JPH08291322A - Laser hardening method - Google Patents

Laser hardening method

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JPH08291322A
JPH08291322A JP11657795A JP11657795A JPH08291322A JP H08291322 A JPH08291322 A JP H08291322A JP 11657795 A JP11657795 A JP 11657795A JP 11657795 A JP11657795 A JP 11657795A JP H08291322 A JPH08291322 A JP H08291322A
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JP
Japan
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laser
laser beam
workpiece
quenching
hardening
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JP11657795A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimi Nakayama
好巳 中山
Mitsuru Sano
充 佐野
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JATCO Corp
Original Assignee
JATCO Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To easily harden a metallic material by specifying the quality and surface roughness of the material to be treated, the wave length of laser beam, etc., respectively, at the time of applying laser hardening to the metallic material having ruggedness in its surface. CONSTITUTION: A member 6 made of cast iron, having ruggedness of >=1.2μm surface roughness Ra, is placed on a turntable 2. While turning the turntable 2, the part P, to be hardened, of a spline 6a of the member 6 to be treated is irradiated with a laser beam B, emitted from a laser hardening machine A consisting of a laser generator 4, an optical fiber 5 for laser beam transmission, and a condenser lens unit 3 and reflected by a reflecting means 7, to undergo hardening. At this time, the carbon content and surface roughness Ra of the work to be treated are regulated, respectively, to >=2.1% and >=1.2μm and also the wavelength of the laser beam B is regulated to <=1.06μm, by which a hardened layer of uniform thickness, having excellent laser beam absorptivity, can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、歯車やスプライン孔等
のような表面に凹凸を有する成形部品のレーザ焼入れ方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser quenching method for a molded part such as a gear or spline hole having irregularities on its surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザによる表面焼入れ法においては、
局部表面のみが高エネルギー密度のレーザビームでA1
変態点以上に加熱され、部材への熱拡散による自己冷却
で焼入れされて硬化層が形成される。したがって、表層
のみの加熱で良いため入熱量が少なく、熱歪みが少ない
等の利点が得られる。
2. Description of the Related Art In a surface hardening method using a laser,
Only local surface is A1 with high energy density laser beam
The layer is heated above the transformation point and quenched by self-cooling due to thermal diffusion to the member to form a hardened layer. Therefore, since only the surface layer needs to be heated, the amount of heat input is small, and thermal distortion is small.

【0003】ところで、成形部品のレーザ焼入れでは熱
拡散形態が平板の場合と異なるため、特殊な問題が存在
する。すなわち、内歯歯車にレーザ焼入れを施すと、同
一ビームでも部位(例えば歯先)によっては熱が籠り易
く容易にA1変態点以上にまで加熱されるが、歯底では
熱拡散が大きいため加熱され難い。また、歯側壁ではレ
ーザビームの入射角が歯先や歯底と異なるため、レーザ
ビームの照射エネルギー密度が小さくなって加熱され難
い。
By the way, there is a special problem in the laser hardening of a molded part because the form of heat diffusion is different from that of a flat plate. That is, if the internal gear is subjected to laser hardening, even if the same beam is used, the heat easily collects depending on the part (eg, the tip of the tooth) and is easily heated up to the A1 transformation point or higher. hard. Further, since the incidence angle of the laser beam on the tooth side wall is different from that on the tooth tip or the tooth bottom, the irradiation energy density of the laser beam becomes small and it is difficult to heat.

【0004】その結果、歯側壁及び歯底の硬化層が形成
されるように焼き入れすると、歯先が溶融し、また、割
れが発生しやすくなる。一方、歯先の溶融しない硬化層
が形成されるように焼き入れすると、歯側壁及び歯底に
は硬化層が得られなくなるという不具合が生じていた。
As a result, when quenching is performed so that a hardened layer is formed on the tooth side wall and the tooth bottom, the tooth tips are melted and cracks are likely to occur. On the other hand, when quenching is performed so that a hardened layer that does not melt at the tooth tip is formed, there is a problem that a hardened layer cannot be obtained on the tooth sidewall and the tooth bottom.

