JPWO2008153028A1 - Laser processing method and wire for oil ring - Google Patents
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Abstract
エッジを有する部材のレーザ加工方法を開示する。この方法では、エッジを有し、エッジ領域に突起物が形成されている部材の、前記エッジを挟んで交差する二つの面のうち、前記突起物が存在する一方の面と前記エッジ領域にレーザ光を照射して、前記突起物および前記エッジ領域を溶融させ、生じた溶融体を他方の面に移動させる。レーザ加工方法を好適にオイルリングに適用できる。オイルリングは、左右のレール部と該レール部を連結するウェブ部とを有する。ウェブ部は、溶融によって形成された複数の貫通孔を有し、該貫通孔の壁面に再溶融凝固物が付着しており、ウェブ部の外表面には、溶融凝固物としての突起部が存在しない。Disclosed is a laser processing method for a member having an edge. In this method, a laser beam is formed on one surface of the member having an edge and having protrusions formed in the edge region, the two surfaces intersecting with the edge interposed therebetween, and the edge region. Light is irradiated to melt the protrusions and the edge region, and the resulting melt is moved to the other surface. The laser processing method can be suitably applied to the oil ring. The oil ring has left and right rail portions and a web portion that connects the rail portions. The web part has a plurality of through-holes formed by melting, and the remelted solidified material adheres to the wall surface of the through-hole, and there is a protrusion as a molten solidified substance on the outer surface of the web part. do not do.
Description
本発明は、部材に形成された突起物をレーザ光によって除去する、部材のレーザ加工方法およびそれによって加工されたオイルリング用線材に関するものである。 The present invention relates to a member laser processing method for removing protrusions formed on a member with a laser beam and an oil ring wire processed by the method.
部材を加工すると、除去された部材の一部がエッジ領域(ここで、エッジ領域とは、エッジとその近傍を含む部分を言う)に突起状に残存することがある。例えば、平板状の部材にレーザ光を照射して貫通孔を開ける場合、アシストガスを噴出して溶融体や蒸発したガスを除去するが、溶融体は、孔が貫通するまではスパッタとしてレーザ光照射面(表面)側に飛散し、貫通後はレーザ光通過面(背面)側にドロスとして流出し、貫通孔の開口周辺に付着する。アシストガスの噴射圧力を最適化することでスパッタまたはドロスの付着を相当なレベルまで防止することができるが、その圧力が必ずしも貫通孔加工にとって最適な圧力であるとは限らず、また部材の材質、厚さ等に応じた適切なガス圧を規定することは難しく、完全に付着させないようにすることは難しい。また、部材面にスパッタまたはドロス付着防止剤を塗布することも効果があるが、やはり完全に防止できるとは言い難い。 When the member is processed, a part of the removed member may remain in a protruding shape in the edge region (here, the edge region refers to a portion including the edge and its vicinity). For example, when a plate-shaped member is irradiated with laser light to open a through-hole, an assist gas is ejected to remove the melt or evaporated gas, but the melt is sputtered as laser light until the hole penetrates. It scatters to the irradiation surface (front surface) side, and after penetrating, it flows out as dross on the laser light passage surface (back surface) side and adheres to the periphery of the opening of the through hole. By optimizing the assist gas injection pressure, spatter or dross adhesion can be prevented to a considerable level, but the pressure is not necessarily the optimum pressure for through-hole processing, and the material of the member It is difficult to define an appropriate gas pressure according to the thickness and the like, and it is difficult to prevent the gas from being completely attached. Moreover, it is also effective to apply a spatter or dross adhesion preventing agent to the member surface, but it cannot be said that it can be completely prevented.
そこで、貫通孔加工時にスパッタまたはドロスが付着することは許容し、その後に除去することが考えられ、例えば特許文献1、2、3にその技術が開示されている。
特許文献1におけるレーザ加工方法を図9A,図9Bに示す。特許文献1は、加工対象物の加工箇所に対して、図9Aに示すように、レーザ光とアシストガスを照射して加工を行う加工工程と、図9Bに示すように、前記加工箇所のドロスを除去するために、再度前記加工箇所に前記レーザ光とアシストガスを照射してドロス除去を行うドロス除去工程とを含む技術思想を開示している。この技術の目的は、加工形状の精度を向上させることにあり、技術的特徴は、加工面即ち孔の側壁に付着したドロスを吹き飛ばして除去する点にある。Therefore, it is conceivable that spatter or dross is allowed to adhere at the time of through-hole processing, and it can be removed thereafter. For example, Patent Documents 1, 2, and 3 disclose the technique.
