が90°以下であって、2つの溝側面それぞれのレーザ照射方向に対する角度が45°以下であるものとする、上記2)の金属製ワークの表面硬化処理方法。 3) The metal work of the above 2), wherein the groove having the substantially V-shaped cross section has a groove angle of 90 ° or less and an angle of each of the two groove side surfaces with respect to the laser irradiation direction is 45 ° or less. Surface hardening treatment method.
4)前記溝を横断面略円弧形の溝とする、上記1)の金属製ワークの表面硬化処理方法。 4) The method of 1) above, wherein the groove is a groove having a substantially circular cross section.
5)前記溝を0.5〜1.5mmの溝深さを有するものとする、上記1)〜4)のいずれか1つの金属製ワークの表面硬化処理方法。 5) The surface hardening method for a metal work according to any one of 1) to 4) above, wherein the groove has a groove depth of 0.5 to 1.5 mm.
6)前記所定領域のうち前記レーザ光の照射による溶融の程度が他の部分と比べて相対的に大きい所定の一部のみに、前記溝を予め形成しておく、上記1)〜5)のいずれか1つの金属製ワークの表面硬化処理方法。 6) The groove is formed in advance only in a predetermined part of the predetermined area where the degree of melting by the laser beam irradiation is relatively large as compared with other parts. A surface hardening method for any one of the metal workpieces.
上記1)の金属製ワークの表面硬化処理方法にあっては、金属製ワークの表面における硬化処理すべき所定領域にレーザ光が照射されて十分な熱量が加えられると、その表面に近い部分、すなわち1つの溝が予め形成されている場合は同溝の開口縁に近い部分、複数の溝が予め形成されている場合は隣接する溝どうしの間の山状部分から先に溶融し、同部分の溶融した金属が溝の底部側へ指向性をもって流れ込む。そのため、レーザ照射源が通過した後、自己冷却によって溶融部分が再凝固した状態では、上記領域には、図10に示す従来技術のような大きな変形は見られず、ほぼフラットな表面形状となる。
したがって、上記1)の方法によれば、金属製ワークの表面硬化処理後の仕上げ加工が容易となり、工数を軽減することができる上、得られる硬化層の深さは十分かつ表面からより均一なものとなるため、性能上優れた製品を得ることができる。
In the method for surface hardening of a metal work of the above 1), when a predetermined area on the surface of the metal work to be hardened is irradiated with a laser beam and a sufficient amount of heat is applied, a portion close to the surface, That is, when one groove is formed in advance, a portion close to the opening edge of the groove, and when a plurality of grooves are formed in advance, a mountain-shaped portion between adjacent grooves is melted first, and the same portion is melted. Molten metal flows into the bottom of the groove with directivity. Therefore, after the laser irradiation source passes, in a state where the melted portion is re-solidified by self-cooling, the above-mentioned region does not show a large deformation unlike the prior art shown in FIG. 10 and has a substantially flat surface shape. .
Therefore, according to the above method 1), the finishing work after the surface hardening treatment of the metal work becomes easy, the number of steps can be reduced, and the depth of the obtained hardened layer is sufficient and more uniform from the surface. Therefore, a product excellent in performance can be obtained.
上記2)の金属製ワークの表面硬化処理方法によれば、ワーク表面の所定領域に予め形成される溝を横断面略V形の溝とするので、硬化処理後のワークの表面形状がフラットなものとなりやすい。 According to the surface hardening method of the metal work of the above 2), the groove formed in a predetermined region of the work surface is a groove having a substantially V-shaped cross section, so that the surface shape of the hardened work is flat. Easy to become things.