【0005】かかる不具合を解決したものとして、特開
昭61−284519号公報に開示された技術がある。
この開示技術は、熱容量が小さくて焼入れされやすい部
分を除き、成形部品の焼入れしようとする領域表面にC
2 レーザの吸収率を高めるレーザビーム吸収被膜を施
し、このレーザビーム吸収被膜を施した成形部品にレー
ザビームを照射するようにしたレーザ焼入れ方法であ
る。
As a solution to this problem, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-284519.
The disclosed technique removes C on the surface of the region to be hardened of the molded part, excluding a portion having a small heat capacity and easily hardened.
This is a laser hardening method in which a laser beam absorption coating for increasing the absorption rate of O 2 laser is applied and a laser beam is applied to a molded part provided with the laser beam absorption coating.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ焼入れ方法では、成形部品の焼入れしようと
する領域表面にCO2 レーザの吸収率を高めるレーザビ
ーム吸収被膜を施すために、このレーザビーム吸収被膜
の塗布作業及び後工程での除去作業が必要になり、量産
性に欠けるという問題点があった。また、高出力ののC
2 レーザ等の発振器を必要とするため価格が高いとい
う問題点があった。
However, in the above-mentioned conventional laser hardening method, since the laser beam absorption coating for increasing the absorption rate of the CO 2 laser is applied to the surface of the region of the molded part to be hardened, the laser beam absorption is performed. There is a problem in that mass production is lacking because coating work and removal work in a later step are required. In addition, high output C
There is a problem that the price is high because an oscillator such as an O 2 laser is required.

【0007】本発明は、上記の問題点に着目して成され
たものであって、その目的とするところは、従来のよう
な成形部品の焼入れしようとする領域表面にレーザビー
ム吸収被膜を施す必要がなく、このレーザビーム吸収被
膜の塗布作業及び後工程での除去作業が不必要になっ
て、量産性があり、低出力のYAGレーザ発振器のよう
な安価なレーザ発振器の使用が可能になるレーザ焼入れ
方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to apply a laser beam absorption coating to the surface of a region to be hardened in a conventional molded part. There is no need, and the work of applying this laser beam absorbing film and the work of removing it in the subsequent process become unnecessary, and it is possible to use an inexpensive laser oscillator such as a low-output YAG laser oscillator, which has mass productivity. It is to provide a laser hardening method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明に係わるレーザ焼入れ方法は、被
加工ワークの焼き入れ箇所にレーザビームを照射するよ
うにした焼入れ方法において、加工ワークとし炭素含有
量が、C2.1%以上の高い材料を選択し、レーザ出力
として、波長の短い1.06μm以下のレーザビームと
の組合せにより加工するようにしたこと特徴とする。
In order to achieve the above object, a laser hardening method according to the invention of claim 1 is a hardening method in which a laser beam is applied to a hardening portion of a workpiece. It is characterized in that a material having a high carbon content of C2.1% or more is selected as a work to be processed and the laser output is processed in combination with a laser beam having a short wavelength of 1.06 μm or less.

【0009】また、上記の目的を達成するために、請求
項2の発明に係わるレーザ焼入れ方法は、請求項1の発
明に係わるレーザ焼入れ方法において、被加工ワークを
所定の周速度で回転させ、この被加工ワークの焼入れ箇
所に、レーザビームを照射するようにしたレーザ焼入れ
方法において、レーザビームを被加工ワークの焼入れ箇
所に直角に近付けるレーザビーム移動手段を設けたこと
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the laser hardening method according to the invention of claim 2 is the laser hardening method according to the invention of claim 1, in which the workpiece is rotated at a predetermined peripheral speed, In the laser hardening method of irradiating a laser beam to the quenching point of the work to be processed, a laser beam moving means for moving the laser beam at a right angle to the quenching point of the work to be processed is provided.

【0010】また、請求項3の発明に係わるレーザ焼入
れ方法は、請求項1又は請求項2記載の発明に係わるレ
ーザ焼入れ方法において、被加工ワークとして面粗度の
大きいRa=1.2μm以上の材料を選択したことを特
徴とする。
A laser hardening method according to a third aspect of the present invention is the laser hardening method according to the first or second aspect of the present invention, wherein Ra = 1.2 μm or more having a large surface roughness as a workpiece to be processed. It is characterized in that the material is selected.

【0011】また、請求項4の発明に係わるレーザ焼入
れ方法は、請求項1又は請求項2又は請求項3記載の発
明に係わるレーザ焼入れ方法において、被加工ワークが
内歯ギヤ、内径スプラインである。
A laser hardening method according to a fourth aspect of the present invention is the laser hardening method according to the first, second or third aspect of the present invention, in which the workpiece is an internal gear or an inner diameter spline. .