The laser processing method in Patent Document 1 is shown in FIGS. 9A and 9B. As shown in FIG. 9A, Patent Document 1 discloses a processing step of performing processing by irradiating a laser beam and an assist gas to a processing portion of a processing object, and a dross of the processing portion as shown in FIG. 9B. In order to remove the dross, a technical idea including a dross removing step in which dross removal is performed by irradiating the laser beam and the assist gas again to the processing portion is disclosed. The purpose of this technique is to improve the accuracy of the processed shape, and the technical feature is that the dross attached to the processed surface, that is, the side wall of the hole is blown away.
また、特許文献2におけるレーザ切断方法は、レーザ光を照射してピアッシングを行った後、この孔を起点としてレーザ切断を行うものであり、レーザ切断に先立ち、ピアッシング時に孔の周囲に付着したノロを、孔の周囲を含む範囲にレーザを照射して溶融させるとともに、高い圧力を持ち、かつ酸化性の低いガスを噴射することで吹き飛ばし、鋼板の表面から排除することに技術的特徴を有している。
また、特許文献3におけるレーザ加工方法は、対象物の被加工部分にレーザ光を照射して加工した後、被加工部分を含む周辺領域にレーザ光を照射して加熱し、被加工部分近傍に付着した昇華物からなる付着物を溶融させ、ワークの母材と一体化させることに技術的特徴を有しており、ガラスの切断に有効であるとされている。
Further, in the laser processing method in Patent Document 3, after processing a target portion of a target object by irradiating a laser beam, the peripheral region including the target portion is irradiated with a laser beam and heated, so that the vicinity of the target portion is processed. It has a technical feature in that an adhering substance made of an attached sublimate is melted and integrated with a workpiece base material, and is said to be effective for cutting glass.
加工後の部材を、例えば重ね合わせて使用する場合には、部材の重ね合わせ表面に突起物が残存しないようにしなければならない。特許文献1においては、孔側壁に付着したドロスを除去できても、レーザ入射面側とは反対側の背面に付着したドロスを除去することができない。研磨で除去するとしているが、全く別工程の作業が必要であり、能率的でないだけでなく、背面全面が研磨代分除去されてしまうため好ましくない場合がある。
また、特許文献2においては、表面に付着していたノロを溶融させ高圧ガスで吹き飛ばすのであるが、ノロは孔周辺からは排除されるにしても、表面の別の場所に再付着したり、孔を通過して背面に付着したりする恐れがあり、表面または背面から突起物を除去するという点では信頼性に欠ける。また、特許文献3においては、昇華物のように付着物が微小体に対して母材に溶け込む作用を利用しているが、バリやドロスのような、エッジ領域に形成される突起物に対しての作用は考慮されていない。When the processed members are used, for example, in an overlapping manner, no protrusions must remain on the overlapping surface of the members. In Patent Document 1, even if the dross attached to the hole sidewall can be removed, the dross attached to the back surface opposite to the laser incident surface cannot be removed. Although it is supposed to be removed by polishing, it is not preferable because it requires a separate process, which is not efficient, and the entire back surface is removed by the amount of polishing.
Further, in Patent Document 2, the noro attached to the surface is melted and blown away with a high-pressure gas, but even if the noro is excluded from the periphery of the hole, it reattaches to another place on the surface, There is a risk of passing through the hole and adhering to the back surface, and it is not reliable in terms of removing protrusions from the surface or back surface. Moreover, in patent document 3, although the deposit | attachment like the sublimation uses the effect | action which melt | dissolves in a base material with respect to a microscopic object, with respect to the protrusion formed in edge areas like a burr | flash or dross. All effects are not considered.
かくして、本発明の目的は、エッジを有する部材における当該エッジ領域の一方の面に形成された突起物を、レーザ光によって溶融体とし、他方の面に移動させるレーザ加工方法、および、それによって加工されたオイルリング用線材を提供することである。 Thus, an object of the present invention is to provide a laser processing method in which a protrusion formed on one surface of an edge region of a member having an edge is melted by laser light and moved to the other surface, and processing is thereby performed. An oil ring wire is provided.
本発明の主たる観点によれば、以下のレーザ加工方法が提供される。
エッジを有し、エッジ領域に突起物が存在する部材の、前記エッジを挟んで交差する二つの面のうち、前記突起物が存在する一方の面と前記エッジ領域にレーザ光を照射して、前記突起物および前記エッジ領域を溶融させ、生じた溶融体を他方の面に移動させることを特徴とするエッジを有する部材のレーザ加工方法。
前記溶融体は、重力により移動させることができる。
前記溶融体は、アシストガスの運動エネルギーで移動させることもできる。According to the main viewpoint of this invention, the following laser processing methods are provided.
