Способ и система для лазерного упрочнения поверхности обрабатываемой детали - заявка 2016136401 на патент на изобретение в РФ

1. Способ лазерного упрочнения поверхности обрабатываемой детали, причем обрабатываемая деталь содержит по меньшей мере один участок поверхности, подлежащий упрочнению, причем способ включает:
проецирование лазерного луча (2) из лазерного источника (1) на указанный участок поверхности, чтобы получить лазерное пятно на указанном участке поверхности; создание относительного перемещения между поверхностью обрабатываемой детали (1000) и лазерным источником (1), обеспечивая тем самым последовательное проецирование лазерного пятна на разные части указанного участка поверхности;
во время указанного относительного перемещения повторяющееся сканирование лазерного луча (2) по соответствующей части указанного участка поверхности в двух измерениях, следуя схеме сканирования, чтобы создать на указанном участке поверхности двумерное эффективное лазерное пятно (5), причем указанное эффективное лазерное пятно (5) имеет распределение энергии,
при этом вследствие относительного перемещения указанное эффективное лазерное пятно проходит по указанному участку поверхности;
при этом указанная схема сканирования содержит по меньшей мере три сегмента (a, b, c), и при этом указанное сканирование лазерного луча осуществляют так, что указанный лазерный луч следует по меньшей мере по одному из указанных сегментов (b) чаще, чем он следует по меньшей мере по другому из указанных сегментов (a, c).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что схема сканирования содержит по меньшей мере три по существу параллельные линии (a, b, c), распределенные друг за другом в первом направлении, причем указанные линии проходят во втором направлении,
при этом указанные по меньшей мере три линии содержат первую линию (a), по меньшей мере одну промежуточную линию (b) и последнюю линию (c), расположенные друг за другом в указанном первом направлении,
при этом указанное сканирование лазерного луча осуществляют так, что указанный лазерный луч или фактическое лазерное пятно следует по указанной промежуточной линии (b) чаще, чем указанный лазерный луч следует по указанной первой линии (a) и/или указанной последней линии (c).
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что схема сканирования содержит по меньшей мере три по существу параллельные линии (a, b, c), распределенные друг за другом в первом направлении, причем указанные линии проходят во втором направлении,
при этом указанные по меньшей мере три линии содержат первую линию (a), по меньшей мере одну промежуточную линию (b) и последнюю линию (c), расположенные друг за другом в указанном первом направлении,
и при этом сканирование лазерного луча осуществляют так, что лазерное пятно сканируют по указанным линиям согласно последовательности, в соответствии с которой лазерное пятно после завершения следования по указанной первой линии (a) следует по указанной промежуточной линии (b), указанной последней линии (c), указанной промежуточной линии (b) и указанной первой линии (a) в таком порядке.
4. Способ по любому из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что указанная схема сканирования содержит несколько указанных промежуточных линий (b).
5. Способ по любому из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что лазерное пятно перемещают с более высокой скоростью по указанной по меньшей мере одной промежуточной линии (b), чем по указанным первой линии (a) и последней линии (c).
6. Способ по любому из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что схема сканирования дополнительно содержит линии (d1—d6), проходящие в указанном первом направлении, между концами первой, последней и промежуточных линий, тем самым указанное лазерное пятно следует по указанным линиям (d1—d6), проходящим в указанном первом направлении, при движении между указанной первой линией (a), указанными промежуточными линиями (b) и указанной последней линией (c).
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что лазерное пятно перемещают по указанным линиям (d1—d6), проходящим в первом направлении, с более высокой скоростью, чем по указанной первой линии (a) и указанной последней линии (c).
8. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что лазерное пятно перемещают по указанной схеме сканирования при поддержании мощности лазерного луча по существу постоянной.
9. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанная обрабатываемая деталь представляет собой коленчатый вал (1000).
10. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанный участок поверхности содержит по меньшей мере один более теплочувствительный подучасток и по меньшей мере один менее теплочувствительный подучасток, и при этом указанное распределение энергии адаптируют таким образом, чтобы на более теплочувствительном подучастке оно было иным, чем на менее теплочувствительном подучастке, для предотвращения перегрева указанного более теплочувствительного подучастка.