上記3)の金属製ワークの表面硬化処理方法によれば、ワーク表面の所定領域に予め形成される横断面略V形の溝を、溝角度が90°以下であって、2つの溝側面それぞれのレーザ照射方向に対する角度が45°以下であるものとするので、溝の一方の側面に照射されたレーザ光の反射光が、溝の他方の側面に照射され易くなり、したがって、反射による損失が軽減されて、ワークへの入熱量が増大し、より少ないレーザ出力での処理が可能となる。 According to the surface hardening method of the metal work of the above 3), the groove having a substantially V-shaped cross section formed in a predetermined region of the work surface is formed at a groove angle of 90 ° or less and each of the two groove side surfaces. Since the angle with respect to the laser irradiation direction is 45 ° or less, the reflected light of the laser light applied to one side of the groove is easily irradiated to the other side of the groove, and therefore, the loss due to reflection is reduced. As a result, the amount of heat input to the work increases, and processing with a lower laser output becomes possible.
上記4)の金属製ワークの表面硬化処理方法によれば、ワーク表面の所定領域に予め形成される溝を横断面略円弧形の溝とするので、硬化処理後のワークの表面形状がフラットなものとなりやすい。 According to the surface hardening method of the metal work of the above 4), the groove formed in advance in the predetermined region of the work surface is a substantially arc-shaped groove in cross section, so that the surface shape of the hardened work is flat. It is easy to become something.
上記5)の金属製ワークの表面硬化処理方法によれば、ワーク表面の所定領域に予め形成される溝の溝深さを0.5mm以上とすることにより、上記領域がレーザ光の照射により溶融されて平坦な状態になるまでの時間が十分に確保され、したがって、十分な焼入れ深さが得られ、かつ、溝深さを1.5mm以下とすることにより、上記領域をレーザ光の照射により溶融させて平坦にするために必要な熱量が多くなり過ぎない。 According to the method of 5) for hardening the surface of the metal work, the depth of the groove formed in advance in the predetermined area of the work surface is set to 0.5 mm or more, so that the area is melted by laser light irradiation. The time required for the surface to be flattened is sufficiently secured. Therefore, a sufficient quenching depth is obtained, and the groove depth is set to 1.5 mm or less. The amount of heat required for melting and flattening does not become too large.
上記6)の金属製ワークの表面硬化処理方法によれば、金属製ワークの表面の所定領域のうちレーザ光の照射による溶融の程度が他の部分と比べて相対的に大きい所定の一部のみに、前記溝を予め形成しておくことにより、自己冷却により溶融部分が再凝固した後の所定領域がよりフラットな表面形状となり、上記1)の方法について言及した前記効果がより一層顕著に奏される。 According to the surface hardening method of the metal work of the above 6), only a predetermined part of the predetermined area of the surface of the metal work, the degree of melting due to the irradiation of the laser beam, is relatively larger than other parts. In addition, by forming the grooves in advance, the predetermined area after the re-solidification of the molten portion by self-cooling has a flatter surface shape, and the above-mentioned effect described in the above method 1) is more remarkably exhibited. Is done.
以下、この発明の実施形態を、図1〜図8を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[第1の実施形態]
図1〜図5は、この発明の第1の実施形態を示すものである。
図1に示すように、この実施形態は、鋼製ワーク(1)の所定の面(10)に、この発明による硬化処理方法によって、硬化層を形成するものである。
ワーク(1)の硬化処理すべき面(被硬化処理領域)(10)の上方には、レーザ発振器(レーザ照射源)(2)が対向状に配置されている。レーザ発振器(2)は、図示しない送り装置によって、ワーク(1)の被硬化処理面(10)の長さ方向に沿う所定方向(A)に所定速度で相対移動させられるようになっている。レーザ発振器(2)としては、エネルギー分布が矩形形状のものが使用されている。
[First Embodiment]
1 to 5 show a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in this embodiment, a hardened layer is formed on a predetermined surface (10) of a steel work (1) by a hardening treatment method according to the present invention.
Above a surface (a region to be cured) (10) of the work (1) to be subjected to a curing process, a laser oscillator (laser irradiation source) (2) is arranged in an opposed manner. The laser oscillator (2) is relatively moved at a predetermined speed in a predetermined direction (A) along the length direction of the hardened surface (10) of the work (1) by a feeding device (not shown). As the laser oscillator (2), one having a rectangular energy distribution is used.