Of the two surfaces that have an edge and have protrusions in the edge region, and intersect the surface across the edge, irradiate one surface where the protrusion exists and the edge region with laser light, A laser processing method for a member having an edge, wherein the protrusion and the edge region are melted, and the resulting melt is moved to the other surface.
The melt can be moved by gravity.
The melt can also be moved by the kinetic energy of the assist gas.
本発明のレーザ加工方法では、部材の一面に向けてレーザ光を照射し貫通孔を形成する貫通孔穿孔工程によって、エッジを有しエッジ領域に突起物が形成されている部材を得ることが好ましい。
前記溶融体の形成で照射されるレーザ光のエネルギー密度は、貫通孔穿孔工程で照射されるレーザ光のエネルギー密度よりも小さくすることが好ましい。
前記溶融体を移動させるために用いられるアシストガスの設定圧力は、貫通孔穿孔工程で用いられるアシストガスの設定圧力よりも低くすることが好ましい。
応用例として、本発明のレーザ加工方法を、オイルリング用線材の加工に好適に利用できる。オイルリング用線材は、左右のレール部と該レール部を連結するウェブ部とを有し、本発明方法の適用によって、前記ウェブ部に、前記貫通孔穿孔工程で貫通孔が形成される。In the laser processing method of the present invention, it is preferable to obtain a member having an edge and a protrusion formed in the edge region by a through-hole drilling step in which a laser beam is irradiated toward one surface of the member to form a through-hole. .
It is preferable that the energy density of the laser beam irradiated in forming the melt is smaller than the energy density of the laser beam irradiated in the through hole drilling step.
It is preferable that the set pressure of the assist gas used for moving the melt is lower than the set pressure of the assist gas used in the through hole drilling step.
As an application example, the laser processing method of the present invention can be suitably used for processing an oil ring wire. The oil ring wire has left and right rail portions and a web portion connecting the rail portions, and through holes are formed in the web portion in the through hole drilling step by applying the method of the present invention.
本発明の別の観点によれば、以下のオイルリング用線材が提供される。
左右のレール部と該レール部を連結するウェブ部とを有するオイルリング用線材であって、前記ウェブ部は、溶融によって形成された複数の貫通孔を有し、前記貫通孔の壁面に溶融体が凝固した再溶融凝固物が付着しており、前記ウェブ部の外表面には、溶融体による突起部が存在しない。
本発明によるオイルリング用線材の一好適形態によれば、溶融体が貫通孔壁面に移動する側のエッジ領域が、窪み状または面取り状になされる。According to another aspect of the present invention, the following oil ring wire is provided.
An oil ring wire having left and right rail portions and a web portion connecting the rail portions, wherein the web portion has a plurality of through holes formed by melting, and a melt is formed on a wall surface of the through holes. The remelted solidified product solidified is adhered, and no protrusions due to the melt are present on the outer surface of the web portion.
According to a preferred embodiment of the oil ring wire according to the present invention, the edge region on the side where the melt moves to the wall surface of the through hole is formed in a hollow shape or a chamfered shape.
本発明によれば、エッジ領域の一方の面に形成された突起物を、被加工部材のレーザ光照射面とは反対側の被加工部材背面に付着させることなく、他方の面に移動することができるため、被加工部材に形成される突起物の影響を低減化することが可能である。 According to the present invention, the protrusion formed on one surface of the edge region is moved to the other surface without adhering to the rear surface of the workpiece opposite to the laser beam irradiation surface of the workpiece. Therefore, it is possible to reduce the influence of the projection formed on the workpiece.
実施例1
本実施例では、孔加工、溝加工、切断加工などの加工により、被加工物にエッジが形成され、かつエッジ領域に突起物が生じているような部材に対し、エッジを挟んだ二面のうち一方の面に生じている突起物を、レーザ光を照射することにより溶融体とし、他方の面に移動させるものである。前記突起物は、加工がレーザ加工であればドロスであり、切削加工であればバリ(カエリとも言う)である。以下、切削により貫通孔を加工したときに生じたバリを除去する場合を例に説明する。 Example 1
In the present embodiment, a member in which an edge is formed in a workpiece and a projection is generated in the edge region by processing such as hole processing, groove processing, cutting processing, etc. Among them, the protrusions generated on one surface are melted by irradiating laser light and moved to the other surface. The protrusion is a dross if the processing is laser processing, and a burr (also called a burr) if the processing is cutting. Hereinafter, the case where the burr | flash produced when the through-hole was processed by cutting is removed is demonstrated to an example.