11. Способ лазерного упрочнения поверхностей шеек (1001, 1002) коленчатого вала (1000), причем указанный коленчатый вал имеет, по меньшей мере, первую шейку (1001), имеющую первую ширину, и, по меньшей мере, вторую шейку (1002), имеющую вторую ширину, причем указанная вторая ширина больше указанной первой ширины, причем каждая из указанных шеек содержит участок поверхности, подлежащий упрочнению, причем указанный участок поверхности проходит в первом направлении, соответствующем окружному направлению (W) шейки, и во втором направлении, параллельном оси (X) вращения коленчатого вала, причем способ включает:
A) на протяжении по меньшей мере одного этапа способа одновременное проецирование лазерного луча (2) из первого лазерного источника (1) и лазерного луча (2A) из второго лазерного источника (1A) на указанный участок поверхности указанной второй шейки (1002); и
B) на протяжении по меньшей мере другого этапа способа проецирование лазерного луча (2) из указанного первого лазерного источника (1) на указанный участок поверхности указанной первой шейки (1001) при одновременном проецировании лазерного луча (2A) из указанного второго лазерного источника (1A) на другую часть коленчатого вала.
12. Способ по п. 11, включающий:
A) на протяжении по меньшей мере одного этапа способа:
проецирование лазерного луча (2) из первого лазерного источника (1) на указанный участок поверхности указанной второй шейки (1002) для получения эффективного лазерного пятна (5) на указанном участке поверхности, причем указанное эффективное лазерное пятно (5) проходит в указанном втором направлении по первой части (P) участка поверхности, подлежащего упрочнению, и
проецирование другого лазерного луча (2A) из второго лазерного источника (1A) на указанный участок поверхности указанной второй шейки (1002) для получения эффективного лазерного пятна (5) на указанном участке поверхности, причем указанное эффективное лазерное пятно (5) проходит в указанном втором направлении по второй части (PA) участка поверхности, подлежащего упрочнению,
при этом указанная первая часть (P) и указанная вторая часть (PA) вместе проходят по основной части указанного участка поверхности, подлежащего упрочнению;
B) на протяжении по меньшей мере другого этапа способа:
проецирование лазерного луча (2) из указанного первого лазерного источника (1) на указанный участок поверхности указанной первой шейки (1001) для получения эффективного лазерного пятна (5) на указанном участке поверхности, причем указанное эффективное лазерное пятно (5) проходит в указанном первом направлении по основной части участка поверхности, подлежащего упрочнению;
на протяжении обоих указанных этапов способа
создание относительного перемещения между поверхностью коленчатого вала (1000) и лазерным источником (1) в указанном окружном направлении для последовательного проецирования эффективных лазерных пятен (5) на разные части указанных участков поверхности в окружном направлении;
причем указанные эффективные лазерные пятна (5) имеют двухмерное распределение энергии.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что первую часть (P) помещают по существу прилегающей к указанной второй части (PA) без какого-либо существенного перекрытия между первой и второй частями.
14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что первая часть (P) и вторая часть (PA) являются по существу перекрывающими друг друга.
15. Способ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что указанный участок поверхности содержит по меньшей мере один более теплочувствительный подучасток и по меньшей мере один менее теплочувствительный подучасток, и при этом указанное распределение энергии адаптируют таким образом, чтобы на более теплочувствительном подучастке оно было иным, чем на менее теплочувствительном подучастке, для предотвращения перегрева указанного более теплочувствительного подучастка.
16. Способ по любому из пп. 11-14, отличающийся тем, что на протяжении по меньшей мере одного этапа способа лазерный луч (2) из первого лазерного источника (1) проецируют на шейку одного коленчатого вала (1000), а лазерный луч (2A) из второго лазерного источника (1A) проецируют на шейку другого коленчатого вала.