ワーク(1)の被硬化処理面(10)には、その長さ方向に沿ってのびる複数の溝(11)が互いに隣接して平行に並ぶように予め形成されている。これらの溝(11)の形成手段は特に限定されないが、例えばワーク(1)が軸系のものであれば、旋盤の突っ切りバイト等を使用してワーク(1)表面を切削加工することにより形成することができる。
ワーク(1)の被硬化処理面(10)に形成される複数の溝(11)は、図2に詳しく示すように、横断面V形の溝よりなる。各溝(11)は、溝角度(B)が90°以下であって、2つの溝側面(11a)(11b)それぞれのレーザ光(3)照射方向に対する角度(B1)(B2)が45°以下となされている。また、各溝(11)の溝深さ(C)は、0.5〜1.5mmとなされている。
なお、図示は省略したが、形成する溝の数は、ワークの被硬化処理領域のサイズ等によって適宜設定され、場合によっては1つでもよい。
A plurality of grooves (11) extending in the longitudinal direction are formed in advance on the surface (10) of the work (1) to be hardened so as to be adjacent to and parallel to each other. The means for forming these grooves (11) is not particularly limited.For example, if the work (1) is of an axial type, the work (1) is formed by cutting the surface of the work (1) using a parting tool of a lathe or the like. can do.
The plurality of grooves (11) formed on the surface (10) of the workpiece (1) to be cured are formed of V-shaped cross sections as shown in detail in FIG. Each groove (11) has a groove angle (B) of 90 ° or less, and the angles (B1) and (B2) of the two groove side surfaces (11a) and (11b) with respect to the irradiation direction of the laser light (3) are 45 °. It is as follows. The groove depth (C) of each groove (11) is set to 0.5 to 1.5 mm.
Although not shown, the number of grooves to be formed is appropriately set depending on the size of the hardened region of the work, and may be one in some cases.
そして、レーザ発振器(2)を所定速度で図1の符号(A)で示す方向に相対移動させながら、ワーク(1)の被硬化処理面(10)に対して、レーザ発振器(2)からレーザ光(3)を90°の角度で照射させる。この際、レーザ発振器(2)の移動速度および照射するレーザ光(3)の出力等については、所望の硬化層が得られるように適宜設定しておく。
レーザ光(3)が照射されると、ワーク(1)の被硬化処理面(10)は、レーザ光(3)のエネルギーによって変態点以上の温度まで加熱される。特に、この実施形態では、図2に示すように、被硬化処理面(10)に形成された各溝(11)の一方の溝側面(11a)に照射されたレーザ光(3)が、反射して他方の溝側面(11b)に照射されるので、レーザ光(3)の照射による加熱が効率的に行われる。
Then, while relatively moving the laser oscillator (2) at a predetermined speed in the direction indicated by the symbol (A) in FIG. 1, the laser oscillator (2) moves the laser beam from the laser oscillator (2) to the hardened surface (10) of the work (1). Light (3) is irradiated at an angle of 90 °. At this time, the moving speed of the laser oscillator (2), the output of the laser beam (3) to be irradiated, and the like are appropriately set so as to obtain a desired cured layer.
When the laser beam (3) is irradiated, the surface (10) to be cured of the work (1) is heated to a temperature equal to or higher than the transformation point by the energy of the laser beam (3). In particular, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the laser light (3) applied to one groove side surface (11a) of each groove (11) formed on the surface to be cured (10) is reflected. Then, the other groove side surface (11b) is irradiated, so that the heating by the irradiation of the laser beam (3) is efficiently performed.