図4に示すように、例えば金属平板10のA面に対し、ドリルを概ね直角に送り込み、貫通孔11を加工すると、反対面であるB面に開口したエッジ12近傍のB面上に、バリ13が拡がるように形成される。バリ13がB面上に突出していると、作業者が手を切る恐れがあり、危険であるだけでなく、該平板10を組立品の部材として用いたり、積層品の部材として用いたりする場合には、正しい組立ができなくなる。貫通孔11の数が少なければ、手作業によりヤスリでバリ13を除去してもよいが、貫通孔の数が多い場合には、能率的でなく、自動化可能な本発明を適用するのがよい。
As shown in FIG. 4, for example, when a drill is fed at a right angle to the A surface of the metal
本実施例は、図1、図2に示すように、金属平板(以下母材と称す)10をバリ13が突出しているB面側を上にし、レーザ光15をB面に向けて照射することで、B面から突出しているバリ13を溶融体13aとし、貫通孔11の壁面Cに移動させるものである。レーザ光15は、バリ13が広がっている範囲を含むスポット径とされ、貫通孔11を中心にして照射される。レーザ光15は、バリ13が溶融されるようなエネルギー密度と時間で照射される。バリ13は、熱容量が小さいために、短時間で加熱されて流動性を有する溶融体13aとなる。
また、レーザ光15の照射で、エッジ12が高温になり、表層部が溶融されると、溶融体13aが、エッジ領域の溶融体に吸収されて一体になり、貫通孔11の壁面Cに薄く拡がる。この一体化した溶融体は流動性が高く、図2に示すように貫通孔11の壁面Cに沿って移動し、温度勾配に従って冷却され、壁面Cと強固に結合する。即ち、バリ13は、溶融体13aになって貫通孔11の壁面Cへと移動するので、B面上から突起物が消滅したかのごとくに見える。なお、エッジ12の溶融体の一部は、一緒に壁面Cへと移動するので、エッジ領域が窪み状或いは面取り状になる。
本発明のレーザ加工方法は、突起物が形成される一方の面と前記エッジ領域を含む領域にレーザ光を照射するだけでよく、簡潔である。また、本発明によれば、レーザ加工で、孔加工や溝加工、切断加工などを行った後、引き続いてレーザ加工で突起物の除去を行うことができ、効率的な加工が可能である。In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a flat metal plate (hereinafter referred to as a base material) 10 is irradiated with a
When the
The laser processing method of the present invention is simple because it suffices to irradiate the laser light to the one surface where the protrusion is formed and the region including the edge region. In addition, according to the present invention, after performing hole processing, groove processing, cutting processing, and the like by laser processing, protrusions can be removed by laser processing, and efficient processing is possible.
実施例2
実施例1は、溶融したバリをエッジ12の溶融体と一体化させ、これを重力によって貫通孔の壁面に移動させるものであり、特別のアシストガスを使用しない例であるが、流体の運動エネルギーを用いて、溶融したバリを貫通孔の壁面に移動させることもできる。本実施例2では、図3に示すように、レーザ光15を、母材10のB面に向けて照射するとともに、アシストガス16をB面に向けて噴射する手段をとる。ここで、レーザ光15に関しては、実施例1における場合とほぼ同様に、少なくともバリ13が溶融されるようなエネルギー密度と時間でその照射が行なわれる。本実施例2では、少なくとも突起物溶融体を含むエッジ12近傍の溶融体が、アシストガスによって他方の面へと押し流されるように移動するので、一方の面から突起物が除去される。 Example 2
Example 1 is an example in which the molten burr is integrated with the melt of the
アシストガス16は、図3に示すように、バリ13が形成されている範囲を含んで貫通孔11に沿うように照射される。アシストガス16は、レーザ光15による溶融体13aが母材面B上を移動できる程度の低い圧力になされ、溶融体13aを薄く広く移動させるが、溶融体13aを吹き飛ばさないようにすることが好ましい。溶融体13aが吹き飛ばされると、母材10のB面側に飛散して他の場所に付着し、あるいはまた、貫通孔11を通過して母材10のA面側に飛散して付着するので好ましくない。
アシストガス16は、例えば先細り状のノズルから、バリの大きさ、材質、貫通孔の大きさ、長さなどに合わせて設定した圧力や速度で貫通孔11に向けて照射させることが好ましい。また、本発明では、アシストガスの運動エネルギーを利用し、溶融体をあたかも押し流すがごとくに移動させるので、部材の配置が自由である。また、突起物が溶融されていれば、必ずしもエッジ12は溶融されなくてもよい。As shown in FIG. 3, the assist