17. Способ по любому из пп. 11-14, отличающийся тем, что на протяжении по меньшей мере одного этапа процесса две шейки, имеющие первую ширину, упрочняют во время одной операции, а одну шейку, имеющую вторую ширину, упрочняют во время второй операции, причем указанные операции следуют друг за другом, и без какого-либо относительного перемещения между лазерными источниками и коленчатым валом во втором направлении между указанными двумя операциями.
18. Способ упрочнения участков поверхности по меньшей мере двух коленчатых валов (1000), причем способ включает:
на протяжении, по меньшей мере, одного этапа способа одновременное использование лазерного луча (2) из первого лазерного источника (1) и лазерного луча (2A) из второго лазерного источника (1A) для упрочнения первого из указанных коленчатых валов; и
на протяжении, по меньшей мере, другого этапа способа одновременное использование лазерного луча (2) из первого лазерного источника (1) для упрочнения указанного первого из указанных коленчатых валов и лазерного луча (2А) из второго лазерного источника (1А) для упрочнения второго из указанных коленчатых валов.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что включает на протяжении, по меньшей мере, одного этапа способа одновременное использование лазерного луча (2) из первого лазерного источника (1) и лазерного луча (2A) из второго лазерного источника (1A) для упрочнения одного из указанных коленчатых валов и вместе с тем использование лазерного луча (2B) из третьего лазерного источника (1В) для упрочнения второго из указанных коленчатых валов.
20. Способ по любому из пп. 18 и 19, отличающийся тем, что указанный участок поверхности содержит по меньшей мере один более теплочувствительный подучасток и по меньшей мере один менее теплочувствительный подучасток, и при этом указанное распределение энергии адаптируют таким образом, чтобы на более теплочувствительном подучастке оно было иным, чем на менее теплочувствительном подучастке, для предотвращения перегрева указанного более теплочувствительного подучастка.
21. Устройство для упрочнения участка поверхности обрабатываемой детали (1000), причем устройство содержит по меньшей мере один лазерный источник (1) предназначенный для проецирования эффективного лазерного пятна на участок поверхности, и средства (12, 13, 21) для создания относительного перемещения между указанным участком поверхности и эффективным лазерным пятном, для перемещения указанного эффективного лазерного пятна по указанному участку поверхности для последовательного и постепенного нагрева разных частей указанного участка поверхности до температуры, достаточной для упрочнения, причем устройство предназначено для осуществления способа по любому из пп. 1-9.
22. Устройство для лазерного упрочнения поверхностей шеек коленчатого вала (1000), содержащее два лазерных источника (1, 1A) каждый из которых предназначен для проецирования эффективного лазерного пятна на участок поверхности шейки, и дополнительно содержащее средства (12, 13, 21) для создания относительного перемещения между указанным участком поверхности и эффективным лазерным пятном, для перемещения указанного эффективного лазерного пятна по указанному участку поверхности для последовательного и постепенного нагрева разных частей указанного участка поверхности до температуры, достаточной для упрочнения, и при этом устройство предназначено для упрочнения – на одном этапе процесса упрочнения поверхностей шеек коленчатого вала – одной шейки (1002) путем приложения лазерных лучей из обоих указанных лазерных источников на указанную шейку (1002), а на другом этапе указанного процесса двух шеек путем приложения лазерного луча из первого лазерного источника (1) из указанных лазерных источников на одну из указанных шеек (1001) и лазерного луча из другого лазерного источника (1A) из указанных лазерных источников на другую из указанных шеек (1001).
23. Устройство для одновременного лазерного упрочнения поверхностей шеек двух коленчатых валов (1000), содержащее три лазерных источника (1, 1A, 1B), каждый из которых предназначен для проецирования эффективного лазерного пятна на участок поверхности шейки, и дополнительно содержащее средства (12, 13, 21) для создания относительного перемещения между указанным участком поверхности и эффективным лазерным пятном, для перемещения указанного эффективного лазерного пятна по указанному участку поверхности для последовательного и постепенного нагрева разных частей указанного участка поверхности до температуры, достаточной для упрочнения, причем устройство предназначено для осуществления способа по п. 18 или 19.
Наверх