レーザ光(3)の照射によって加熱されると、ワーク(1)の被硬化処理面(10)は、その表面に近い部分、すなわち、隣接する溝(11)どうしの間の山状部分から先に溶融していく。同部分の溶融した金属(鋼)は、各溝(11)の底部側へと指向性を持って流動する。
そして、レーザ発振器(2)が通過してレーザ光(3)の照射が終了すると、被硬化処理面(10)の照射箇所(10a)が、自己冷却、すなわち、ワーク(1)内部への熱拡散によって急冷させられる。これにより、図3に示すように、ワーク(1)の被硬化処理面(10)に、溶融再凝固層(121)とその下層側の焼入れ硬化層(122)とよりなる硬化層(12)が形成される。溶融再凝固層(121)は、その両端部がやや隆起しているが、その他の部分はほぼフラットな表面形状を有するものとなされている。
When heated by the irradiation of the laser beam (3), the surface (10) of the workpiece (1) to be hardened is closer to the surface, that is, from the mountain-like portion between the adjacent grooves (11). It melts. The molten metal (steel) in the same portion flows with directivity toward the bottom of each groove (11).
Then, when the laser oscillator (2) passes and the irradiation of the laser beam (3) is completed, the irradiated portion (10a) of the surface to be cured (10) is self-cooled, that is, heat applied to the inside of the work (1). Quenched by diffusion. As a result, as shown in FIG. 3, a hardened layer (12) composed of a molten re-solidified layer (121) and a quenched hardened layer (122) below the hardened layer (121) is formed on the hardened surface (10) of the work (1). Is formed. The molten re-solidified layer (121) has slightly raised both end portions, but the other portions have a substantially flat surface shape.
最後に、仕上げ工程として、硬化処理されたワーク(1)表面の硬化領域(10)に研削加工を施して、図4に示すように、ワーク(1)表面をフラットな状態とする。仕上げ加工(研削加工)すべき量は、図3に符号(4)で示す通りであって、図10に示す従来技術の場合の仕上げ加工量(103)と比べて大幅に軽減される。
こうして得られた硬化層(12)は、図11に示す従来技術の方法により得られた硬化層(102)と比べて、より一層十分な深さが得られる上、表面からの深さもほぼ均一したものとなる。
よって、この実施形態の表面硬化処理方法によれば、ワークの被硬化処理面(10)に対して、所望の機械的強度や耐摩耗性等を付与することができ、優れた性能を有する製品が得られる。
Finally, as a finishing step, the hardened region (10) on the surface of the hardened workpiece (1) is subjected to grinding to make the surface of the workpiece (1) flat as shown in FIG. The amount of finishing (grinding) to be performed is as shown by reference numeral (4) in FIG. 3, and is greatly reduced as compared with the amount of finishing (103) in the case of the conventional technique shown in FIG.
The hardened layer (12) obtained in this way has a more sufficient depth than the hardened layer (102) obtained by the method of the prior art shown in FIG. 11, and has a substantially uniform depth from the surface. It will be.
Therefore, according to the surface hardening treatment method of this embodiment, it is possible to impart desired mechanical strength, abrasion resistance, and the like to the hardened surface (10) of the work, and the product has excellent performance. Is obtained.
図5は、ワークの被硬化処理面(10)に予め形成される溝の変形例を示したものである。同図に示す溝(11X)は、横断面円弧形の溝よりなる。また、上記溝(11X)の溝深さ(C)は、図2に示す横断面V形の溝(11)の場合と同様である。
そして、上記のような横断面円弧形の複数の溝(11X)をワーク(1)の被硬化処理面(10)に予め形成した場合においても、横断面V形の溝(11)を形成した前述の場合と同様の作用効果が奏される。
FIG. 5 shows a modified example of a groove formed in advance on the surface to be hardened (10) of the work. The groove (11X) shown in the figure is a groove having a circular cross section. The groove depth (C) of the groove (11X) is the same as that of the V-shaped groove (11) shown in FIG.
And, even when a plurality of grooves (11X) having a circular cross section as described above are previously formed on the hardened surface (10) of the work (1), the grooves (11) having a V-shaped cross section are formed. The same operation and effect as in the above-described case are exerted.