For example, the assist
レーザ光15により、バリ13が流動性を有する程度に溶融されると、溶融体13aは貫通孔11壁面C方向へと移動し、エッジ12を経て貫通孔壁面Cへと拡がりながら移動し、壁面Cの温度勾配に従って冷却されて凝固し、壁面Cと強固に結合される。このとき、エッジ領域も溶融されていると、実施例1におけると同様、溶融体13aはエッジ領域溶融体に吸収されて流動性が高まるとともに広く拡散されるので好ましい。溶融体13aの濡れる程度にエッジ領域の温度が高くなっていれば、溶融体13aはエッジ12上を貫通孔11方向へと移動することができるので、エッジ12は必ずしも溶融せずともよい。この場合、レーザ光15の出力を低くしたり、照射時間を短くしたりすることにより、エッジ12の「だれ」を小さくすることができる。
When the
アシストガス16の噴射タイミングは、必ずしもレーザ光15の照射タイミングに合せる必要はなく、個別に設定できるようにしてもよい。例えば、バリ13が溶融する頃にアシストガスの噴射を開始し、レーザ光15の照射停止後もさらに少しの時間流すようにしてもよい。本実施例では、流体の運動エネルギーで溶融体を移動させるので、母材10を、必ずしもB面が上向きになるように設定する必要はなく、B面を、下向き、横向き、または、傾斜姿勢にしてもよい。レーザの照射方向およびアシストガスの噴射方向は、B面に対してほぼ直角になる方向に合わせばよい。また、アシストガスの圧力または速度等を、溶融したバリ13aが吹き飛ばされない範囲で調節することにより、貫通孔11内でのバリ付着領域を制御できる。
The injection timing of the
実施例3
本実施例3は、被加工物の貫通孔をレーザ加工により穿孔する貫通穴穿孔工程を適用し、これにより生じた突起物をさらにレーザ加工により貫通孔壁面に移動させるものである。ここで、突起物としてはドロスを対象とし、例えば小径貫通孔を多数加工するとともに、ドロスを被加工物表面から除去するような自動化システムに好適である。 Example 3
In the third embodiment, a through hole drilling process is performed in which a through hole of a workpiece is drilled by laser processing, and a protrusion generated thereby is further moved to the through hole wall surface by laser processing. Here, the projection is suitable for an automated system that targets dross and, for example, processes a large number of small-diameter through holes and removes the dross from the surface of the workpiece.
図5Aに示すように、本発明のレーザ加工方法は、被加工物20のA面(下面)にレーザ光25とアシストガス26を照射および噴射して貫通孔21を形成する貫通孔穿孔工程によって、エッジを有しエッジ領域に突起物が形成されている部材を得る。図5Bに示すように、被加工物20のB面(上面)に開口した貫通孔21のエッジ22を含む領域にレーザ光35とアシストガス36を照射および噴射し、前記貫通孔21のエッジ22近傍のB面に形成されたドロス23を壁面Cに移動させることが好ましい。
貫通孔穿孔工程において、レーザ光25は、穿孔すべき貫通孔21直径とほぼ同径のスポット径とし、スポット領域の被加工物20を溶融させるエネルギー密度とされ、被加工物のA面に向けて照射される。アシストガス26は、被加工物20のA面に向けてレーザ光25のスポット径とほぼ同じ範囲に噴射され、溶融体を吹き飛ばすような運動エネルギーとされる。これにより、貫通孔21が形成されるまでの溶融体はスパッタとして被加工物20のA面側に飛び散るが、被加工物20の表面にあらかじめスパッタ付着防止剤を塗布したり、レーザヘッドにスパッタ回収用のフードを設け真空吸引したりする等により、被加工物20のA面側への付着を防止することができる。
貫通孔21が形成されると、溶融体は貫通孔21を通じてB面側に排出され、ドロスとしてエッジ22に付着する。As shown in FIG. 5A, the laser processing method of the present invention uses a through-hole drilling process in which a through-
In the through-hole drilling step, the
When the through
溶融体の形成は、前述した実施例2と同様な技術を用いる。すなわち、レーザ光35はB面に付着したドロス23の付着領域を含む大きさのスポット径とし、B面のドロス23を溶融するような熱エネルギーで被加工物20のB面に向けて照射される。ここで、被加工物20の照射面におけるエネルギー密度は、前記貫通孔穿孔工程におけるエネルギー密度よりも低いエネルギー密度が好ましい。なお、エッジ22のダレ量を減らしたい場合には、レーザ光35のエネルギー密度を下げるようにしてもよい。