【0012】[0012]

【作用】レーザ光の吸収率は、材料自体の特性によって
決まるものである。また材料の炭素含有量がC2.1%
以上の高い材料を選択し、吸収率と光の波長の関係は大
部分の金属が波長い光に対し、吸収が悪い傾向がある。
The absorption rate of laser light is determined by the characteristics of the material itself. The carbon content of the material is C2.1%
When the above-mentioned high materials are selected, most of the metals have a poor absorption of light having a wavelength with respect to the absorptance and the wavelength of light.

【0013】したがって、本発明のレーザ焼入れ方法に
よれば、単位面積当たりのエネルギー密度を、高くする
ことが可能になり、硬化層深さを深くすることができ
て、従来のような成形部品の焼入れ領域表面に、レーザ
ビーム吸収被膜を施す必要がなく、量産効率の良いもの
となる。
Therefore, according to the laser quenching method of the present invention, the energy density per unit area can be increased, the depth of the hardened layer can be increased, and the conventional molded parts can be manufactured. Since it is not necessary to apply a laser beam absorption coating on the surface of the hardened region, mass production efficiency is improved.

【0014】また、レーザ光の吸収率は、レーザビーム
を、被加工ワークの焼入れ箇所に直角に、近づけ照射す
ることにより変化する。
The absorptance of the laser beam is changed by irradiating the laser beam at a right angle to the quenching point of the work to be processed.

【0015】したがって、本発明のレーザ焼入れ方法に
よれば、レーザビームをレーザ焼入れ装置移動手段によ
り被加工ワークの焼入れ箇所に直角に近付け、被加工ワ
ークを所定の同速度で回転照射することで、単位面積当
りのエネルギー密度を高くすることが可能となり、硬化
層深さを深くすることができて、従来のような成形部品
の焼入れ領域表面にレーザビーム吸収被膜を施す必要が
なく量産効率の良いものとなる。
Therefore, according to the laser hardening method of the present invention, the laser beam is moved at a right angle to the hardening portion of the workpiece by the laser hardening device moving means, and the workpiece is rotated and irradiated at the same speed. The energy density per unit area can be increased, the depth of the hardened layer can be deepened, and there is no need to apply a laser beam absorption coating on the surface of the hardened region of molded parts as in the past, resulting in high mass production efficiency. Will be things.

【0016】また、レーザ光の吸収率は、材料自体の特
性とワークの表面粗度、レーザビーム波長の短い装置に
よって決まるものである。
The absorption rate of laser light is determined by the characteristics of the material itself, the surface roughness of the work, and the device having a short laser beam wavelength.

【0017】したがって、本発明のレーザ焼入れ方法に
よれば、材料の炭素含有量が、C2.1%以上の高い材
料を選択し、被加工ワークとして、面粗度の大きいRa
=1.2μm以上の材料を選択し、レーザ出力とて波長
の短い1.06μm以下のレーザビームを選択し、被加
工ワークを所定の同速度で回転させて焼入れ箇所にレー
ザビームを照射するようにしたことにより、単位面積当
りのエネルギー密度を高くすることが可能となり、硬化
層深さを、深くすることができて、従来のような成形部
品の焼入れ、領域表面にレーザビーム吸収被膜を施す必
要がなく、量産効率の良いのとなる。
Therefore, according to the laser hardening method of the present invention, a material having a high carbon content of C2.1% or more is selected, and a work having a large surface roughness Ra is selected.
= 1.2 μm or more, select a laser beam with a short wavelength of 1.06 μm or less as the laser output, rotate the work piece at the same speed, and irradiate the laser beam on the quenching point By doing so, the energy density per unit area can be increased, the depth of the hardened layer can be deepened, quenching of the molded part as in the conventional case, and the laser beam absorption coating on the area surface are applied. There is no need, and mass production efficiency is good.