[第2の実施形態]
図6〜図8は、この発明の第2の実施形態を示すものである。
この実施形態による金属製ワークの硬化処理方法では、図6に示すように、鋼等の金属製ワーク(1)の表面における硬化処理すべき領域(被硬化処理領域)(10)のうち所定の一部、すなわち、レーザ光(3)の照射による溶融の程度が他の部分と比べて相対的に大きい部分(10X)のみに、溝(11)を予め形成しておく。溝(11)の形状やサイズ等は、第1の実施形態と同じである。
被硬化処理領域(10)は、レーザ発振器(2)の相対移動方向(図1参照)に沿う長さを有しているとともに、同相対移動方向と直交する方向に沿う幅(W1)を有している。
溝(11)が予め形成される部分(10X)は、被硬化処理領域(10)の幅(W1)の一部分、具体的には、幅(W1)の両端部を除く中間部分となされている。好ましくは、溝(11)が予め形成される部分(10X)は、被硬化処理領域(10)の幅(W1)の50%程度の幅(W2)を有するものとなされ、また、被硬化処理領域(10)の幅(W1)の中心位置から両端に向かって等距離だけ離れた位置までの範囲となされる。
[Second Embodiment]
6 to 8 show a second embodiment of the present invention.
In the method for hardening a metal work according to this embodiment, as shown in FIG. 6, a predetermined region (a region to be hardened) (10) to be hardened on the surface of a metal work (1) made of steel or the like. The groove (11) is formed in advance only in a part, that is, only in a part (10X) where the degree of melting by the irradiation of the laser beam (3) is relatively large as compared with other parts. The shape and size of the groove (11) are the same as those of the first embodiment.
The hardened region (10) has a length along the relative movement direction of the laser oscillator (2) (see FIG. 1) and a width (W1) along a direction orthogonal to the relative movement direction. are doing.
The portion (10X) where the groove (11) is formed in advance is a part of the width (W1) of the region to be cured (10), specifically, an intermediate portion excluding both ends of the width (W1). . Preferably, the portion (10X) in which the groove (11) is formed in advance has a width (W2) of about 50% of the width (W1) of the region to be cured (10). The range from the center position of the width (W1) of the region (10) to a position equidistant toward both ends is set.
そして、ワーク(1)の被硬化処理領域(10)にレーザ発振器(図示略)からレーザ光(3)を照射すると、被硬化処理領域(10)は、その表面に近い部分から先に溶融していく。特に、被硬化処理領域(10)のうち溝(11)が予め形成されている幅中間部分(10X)では、レーザ発振器から照射されるレーザ光(3)のエネルギー分布等により、両端部分と比べて溶融の程度が大きくなり、隣接する溝(11)どうしの間の山状部分の溶融した金属(鋼)が、各溝(11)の底部側へと指向性を持って流動する。
レーザ発振器が通過してレーザ光(3)の照射が終了すると、被硬化処理領域(10)の照射箇所が、自己冷却によって急冷させられる。これにより、図7に示すように、ワーク(1)の被硬化処理領域(10)に、溶融再凝固層(121)とその下層側の焼入れ硬化層(122)とよりなる硬化層(12)が形成される。この実施形態では、上記の通り、溝(11)を予備形成する部分(10X)が被硬化処理領域(10)のうち所定の一部のみとなされているため、第1の実施形態と比べて、溶融再凝固層(121)の両端部の隆起の程度がより小さくなり、ほぼフラットな表面形状を有する部分の割合がより大きくなっている。
Then, when a laser beam (3) is irradiated from a laser oscillator (not shown) to the hardened area (10) of the work (1), the hardened area (10) melts first from a portion close to the surface. To go. In particular, in the middle width portion (10X) where the groove (11) is formed in advance in the hardened region (10), the energy distribution of the laser light (3) emitted from the laser oscillator and the like make it possible to compare with the both end portions. As a result, the degree of melting increases, and the molten metal (steel) in the mountain-like portion between the adjacent grooves (11) flows with directivity toward the bottom side of each groove (11).