アシストガス36は、溶融したドロス23がB面上を移動できるような運動エネルギーとされ、B面のドロス付着領域を含む範囲から貫通孔21に向けて照射する。
また、アシストガス36の運動エネルギーは、前記貫通孔穿孔工程における運動エネルギーよりも小さいエネルギーが好ましく、例えば設定圧力を貫通孔穿孔工程における設定圧力よりも低くすることで運動エネルギーを小さくすることができる。なお、B面に付着したドロス23が溶融されるときには、通常、貫通孔壁面Cに付着したドロスも溶融され、かつエッジ22の表面は溶融されているか、少なくとも溶融ドロスが濡れるに十分の温度に高められているので、溶融されたB面のドロス23は容易に壁面Cへと移動して冷却凝固される。For the formation of the melt, the same technique as in Example 2 described above is used. That is, the
The assist
Further, the kinetic energy of the
前述したように、溶融体の形成におけるレーザ光35およびアシストガス36は、貫通孔穿孔工程と比較して、レーザ光のエネルギー密度、スポット径およびアシストガスの噴射範囲、運動エネルギーを違えて、かつ貫通孔穿孔工程とは反対側の面に向けて被加工物に照射および噴射することが好ましく、被加工物の形態、貫通孔の仕様などに応じてレーザ加工設備を構築するとよい。例えば、被加工物が角状または円形状の板材で貫通孔を平面の所定範囲に形成するのであれば、レーザヘッドまたはワークセット台が3軸方向に制御される一般的なレーザ加工機を用いることが好ましい。このとき、先ず、貫通孔穿孔工程で貫通孔の全数を穿孔し、次に、被加工物を反転してセットし、レーザ光のエネルギーと焦点位置、およびアシストガスの圧力とノズル位置を調整し、溶融体の形成で貫通孔全数に対するドロスの移動を行うようにすることもできる。
As described above, the
また、被加工物が長尺部材で貫通孔を部材に沿って形成するのであれば、被加工物を図5A、図5Bで矢視したように移動させ、この移動経路に沿って、貫通孔穿孔工程用のレーザ光およびアシストガス照射および噴射用ステーションと、溶融体の形成用のレーザ光およびアシストガス照射および噴射用ステーションを順に設けたシステムにするとよい。この場合、貫通孔穿孔工程と溶融体の形成のレーザ光およびアシストガス照射および噴射方向は、図5A、図5Bに示す以外に図6A、図6Bで示すような態様にしてもよい。図5Bのように溶融体の形成に用いるレーザ光およびアシストガス照射および噴射方向を下向きにすると、ドロス除去に重力の作用も利用できるので、アシストガスの圧力をより小さくしたり、除去時間を短縮できたり、また特別のアシストガスを用いない実施例1の技術を適用することもできるので好ましい。 Further, if the workpiece is a long member and a through hole is formed along the member, the workpiece is moved as indicated by arrows in FIGS. 5A and 5B, and the through hole is moved along the movement path. A system in which a laser beam and assist gas irradiation / injection station for a drilling process and a laser beam and assist gas irradiation / injection station for forming a melt are sequentially provided may be used. In this case, the laser beam and assist gas irradiation and the jetting direction of the through-hole drilling step and the melt formation may be configured as shown in FIGS. 6A and 6B in addition to those shown in FIGS. 5A and 5B. As shown in FIG. 5B, when the laser beam and assist gas irradiation used for forming the melt and the injection direction are directed downward, the action of gravity can also be used for dross removal, so the assist gas pressure can be reduced or the removal time can be shortened. This is preferable because it can be applied, and the technique of Embodiment 1 that does not use a special assist gas can also be applied.