【0018】また、レーザ光の吸収率は、材料自体の特
性、ワークの表面粗度、レーザビーム波長の短い装置に
よって決まるものである。本発明のレーザ焼入れ方法に
よれば、被加工ワークを内歯ギヤ、内径、スプライとす
ることにより決まる。
The absorption rate of laser light is determined by the characteristics of the material itself, the surface roughness of the work, and the device having a short laser beam wavelength. According to the laser hardening method of the present invention, it is determined by setting the work to be processed as the internal gear, the inner diameter, and the splice.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明に係わるレーザ焼入れ方法に使用
するレーザ焼入れ装置の構成説明図、図2は同レーザ焼
入れ装置におけるターンテーブルに被加工ワークをセッ
トした状態を示す断面図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration explanatory view of a laser hardening apparatus used in a laser hardening method according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a state in which a workpiece is set on a turntable in the laser hardening apparatus.

【0020】レーザ焼入れ装置Aは、ベース1に設けら
れてターンテーブル2と、前記ベース1に支持部材(図
示せず)を介して設けられた集光レンズユニット3と、
この集光レンズユニット3により集束されたレーザビー
ムBを反射させて被加工ワーク6のスプライン6aの焼
入れ箇所Pに照射するレーザビーム反射手段7と、レー
ザ発振器4と、このレーザ発振器4の出力側に接続され
て前記集光レンズユニット3の入力側にレーザビームB
を伝送する光ファイバー5とから構成されている。
The laser hardening apparatus A includes a turntable 2 provided on a base 1 and a condenser lens unit 3 provided on the base 1 via a supporting member (not shown).
Laser beam reflecting means 7 for reflecting the laser beam B focused by the condenser lens unit 3 and irradiating it to the quenching point P of the spline 6a of the workpiece 6, the laser oscillator 4, and the output side of the laser oscillator 4. Connected to the laser beam B on the input side of the condenser lens unit 3.
And an optical fiber 5 for transmitting.

【0021】そして、ターンテーブル2に被加工ワーク
6としての遊星歯車装置のキャリヤを装着して、このタ
ーンテーブル2を所定の周速度で回転させ、前記レーザ
発振器4から発振されたレーザビームBを光ファイバー
5を介して集光レンズユニット3に伝送し、この集光レ
ンズユニット3より集束されたレーザビームBを前記レ
ーザビーム反射手段7により反射させて被加工ワーク6
のスプライン6aの焼入れ箇所Pに照射することによ
り、この被加工ワーク6を焼入れする。
Then, the carrier of the planetary gear device as the workpiece 6 is mounted on the turntable 2, the turntable 2 is rotated at a predetermined peripheral speed, and the laser beam B oscillated from the laser oscillator 4 is generated. The laser beam B, which is transmitted through the optical fiber 5 to the condenser lens unit 3 and focused by the condenser lens unit 3, is reflected by the laser beam reflecting means 7 to be processed workpiece 6
The workpiece 6 is quenched by irradiating the quenching point P of the spline 6a.

【0022】前記レーザ発振器4としてはYAGレーザ
発振器が使用される。このYAGレーザ発振器から発振
されるレーザビームBは、波長が1.06μmと極めて
短いものである。
A YAG laser oscillator is used as the laser oscillator 4. The laser beam B oscillated from this YAG laser oscillator has an extremely short wavelength of 1.06 μm.

【0023】また、前記集光レンズユニット3として
は、f20レンズ、シリンドリカルレンズが使用され
る。このシリンドリカルレンズは一方向のみ集光する性
質を持ち10×3mmの楕円形状に焦点を結ぶ特性を有
する。また、前記レーザビーム反射手段7としては90
°反射ミラーが使用されており、焼入れ箇所Pに垂直に
レーザビームBを照射することにより、パワー密度を最
大限引き出せるようにしてある。
As the condenser lens unit 3, an f20 lens and a cylindrical lens are used. This cylindrical lens has a property of condensing light in only one direction and has a characteristic of focusing in an elliptical shape of 10 × 3 mm. Further, as the laser beam reflecting means 7, 90
A reflection mirror is used, and the power density can be maximized by irradiating the quenching point P with the laser beam B vertically.

【0024】前記90°反射ミラーの中心から加工点ま
での距離が異なれば焦点も変化する。「ジャスト・フォ
ーカスがパワー密度最大」という原則から、被加工ワー
ク6の内径が変わればシリンドリカルレンズの移動によ
り焦点距離の調節をする。
If the distance from the center of the 90 ° reflection mirror to the processing point is different, the focus is also changed. From the principle that "just focus has maximum power density", if the inner diameter of the workpiece 6 changes, the focal length is adjusted by moving the cylindrical lens.

