雷射淬火方法
2023-05-29 11:02:06
專利名稱：雷射淬火方法
技術領域：
本發明涉及利用半導體雷射器的淬火方法。
背景技術：
例如，在專利文獻1(JP特開2003-138314號公報)中公開了本申請人提出的雷射淬火裝置。另外，在專利文獻2(JP特開2005-238253號公報)中公開了裝備在工具機主軸上的能拆裝自如的雷射淬火工具。
這些雷射淬火工具，把從雷射發生源的半導體雷射棒或半導體雷射塔(stack)發出的雷射，通過光纖、導波路，傳送到工具前端的光矩上。
圖1是被使用在本發明的雷射淬火方法中的雷射淬火工具的斜視圖，圖2是表示雷射淬火工具的整體構成的側剖視圖，圖3是圖2的俯視圖。用標號100表示整體的雷射淬火工具具有被載置在基座110上的半導體雷射塔120。半導體雷射塔120具有電源連接端子122，被連接在未圖示的電源上。
半導體雷射塔120的輸出被投入到有光通路132的保持架130內。在保持架130的光通路132內裝備聚光光學系統(透鏡)134，將半導體雷射塔120的輸出光束聚光。
被聚光的雷射束向保持架140內的散光光學系統透鏡142輸入，進行發散使光束的軸線平行。發散的雷射向安裝在方形光導波路150的一端部的第1反射鏡160輸送。被反射鏡160反射在方形光導波路150軸線方向上的雷射一邊被方形光導波路150內面上的反射面152反射一邊前進，被投射在保持架172內的再聚光光學系統透鏡170上。
在通過該方形光導波路150的期間，與以往的圓形剖面的光導波路相比，反射次數降低了，衰減也少了。
被再聚光光學系統透鏡170再次聚光的雷射束，被第2反射鏡180將軸線改變90°，從光導波路噴嘴190射出，在未圖示的工件表面上實施淬火處理。
圖6是表示利用上述的雷射淬火工具100的雷射淬火工藝的說明圖。
在工件W上雷射淬火工具100的噴嘴190一邊照射雷射束LB一邊沿箭頭F1方向前進，在工件W表面上形成沿著中心線L1的淬火部Y1。在接受來自當前的噴嘴190的雷射束LB的照射的部分形成雷射加熱部H0。
在比雷射加熱部H0稍微靠後的區域R1，由雷射產生的熱量擴散到工件W的母材內被迅速冷卻。
圖7是表示雷射淬火原理的說明圖。
圖7中的a圖表示接受來自噴嘴190的雷射束LB的照射的狀態，形成高溫的雷射加熱部H0。
圖7中的b圖表示噴嘴通過後的冷卻部的加熱部H1的狀態。因雷射而接受的熱能量E1擴散到工件W的母材內被迅速冷卻。通過該作用形成圖7中的c圖所示的淬火部H2。
圖8表示使噴嘴190沿著中心線L1通過的狀態，表示形成了寬度尺寸D1的雷射加熱部H0和淬火部的狀態。
因為通過一次進程的雷射淬火的寬度尺寸D1比較狹窄，所以為了形成寬度尺寸較大的淬火部，需要之後進行多次進程的雷射淬火。
圖9表示在寬度尺寸D10的較大區域內進行雷射淬火的狀態。
將噴嘴190移動間距P1達到與中心線L1、L2、L3對應的位置，形成淬火層H11、H12、H13。
圖10表示淬火層H13處理完成，進行相鄰層H14的淬火的狀態。在對層H14進行淬火時，被雷射束LB加熱的層H14的能量E1向通過淬火被硬化的層H13側傳導，通過該熱，被硬化的淬火層H13被再次加熱。
通過該再次加熱，跟已經通過淬火硬化的淬火層H3的層H14相鄰的部分變成退火狀態，形成軟化層S13。
也就是說，為了得到淬火寬度D10，通過多次進程，進行所謂的重疊燒制，在淬火層之間形成軟化層。
通過該現象，淬火層表面硬度高的表面HS和硬度低的表面SS形成以帶狀相鄰的結構。