前記実施例1、2、3において、溶融体を貫通孔壁面へ移動させるレーザ光のスポット径よりも小さな直径の貫通孔に対するもので説明したが、溝加工および切断加工は、貫通孔穿孔作業を連続的に行ったものに相当し、同様に本発明を適用することができる。例えば、実施例1、2の技術、または、実施例3における溶融体形成技術は、図7Aに示すように、貫通孔31の直径と同じ幅を有する溝37に対しては、レーザ光35およびアシストガス36を、溝幅を含む範囲に照射および噴射し、被加工物に対し相対的に溝の長さ方向に移動させるようにして適用すればよい。
また、図7Bに示すように、貫通孔直径よりも大きな切断部47に対しては、レーザ光45およびアシストガス46を、切断エッジ42を包含する範囲に照射および噴射し、被加工物に対し相対的に切断エッジ42に沿って移動させるようにするとよい。また、突起物除去のためのレーザ光は、必ずしも、前記のようにB面に対して概ね直角方向で照射する必要性はなく、斜め方向から照射してもよく、母材端部の切断エッジに対しては、概ね水平方向の照射でもよい。また、対象部材の材質は、金属に限らず、セラミックス、樹脂等であってもよい。In the first, second, and third embodiments, the description has been given with respect to the through hole having a diameter smaller than the spot diameter of the laser beam that moves the melt to the wall surface of the through hole. It corresponds to what was performed continuously, and the present invention can be applied similarly. For example, in the techniques of Examples 1 and 2 or the melt formation technique in Example 3, as shown in FIG. 7A, the
Further, as shown in FIG. 7B, the laser beam 45 and the assist gas 46 are irradiated and jetted to a range including the
本発明のレーザ加工方法を適用する加工対象物としての好適部材は、左右のレール部と該レール部を連結するウェブ部とを有し、前記ウェブ部は前記貫通孔穿孔工程で貫通孔が形成されているオイルリング用線材である。特に、質量%で8〜25%のCrを含むステンレス鋼製オイルリング用線材が好適である。
本発明における部材をオイルリング用線材に適用する場合は、例えば、図8A、図8Bに示すような形状とする。このとき、代表的な寸法は、例えばウェブ部の厚さ51が0.5mm以下、ウェブ部に形成する貫通孔の幅52が0.3mm〜0.7mm、貫通孔の長さ53が0.5〜1.2mm、貫通孔のピッチ54が3〜10mmである。A suitable member as a processing object to which the laser processing method of the present invention is applied has a left and right rail part and a web part connecting the rail part, and the web part is formed with a through hole in the through hole drilling step. It is a wire rod for oil ring. In particular, a stainless steel oil ring wire containing 8 to 25% Cr by mass is suitable.
When the member in the present invention is applied to an oil ring wire, the shape is as shown in FIGS. 8A and 8B, for example. At this time, typical dimensions are, for example, that the
試験
前記実施例3に基づいて、先ず、連続的に走行している、質量%で、C:0.5%、Si:0.2%、Mn:0.3%、Cr:10%、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有するステンレス鋼製オイルリング用線材に、レーザ加工によって、オイル流通用の長円形貫通孔を連続的に多数穿孔した。次いで、レーザ加工により溶融体を貫通孔壁面へ移動させる加工を行った。対象としたオイルリング用線材は、図8Aに示すように、横断面略H字形状で、左右レール間の幅55が1.5mm、厚さ56が1.5mm、レール部を連結するウェブ部の平坦面幅57が1mm、厚さ51が0.4mmの線材である。また、図8Bに示すように、ウェブ部に幅52が0.5mm、長さ53が0.8mmの長孔状貫通孔58をピッチ54が10mmで直列に形成すべくレーザ加工を行った。 Based on the test Example 3, first, continuously running, mass%, C: 0.5%, Si: 0.2%, Mn: 0.3%, Cr: 10%, the balance A stainless steel oil ring wire having a composition composed of Fe and inevitable impurities was continuously drilled with a large number of oval through holes for oil circulation by laser processing. Subsequently, the process which moves a melt to a through-hole wall surface by laser processing was performed. As shown in FIG. 8A, the target oil ring wire has a substantially H-shaped cross section, a
レーザ加工設備は、前述した図5に示したものと同様、貫通孔穿孔工程用と溶融体の形成用のレーザ加工設備をオイルリング用線材の走行ラインに沿って直列に設置した。以下、類似要素には同じ符号を用いて、図5A、図5Bを基に説明する。
オイルリング用線材20は、ウェブ面が上下になるような姿勢で走行させており、図5A、図5BにおけるA面、B面がウェブの両面に対応する。貫通孔穿孔工程では、図5Aで説明したときと同様に、オイルリング用線材20の下方からウェブ面Aに向けて、出力4.5kWのパルスYAGレーザ25を、A面とB面の中間点に焦点を結ばせるようにしてスポット径約0.45mmで照射するとともに、アシストガスとして圧力0.7MPaの窒素ガス26を噴射して貫通孔21を穿孔した。なお、貫通孔穿孔工程では小径の孔を穿孔した後に所定寸法の孔を形成する、2段階の穿孔を行った。このとき、貫通孔21は、A面からB面に向けて狭まった形状となり、B面側のエッジ22にドロス23が数ヶ所点状に付着した。図10に貫通孔穿孔工程後のドロスが付着したオイルリング用線材の貫通孔外観の一例を示す。Similarly to the laser processing equipment shown in FIG. 5 described above, the laser processing equipment for the through-hole drilling process and the melt formation were installed in series along the traveling line of the oil ring wire. Hereinafter, similar elements will be described with reference to FIGS. 5A and 5B using the same reference numerals.