【0025】(レーザ出力)レーザ出力を407W〜4
50Wまで3段階に変化させた場合の焼入れ形状を図3
に示す。結論として、硬化層深さを深くするためには、
レーザビームBは「単位面積当たりのエネルギー密度を
高くする」必要がある。よって、レーザ出力は大きく取
る方が良い。
(Laser output) The laser output is 407W-4.
Fig. 3 shows the shape of quenching when changing in 3 steps up to 50W.
Shown in In conclusion, in order to increase the depth of the hardened layer,
The laser beam B needs to "increase the energy density per unit area". Therefore, it is better to increase the laser output.

【0026】(レーザビームのオフセットと焼入れ性)
スプライン緒元が 呼び径 32 モジール 1.00 歯数 30 圧力角 30° 大径 32H14 小径 30h11 基準ピッチ円直径 30.00 である被加工ワーク6において、レーザビームオフセッ
トの変化に伴う歯面照射角度は、図4に示すようにオフ
セット量0の場合には33°12´、オフセット量10
mmの場合には73°23´になる。
(Laser Beam Offset and Hardenability)
In the workpiece 6 whose spline specifications are nominal diameter 32 modile 1.00 number of teeth 30 pressure angle 30 ° large diameter 32H14 small diameter 30h11 standard pitch circle diameter 30.00, the tooth surface irradiation angle due to the change of laser beam offset is As shown in FIG. 4, when the offset amount is 0, 33 ° 12 ′, the offset amount is 10
In the case of mm, it becomes 73 ° 23 '.

【0027】そして、オフセット量を5mm〜10mm
まで6段階に変化させた場合の焼入れ形状は、加工条件
が発振器出力600W、加工点出力530W、ワーク周
速1.0m/minの場合、図5に示すようになる。
The offset amount is 5 mm to 10 mm
When the processing conditions are an oscillator output of 600 W, a processing point output of 530 W, and a work peripheral speed of 1.0 m / min, the quenching shape in the case of changing the above in six stages is as shown in FIG.

【0028】したがって、歯面の焼入れ深さを深く焼き
入れするためには、レーザビームBは極力「歯面に直角
に近付ける」必要がある。よって、オフセット量は大き
く取る方が良い。
Therefore, in order to deeply harden the tooth surface, the laser beam B must be "close to the tooth surface at a right angle" as much as possible. Therefore, it is better to set a large offset amount.

【0029】(被加工ワークの材質)被加工ワーク6と
しては、[表1]にその材料組成を示す炭素含有量(C
wt%≧2.5)が極めて高く、わずかなレーザ出力で
焼きの入る可能性を持った(焼入れしやすい)材料がよ
い。
(Material of Workpiece) As for the workpiece 6, the carbon content (C
A material that has an extremely high wt% ≧ 2.5 and has a possibility of quenching with a slight laser output (easy to quench) is preferable.

【表1】 [Table 1]

【0030】FCD600(球状黒鉛鋳鉄)の組織を大
別すると、パーライト相、フェライト相及び黒鉛の三相
からなる。レーザビームBにより表面層が急激に加熱、
冷却されると、パーライト相のみマルテンサイト変態を
起こし硬化し、フェライト相及び黒鉛は変態硬化しない
ことが知られている。
The structure of FCD600 (spheroidal graphite cast iron) is roughly classified into three phases of pearlite phase, ferrite phase and graphite. The laser beam B rapidly heats the surface layer,
It is known that when cooled, only the pearlite phase undergoes martensitic transformation and hardening, and the ferrite phase and graphite do not undergo transformation hardening.

【0031】FC250(ねずみ鋳鉄)の組織を大別す
ると、パーライト相、フェライト相及び黒鉛の三相から
なる。レーザビームBにより表面層が急激に加熱、冷却
されると、パーライト相のみマルテンサイト変態を起こ
し硬化し、フェライト相及び黒鉛は変態硬化しないこと
が知られている。
The structure of FC250 (gray cast iron) is roughly classified into three phases of pearlite phase, ferrite phase and graphite. It is known that when the surface layer is rapidly heated and cooled by the laser beam B, only the pearlite phase undergoes martensite transformation and is hardened, and the ferrite phase and graphite are not transformation hardened.