When the irradiation of the laser beam (3) is completed after passing through the laser oscillator, the irradiated portion of the hardened region (10) is rapidly cooled by self-cooling. As a result, as shown in FIG. 7, a hardened layer (12) composed of a molten re-solidified layer (121) and a quenched hardened layer (122) below the hardened layer (121) is formed in the hardened area (10) of the work (1). Is formed. In this embodiment, as described above, the portion (10X) in which the groove (11) is preformed is only a predetermined part of the hardened region (10), and therefore, compared to the first embodiment. On the other hand, the degree of protrusion at both ends of the molten re-solidified layer (121) is smaller, and the proportion of the portion having a substantially flat surface shape is larger.
その後、仕上げ工程として、硬化処理されたワーク(1)表面の硬化領域(10)に研削加工を施して、図8に示すように、ワーク(1)表面をフラットな状態とする。仕上げ加工量は、図7に符号(4X)で示す通りであって、図10に示す従来技術の場合の仕上げ加工量(103)と比べて大幅に軽減され、また、図4に示す第1の実施形態の場合の仕上げ加工量(4)よりも更に少なくなっている。 Thereafter, as a finishing step, the hardened region (10) on the surface of the hardened work (1) is subjected to grinding to make the surface of the work (1) flat as shown in FIG. The finishing amount is as indicated by reference numeral (4X) in FIG. 7, and is greatly reduced as compared with the finishing amount (103) in the case of the prior art shown in FIG. 10, and the first processing amount shown in FIG. In this embodiment, the finishing amount (4) is even smaller.
この発明は、例えば自動車部品のカムシャフトや工作機械のボールネジ、主軸等の金属製ワークを表面硬化処理するための手段として、好適に用いられる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitably used as a means for surface hardening a metal work such as a camshaft of an automobile part, a ball screw of a machine tool, and a main shaft.
(1):ワーク
(10):被硬化処理面、被硬化処理領域、硬化領域
(10X):被硬化処理領域のうち溝を予め形成する部分
(11)(11X):溝
(11a)(11b):溝側面
(12):硬化層
(121):溶融再凝固層
(122):焼入れ硬化層
(2):レーザ発振器(レーザ照射源)
(3):レーザ光
(4)(4X):研削加工量
(A):レーザ発振器の相対移動方向
(B):溝角度
(B1):一方の溝側面のレーザ光に対する角度
(B2):他方の溝側面のレーザ光に対する角度
(C):溝深さ
(1): Work
(10): Hardened surface, hardened area, hardened area
(10X): a part of the hardened area where a groove is to be formed
(11) (11X): Groove
(11a) (11b): Groove side
(12): Hardened layer
(121): Melt re-solidified layer
(122): Hardened hardened layer
(2): Laser oscillator (laser irradiation source)
(3): Laser light
(4) (4X): Grinding amount
(A): Relative movement direction of laser oscillator
(B): Groove angle
(B1): Angle of one groove side surface to laser light
(B2): Angle of the other groove side surface with respect to laser light
(C): Groove depth
Claims (6)
前記所定領域に、前記レーザ光照射源の相対移動方向に沿ってのびる1つまたは互いに隣接して平行に並ぶ複数の溝を予め形成しておくことを含んでいる、金属製ワークの表面硬化処理方法。 A predetermined area on the surface of the metal work to be hardened is irradiated with a laser beam from a laser light irradiation source relatively moving at a predetermined speed with respect to the predetermined area, and the predetermined area is heated and melted. By performing the method, a surface hardening treatment method of a metal work for forming a hardened layer in the predetermined region,
A surface hardening process for a metal work, which includes forming in advance in the predetermined area one or more grooves extending in parallel with each other in the direction of relative movement of the laser light irradiation source. Method.
6. The groove according to claim 1, wherein the groove is formed in advance only in a predetermined part of the predetermined area, the degree of melting due to the irradiation of the laser beam being relatively larger than other parts. 7. The surface hardening method for a metal work according to any one of the first to third aspects.
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