The
溶融体の形成では、図5Bで説明したと同様に、オイルリング用線材の上方からウェブ面Bに向けて、出力1.5kWのパルスYAGレーザ35を、B面上にスポット径約0.6mmとなるようにデフォーカスし、レーザ光が貫通孔とその周辺部を含むようにするとともにエネルギー密度を下げて照射した。また、アシストガス36としては、窒素ガスを貫通孔穿孔工程における圧力よりも下げてレーザ照射範囲に噴射した。具体的には、設定圧力を0.01MPa、0.03MPa、0.05MPa、0.1MPaと変えて噴射し、ドロス23の除去状態を観察した。なお、アシストガス36を噴射しない場合も行った。
In the formation of the melt, as described with reference to FIG. 5B, the
上記溶融体の形成を行ったオイルリング用線材20は、どのアシストガス36の圧力の場合も、貫通孔穿孔工程後に形成されたドロス23は、ほぼウェブ面B上から貫通孔21壁面Cに移動し、ドロスが貫通孔21壁面Cのほぼ全周に亘って付着していた。貫通孔21内での凝固体の付着状態を見ると、アシストガス36の圧力が高くなるほど貫通孔壁面Cの下方まで達して広く付着しており、かつ貫通孔21のB面側のエッジ領域が多くえぐられる傾向があった。なお、アシストガス36の圧力が0.1MPaの場合は、わずかではあったがウェブ面A上に付着している凝固体が見られ、圧力が若干高過ぎるものと思われる。
アシストガス36を噴射しない場合には、ドロスのほとんどが貫通孔壁面CのB面近傍に留まっていた。In the
When the
本発明の適用例を図11(写真)に示す。図11に示されるように、オイルリング用線材の貫通孔の周囲に付着していたドロスは、レーザの照射により、溶融されて面取り状をなしており、ドロスが脱落しないことを確認できた。 An application example of the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the dross attached around the through hole of the oil ring wire was melted and chamfered by laser irradiation, and the dross was not dropped off.
本発明の別の適用例として、出力0.7kWのパルスYAGレーザ35を、圧力が0.03MPaのアシストガス36と同時に噴射して、ドロスを貫通孔の壁面に移動させる加工を行なった。
図12に本発明オイルリング用線材の外観写真の一例を示す。図12に示すように、オイルリング用線材の貫通孔の周囲に付着していたドロスは、溶融体の形成でのレーザ照射により溶融され面取り状をなしており、ドロスが脱落しないことを確認できた。
図13に貫通孔断面のミクロ組織写真の一例を示す。図13に示すように、ドロスが溶融貫通孔の壁面に移動し、ドロスが脱落しないことが確認できた。これにより、オイルリング用線材として最適な線材を得ることができた。As another application example of the present invention, a
FIG. 12 shows an example of an external appearance photograph of the oil ring wire of the present invention. As shown in FIG. 12, the dross adhering to the periphery of the through hole of the wire for the oil ring is melted by the laser irradiation in forming the melt to form a chamfer, and it can be confirmed that the dross does not fall off. It was.
FIG. 13 shows an example of a microstructure photograph of the cross section of the through hole. As shown in FIG. 13, it was confirmed that the dross moved to the wall surface of the melt through hole and the dross did not fall off. Thereby, the optimal wire as an oil ring wire was able to be obtained.
本発明のレーザ加工方法は、内燃機関用オイルリング等の機械部品を含む各種部材の各種加工で生じるエッジの状態を改善する技術であり、エッジ領域に存在する突起物をレーザ照射によって除去できる。 The laser processing method of the present invention is a technique for improving the state of an edge generated by various processing of various members including mechanical parts such as an oil ring for an internal combustion engine, and can remove protrusions existing in the edge region by laser irradiation.
10、20 被加工物
15、35、45 突起物溶融用レーザ光
25 貫通孔形成用レーザ光
16、36、46 溶融突起物流動用アシストガス
26 貫通孔形成用アシストガス
13 バリ
23 ドロス
11、21、31 貫通孔
37 溝
12、22、42 エッジ
A 突起物非形成面
B 突起物形成側面(突起物除去対象面)
C 貫通孔壁面
51 ウェブ部の厚さ
52 貫通孔の幅
53 貫通孔の長さ
54 貫通孔のピッチ
55 オイルリング用線材の幅
56 オイルリング用線材の厚さ
57 ウェブ部の平坦面幅
58 貫通孔10, 20
C Through-
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