【0032】{材料の表面状態(粗度と吸収率)}レー
ザビームBの吸収率は、材料自体の特性と表面状態によ
って決まるものである。また、吸収率と光の波長の関係
は大部分の金属が波長の長い光に対し吸収が悪い傾向に
ある。
{Surface state of material (roughness and absorptivity)} The absorptance of the laser beam B is determined by the characteristics and surface state of the material itself. Also, regarding the relationship between the absorptance and the wavelength of light, most metals tend to have poor absorption for light having a long wavelength.

【0033】前述のFCDやFC材の主成分はFeであ
り、レーザビームBの吸収率は34%(YAG発振器の
場合)程度というデータがある。
The main component of the above-mentioned FCD and FC materials is Fe, and there is data that the absorptance of the laser beam B is about 34% (in the case of YAG oscillator).

【0034】表面状態(面粗度)が及ぼす吸収率への影
響について、先のFCD550とFC250材を用い焼
入れ硬化層深さを代用特性として調査した。その結果を
図7の (1)、(2)、図8の(1)、(2)に示
す。
The influence of the surface state (surface roughness) on the absorptivity was investigated by using the above FCD550 and FC250 materials and the depth of the quench hardened layer as a substitute characteristic. The results are shown in (1) and (2) of FIG. 7 and (1) and (2) of FIG.

【0035】したがって、面粗度が良いとレーザビーム
Bが反射し、焼入れ硬化層が浅くなるという結果が得ら
れた。また、レーザ出力を高めに設定すれば、面粗度の
影響度合いを少なくできるということが分かった。
Therefore, the result is that if the surface roughness is good, the laser beam B is reflected and the quench hardened layer becomes shallow. It was also found that the influence of surface roughness can be reduced by setting the laser output higher.

【0036】(ワーク周速度と焼入れ性)ワーク周速を
1.2m/分〜0.75m/分まで4段階に変化させた
場合の焼入れ形状は、加工条件が発振器出力600W、
加工点出力530W、オフセット量10mmの場合、図
6に示すようになる。
(Work Peripheral Speed and Hardenability) When the work peripheral speed is changed in four steps from 1.2 m / min to 0.75 m / min, the quenching shape has a machining condition of an oscillator output of 600 W,
When the processing point output is 530 W and the offset amount is 10 mm, the result is as shown in FIG.

【0037】その結果、硬化層深さを深くするために
は、レーザビームBは「単位面積当りのエネルギー密度
を多く与える」必要がある。よって、ワーク周速は下げ
る方がよい。
As a result, the laser beam B must "give a large amount of energy density per unit area" in order to increase the depth of the hardened layer. Therefore, it is better to lower the work peripheral speed.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
係わるレーザ焼入れ方法は、被加工ワークの焼き入れ箇
所にレーザビームを照射するようにした焼入れ方法にお
いて、加工ワークとし炭素含有量が、C2.1%以上の
高い材料を選択し、レーザ出力として、波長の短い1.
06μm以下のレーザビームとの組合せにより加工する
ことを特徴とするものである。
As described above, the laser quenching method according to the invention of claim 1 is a quenching method in which the laser beam is applied to the quenching point of the workpiece, and the carbon content of the workpiece is , C2.1% or higher material is selected, and the laser output has a short wavelength of 1.
It is characterized in that it is processed in combination with a laser beam of not more than 06 μm.

【0039】レーザ光の吸収率は、材料自体の特性によ
って決まるものである。また材料の炭素含有量がC2.
1%以上の高い材料を選択し、吸収率と光の波長の関係
は大部分の金属が波長い光に対し、吸収が悪い傾向があ
る。しかし、請求項1の発明に係わるレーザ焼入れ方法
によれば、単位面積当たりのエネルギー密度を、高くす
ることが可能になり、硬化層深さを深くすることができ
て、従来のような成形部品の焼入れ領域表面に、レーザ
ビーム吸収被膜を施す必要がなく、量産効率の良いもの
となる。
The absorption rate of laser light is determined by the characteristics of the material itself. Further, the carbon content of the material is C2.
When a material having a high content of 1% or more is selected, most of the metals have a poor absorption of light having a wavelength in relation to the absorptance and the wavelength of light. However, according to the laser hardening method of the first aspect of the present invention, the energy density per unit area can be increased, the depth of the hardened layer can be increased, and the conventional molded part can be obtained. Since it is not necessary to apply a laser beam absorption coating on the surface of the quenched region, the mass production efficiency is improved.