在象這樣發生淬火表面硬度不均的情況下，在後續工序的研磨和切削加工等加工中的切削量由於硬度差，形成微妙的差異，就會出現硬度不均而影響加工精度的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種解決上述不良情形的雷射淬火方法。
為了實現上述目的，本發明的雷射淬火方法具有在淬火噴嘴通過的工件表面的多個進程之間預先形成槽的工序。
(發明效果)根據本發明，一邊使雷射束的光點照射在工件表面上的狹小範圍一邊通過多進程可淬火寬度尺寸較大的部分，這時，能夠防止在已經被硬化的部分發生退火。
因此，能形成具有均一硬度的淬火層。
圖1是在本發明的雷射淬火方法中使用的雷射淬火工具的斜視圖。
圖2是雷射淬火工具的側剖視圖。
圖3是圖2的俯視圖。
圖4是表示本發明的雷射淬火方法的概要的說明圖。
圖5是表示通過本發明的雷射淬火方法淬火處理的工件的剖面結構的說明圖。
圖6是表示使用雷射淬火工具的雷射淬火工藝的說明圖。
圖7是表示使用雷射淬火工具的雷射淬火工藝的說明圖。
圖8是表示沿著中心線通過噴嘴的狀態說明圖。
圖9是表示在寬度尺寸大的區域內進行雷射淬火的狀態的說明圖。
圖10是表示發生退火的狀態的說明圖。
圖中100-雷射淬火工具，110-基座，120-半導體雷射塔，130-聚光光學系統透鏡保持架，134-聚光光學系統透鏡，140-散光光學系統透鏡保持架，142-散光光學系統透鏡，150-方形光導波路，160-第1反射鏡(折返用反射鏡)，170-再聚光光學系統透鏡，180-第2反射鏡，190-光導波路噴嘴。
具體實施例方式
圖4是表示本發明的雷射淬火方法的概要的說明圖。
本發明的雷射淬火方法，在淬火噴嘴190重疊淬火的間距P1中間事先預加工槽C1、C2、C3。
這裡，間距P1是根據由雷射輸出/雷射輸出模式、噴嘴形狀、雷射振蕩器單元內的透鏡形狀等主要因素決定的向對象物雷射照射的熱能量分布的範圍而被設定的。另外，槽C1、C2、C3的寬度尺寸B1也是根據由雷射輸出/雷射輸出模式、噴嘴形狀、雷射振蕩器單元內的透鏡形狀等主要因素決定的向對象物雷射照射的熱能量分布的範圍為基礎而被設定的。
圖4表示沿著中心線L3移動噴嘴190加工淬火層H23之後將噴嘴190以1個間距P1平行移動，加工淬火層H24的狀態。
雷射束LB的熱能量E1也向淬火層H23側放射，不過，由於被槽3阻隔，所以可防止對淬火層H23進行退火。
圖5表示通過本發明的雷射淬火方法淬火處理的工件W的剖面結構。
各淬火層H21、H22、H23、H24之間因為被槽C1、C2、C3區隔開，所以淬火處理過的表面以均一的硬化層HS覆蓋。
因此，由於以均一的硬度進行後續工序的研削、切削加工等，所以能實現加工精度的提高。
權利要求
1.一種雷射淬火方法，將從半導體雷射塔射出的雷射束會聚形成光點，從淬火噴嘴射出，而對工件表面進行淬火，其特徵在於具有在淬火噴嘴通過的工件表面上的多個進程之間預先形成槽的工序。
2.如權利要求1所述的雷射淬火方法，其特徵在於所述槽被形成在相鄰進程的中央部。
全文摘要
本發明提供一種雷射淬火方法，可防止在雷射淬火時相鄰的完成淬火後的層上產生退火。根據本發明的雷射淬火方法，在淬火噴嘴(190)重疊淬火的間距(P
文檔編號C21D1/09GK101050482SQ20071008550
公開日2007年10月10日 申請日期2007年3月7日 優先權日2006年4月6日
發明者山崎恆彥, 宮川直臣 申請人:山崎馬扎克公司