高速重畳スキャンにより空間強度分布を最適成形したレーザによる隅角部焼入れ法の開発

开发使用激光的角硬化方法，通过高速叠加扫描优化空间强度分布

• 批准号: 19K04116
• 负责人: 小川 圭二
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Ryukoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04116/
• 关键词: レーザ; 空間強度分布; 焼入れ; 硬度分布; 高精度; 機械工作・生産工学; 精密部品加工; 材料加工・処理

レーザ焼入れは、必要箇所のみを硬化させることが可能で、強度向上はもちろん、ひずみレス、クリーンな作業環境も実現できるため、産業界で急速に利用が進んでいる注目技術である。本研究課題では、隅角部（凹凸部）を有する鉄鋼材部品を対象とし、超高速重畳スキャンにより空間強度分布を最適成形したレーザを用いた焼入れ法を開発し、多種多様な隅角部に確実に硬化領域を形成する技術を確立することを最終目的にしている。令和4年度も、引き続き、熱シミュレーションによる硬化領域予測技術の確立とその検証実験に取り組んだ。令和元年度は、トップハット分布矩形レーザを想定また実際に用いて、平面階段形状工作物の隅角部の焼入れについて検討し効果を見出し、令和2年度は高速スキャンレーザでの検討を開始したが、研究を進めるなかで、焼入れ試験においても強度分布測定においても、スキャンレーザ特有の課題が顕在化し、その課題克服に注力することになった。令和3年度は、まずはラインビームを成形して段付き部を模したモデルに対して、熱シミュレーションによる適正条件の検討とその効果の検証試験を中心に研究を進めた。工作物隅角部に応じて、レーザ出力を制御する手法を考案し、熱シミュレーションを用いて適正化を図った。令和3年度は、これを深耕し、工作物寸法に応じて適正な出力制御を行うことで角部と隅部両方に硬化領域を形成することに成功した。(1)角部、中間部、隅部の熱容量の大きさに応じて段階的にレーザ出力を調節する照射方法は隅角部へのレーザ焼入れの均一化に有効である。(2)熱シミュレーションを用いて工作物内の温度履歴を分析することにより、2つ目の温度ピークが冷却速度の定義範囲内で生じると冷却速度が臨界冷却速度まで上がらず、焼入れできない場合がある。

The industry is rapidly utilizing the latest technology in the industry. This research topic is to establish the technology of forming hardened areas for steel parts with corner parts and ultra-high speed parts, and to optimize the spatial strength distribution of steel parts. In order to establish and verify the technology of hardening field prediction in 2004, the author made a series of research and development projects. In the first year of the year, the rectangular distribution was determined, and the results of the burning of the corners of the workpiece in the flat phase shape were observed. In the second year of the year, the burning of the corners of the workpiece in the flat phase shape was observed. In the second year, the burning of the corners of the workpiece in the high speed was observed. In the third year, the burning of the corners of the workpiece was observed. In the second year, the burning of the corners of the workpiece was observed. In the third year, the burning of the corners of the workpiece was observed. In the fourth year, the burning of the corners of the workpiece was observed. In the fourth year, the burning of the corners of the workpiece was observed. In the second year, the burning of the corners of the workpiece was observed. In the fourth year, the burning of the corner of the workpiece was observed. In the fourth year, the burning of the corner of the workpiece was observed. In the fourth year, the burning of the workpiece was observed. In the second year, the burning of the workpiece was observed. In the fourth year, the burning of the second year, the high speed was observed. The problem is to overcome the stress of the problem. In 2003, the Ministry of Education and the Ministry of Health conducted a study on the appropriate conditions for the development of the disease. The method of controlling the output of the corner of the workpiece is studied, and the heat distribution is corrected. In the third year of the year, the work method was improved, the work force was improved, and the corner area was hardened. (1)The irradiation method that adjusts the output of each step of the corners, middle parts, and corners due to the large heat capacity is effective in homogenizing the heat penetration into the corners. (2)The temperature behavior in the workpiece is analyzed in the heat treatment system. The temperature of the workpiece is determined by the definition of cooling speed. The cooling speed is determined by the critical cooling speed.

项目成果

高速スキャンレーザと筒状内面鏡を用いたシャフト部品の全周焼入れに関する基礎的検討

利用高速扫描激光和柱面内镜对轴类零件进行全圆周淬火的基础研究

• 发表时间: 2020
• 作者: 清水 淳;中山智隆;山本武幸;周 立波;小貫哲平;尾嶌裕隆;不破雅教，田邉裕貴，小川圭二，中川平三郎，塚田悠人，後藤雄輝
• 通讯作者: 不破雅教，田邉裕貴，小川圭二，中川平三郎，塚田悠人，後藤雄輝

PROPOSAL OF HIGH-QUALITY LASER HARDENING SYSTEM FOR SHAFT PARTS USING CYLINDRICAL MIRROR AND RING-BEAM SHAPED BY HIGH-SPEED LASER SCAN SYSTEM

利用高速激光扫描系统成型的柱面镜和环梁的轴类零件高质量激光淬火系统的提案

• 发表时间: 2020
• 期刊: Proceedings of the JSME 2020 Conference on Leading Edge Manufacturing/Materials and Processing
• 作者: Hirotaka Tanabe;Keiji Ogawa;Heisaburo Nakagawa;Hirohito Tsukada;Yuki Goto
• 通讯作者: Yuki Goto