【0040】また、請求項2の発明に係わるレーザ焼入
れ方法は、請求項1の発明に係わるレーザ焼入れ方法に
おいて、被加工ワークを所定の周速度で回転させ、この
被加工ワークの焼入れ箇所に、レーザビームを照射する
ようにしたレーザ焼入れ方法において、レーザビームを
被加工ワークの焼入れ箇所に直角に近付けるレーザビー
ム移動手段を設けたことを特徴とするものである。
A laser hardening method according to a second aspect of the present invention is the laser hardening method according to the first aspect of the invention, in which the workpiece is rotated at a predetermined peripheral speed, and the workpiece is hardened at a quenching point. A laser hardening method for irradiating a laser beam is characterized in that a laser beam moving means for bringing the laser beam close to a hardening portion of a workpiece to be processed at a right angle is provided.

【0041】レーザ光の吸収率は、レーザビームを、被
加工ワークの焼入れ箇所に直角に、近づけ照射すること
により変化する。したがって、請求項2の発明に係わる
レーザ焼入れ方法によれば、レーザビームをレーザ焼入
れ装置移動手段により被加工ワークの焼入れ箇所に直角
に近付け、被加工ワークを所定の同速度で回転照射する
ことで、単位面積当りのエネルギー密度を高くすること
が可能となり、硬化層深さを深くすることができて、従
来のような成形部品の焼入れ領域表面にレーザビーム吸
収被膜を施す必要がなく量産効率の良いものとなる。
The absorptance of the laser light is changed by irradiating the laser beam at a right angle to the quenching point of the work to be processed. Therefore, according to the laser hardening method of the second aspect of the present invention, the laser beam is moved by the laser hardening device moving means at a right angle to the quenching point of the workpiece, and the workpiece is rotated and irradiated at the same speed. The energy density per unit area can be increased, the depth of the hardened layer can be increased, and it is not necessary to apply a laser beam absorption coating on the surface of the hardened region of the molded part as in the conventional method, which improves mass production efficiency. It will be good.

【0042】また、請求項3の発明に係わるレーザ焼入
れ方法は、請求項1又は請求項2記載の発明に係わるレ
ーザ焼入れ方法であって、被加工ワークとして面粗度の
大きいRa=1.2μm以上の材料を選択したことを特
徴とするものである。レーザ光の吸収率は、材料自体の
特性とワークの表面粗度、レーザビーム波長の短い装置
によって決まるものである。したがって、請求項3の発
明に係わるレーザ焼入れ方法によれば、レーザ光の吸収
率が良好になる。
A laser hardening method according to a third aspect of the present invention is the laser hardening method according to the first or second aspect of the present invention, in which Ra = 1.2 μm having a large surface roughness as a workpiece. It is characterized in that the above materials are selected. The absorptance of laser light is determined by the characteristics of the material itself, the surface roughness of the work, and the device with a short laser beam wavelength. Therefore, according to the laser hardening method of the third aspect of the present invention, the absorptance of the laser light becomes good.

【0043】また、レーザ光の吸収率は、材料自体の特
性、ワークの表面粗度、レーザビーム波長の短い装置に
よって決まるものである。請求項4の発明のレーザ焼入
れ方法によれば、被加工ワークを内歯ギヤ、内径、スプ
ライとすることにより決まる。
The absorptance of laser light is determined by the characteristics of the material itself, the surface roughness of the work, and the device with a short laser beam wavelength. According to the laser hardening method of the invention of claim 4, it is determined by setting the work to be processed as the internal gear, the inner diameter and the splice.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わるレーザ焼入れ方法に使用するレ
ーザ焼入れ装置の構成説明図である。
FIG. 1 is a structural explanatory view of a laser hardening apparatus used in a laser hardening method according to the present invention.

【図2】同レーザ焼入れ装置におけるターンテーブルに
被加工ワークをセットした状態を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a workpiece is set on a turntable in the laser hardening device.

【図3】被加工ワークにおいて、レーザ出力を407W
〜450Wまで3段階に変化させた場合の焼入れ形状の
説明図である。
[Fig. 3] Laser power of 407 W in a workpiece.
It is explanatory drawing of the hardening shape at the time of changing it to 3 steps from -450W.

【図4】被加工ワークにおいて、レーザビームオフセッ
トの変化に伴う歯面照射角度の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a tooth surface irradiation angle with a change in laser beam offset in a workpiece.

【図5】被加工ワークにおいて、オフセット量を5mm
〜10mmまで6段階に変化させた場合の焼入れ形状の
説明図である。
[Fig. 5] Offset amount of 5 mm in a workpiece.
It is explanatory drawing of the quenching shape at the time of changing to 10 mm in 6 steps.

【図6】被加工ワークにおいて、ワーク周速を1.2m
/分〜0.75m/分まで4段階に変化させた場合の焼
入れ形状の説明図である。
FIG. 6 shows a workpiece peripheral speed of 1.2 m in the workpiece.
It is explanatory drawing of the quenching shape at the time of changing in 4 steps from / min to 0.75 m / min.

【図7】(1)、(2)はFCD550における面粗度
と硬化層深さ及び幅の関係を表す線図である。
7 (1) and (2) are diagrams showing the relationship between the surface roughness and the depth and width of the hardened layer in the FCD550.

【図8】(1)、(2)はFC250における面粗度と
硬化層深さ及び幅の関係を表す線図である。
8 (1) and (2) are diagrams showing the relationship between the surface roughness and the depth and width of the hardened layer in FC250.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベース 2 ターンテーブル 3 集光レンズユニット 4 レーザ発振器 5 光ファイバー 6 被加工ワーク 6a スプライン 7 レーザビーム反射手段 A レーザ焼入れ装置 B レーザビーム P 焼入れ箇所 1 Base 2 Turntable 3 Condensing Lens Unit 4 Laser Oscillator 5 Optical Fiber 6 Workpiece 6a Spline 7 Laser Beam Reflecting Means A Laser Hardening Device B Laser Beam P Hardened Location

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被加工ワークの焼き入れ箇所にレーザビ
ームを照射するようにした焼入れ方法において、加工ワ
ークとして炭素含有量が、C2.1%以上の高い材料を
選択し、レーザ出力として、波長の短い1.06μm以
下のレーザビームとの組合せにより加工するようにした
ことを特徴とするレーザ焼入れ方法。
1. A quenching method in which a quenching point of a workpiece to be treated is irradiated with a laser beam, a material having a high carbon content of C2.1% or more is selected as the workpiece, and the laser output has a wavelength of The laser hardening method is characterized in that it is processed by a combination with a laser beam having a short length of 1.06 μm or less.
【請求項2】 被加工ワークを所定の周速度で回転さ
せ、この被加工ワークの焼入れ箇所に、レーザビームを
照射するようにしたレーザ焼入れ方法において、レーザ
ビームを被加工ワークの焼入れ箇所に直角に近付けるレ
ーザビーム移動手段を設けたことを特徴とする請求項1
記載のレーザ焼入れ方法。
2. A laser quenching method in which a workpiece is rotated at a predetermined peripheral speed and a quenching point of the workpiece is irradiated with a laser beam, and the laser beam is perpendicular to the quenching point of the workpiece. 2. A laser beam moving means for bringing the laser beam closer to
The laser hardening method described.
【請求項3】 被加工ワークとして面粗度の大きいRa
=1.2μm以上の材料を選択したことを特徴とする請
求項1又は請求項2記載のレーザ焼入れ方法。
3. A workpiece having a large surface roughness Ra.
3. A laser hardening method according to claim 1, wherein a material having a thickness of 1.2 μm or more is selected.
【請求項4】 被加工ワークが内歯ギヤ、内径スプライ
ンである請求項1又は請求項2又は請求項3記載のレー
ザ焼入れ方法。
4. The laser hardening method according to claim 1, 2 or 3, wherein the workpiece is an internal gear or an inner diameter spline.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130171473A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-04 Fih (Hong Kong) Limited Method for making patterns on metal article and the resulting metal article
CN111270048A (en) * 2020-03-05 2020-06-12 江苏徐工工程机械研究院有限公司 Device and method for laser quenching of internal spline with high wear-resistant surface
CN115323122A (en) * 2022-07-20 2022-11-11 浙江久恒光电科技有限公司 Laser quenching processing method for martensitic stainless steel meal knife edge

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Effective date: 20040406