Anwendungen des Laserhärtens (Laserabschreckens) für ausgewählte Metallkomponenten

Los geht's!
Anwendungen des Laserhärtens (Laserabschreckens) für ausgewählte Metallkomponenten

Übersicht über die Anwendungsfälle

Das Laserhärten, auch bekannt als Laser-Oberflächenwärmebehandlung, ist ein fortschrittliches Verfahren zur Oberflächenveredelung, das die Verschleißfestigkeit deutlich verbessert und die Lebensdauer der Bauteile verlängert. Es wird häufig bei Stahl- und Gusseisenteilen angewendet. Während der Bearbeitung erzeugt ein Laser eine präzise kontrollierte, örtlich begrenzte Erwärmung, die die Materialtemperatur schnell über den Austenitisierungspunkt, aber unter den Schmelzpunkt anhebt. Die Oberfläche wird dann durch die Wärmeleitfähigkeit des Grundmaterials selbst abgeschreckt, wodurch die erhitzte Schicht schnell abkühlt und die Härtungsumwandlung abgeschlossen wird.

Durch dieses Verfahren entsteht auf der behandelten Oberfläche eine hochharte, ultrafeine martensitische Mikrostruktur, die die Oberflächenhärte und die Verschleißfestigkeit erheblich verbessert. Außerdem werden an der Oberfläche Druckeigenspannungen erzeugt, die die Ermüdungsfestigkeit und die langfristige Haltbarkeit bei zyklischer Belastung verbessern.

Szenario 1: Laserhärtung von Formen

Greenstone-Tech wendet fortschrittliche Lasertechnologie an, um die Oberflächen von Formen zu stärken, die Härte zu erhöhen und die Lebensdauer der Formen zu verlängern.

Formen für Karosserieteile werden in der Regel aus legiertem Gusseisen hergestellt. Aufgrund der Eigenschaften von legiertem Gusseisen ist eine allgemeine Wärmebehandlung nicht geeignet. Beim herkömmlichen Flammhärten wird in der Regel eine Oberflächenhärte von 40-50 HRC erreicht. Beim Laserhärten können mithilfe von Offline-Programmierung, Teach-Programmierung und Expertenprogrammierung komplexe dreidimensionale Werkzeugwege für Teile mit komplizierter Geometrie geplant und ausgeführt werden. Die Oberflächenhärte der Formen kann 55-65 HRC erreichen, mit einer effektiven Härtetiefe von 0,5-0,7 mm. Dadurch wird die Verschleißfestigkeit deutlich erhöht, die Kratzerbildung an den Teilen wirksam verringert und die Online-Reparaturrate für Formen auf unter 4% gesenkt. Das großflächige Schleifen von Tiefziehwerkzeugen ist nicht mehr erforderlich, sondern nur noch eine einfache Wartung.

Bei Tiefziehwerkzeugen ist die wärmebeeinflusste Fläche groß. Herkömmliches Flammen- oder Induktionshärten führt oft zu erheblichen thermischen Verformungen, die die Formgenauigkeit beeinträchtigen und zusätzliche Schritte erfordern. Die Härtestabilität ist schwer aufrechtzuerhalten und die Vorlaufzeiten sind lang. Das Laserhärten minimiert die Verformung - oft wird sie sogar ganz eliminiert - und erfüllt die Qualitätsanforderungen ohne zusätzliche Prozesse.

Bei Einsatzoberflächen in Automobilwerkzeugen, wie z. B. Schnittkanten von Zierleisten und Arbeitsflächen von Umformwerkzeugen, führt das herkömmliche Flammhärten zu starken Verformungen. Die Einsätze müssen dann nach dem Härten korrigierend bearbeitet werden, was die Produktionszeit verlängert und die Härtekontrolle erschwert. Formeinsätze sind aufgrund der großen gehärteten Oberflächenbereiche besonders schwierig, da diese anfällig für Anlaßprobleme sind, die zu Härteverlusten führen.

Studien und praktische Anwendungen bei Greenstone-Tech haben gezeigt, dass das Laserhärten die Verformung der Wendeschneidplatten und die Härtegenauigkeit wirksam kontrolliert. Mit Laserhärtung behandelte Einsätze weisen eine stabile Härte und minimale Verformung auf und können nach der Fertigbearbeitung gehärtet werden. Dies verbessert die Bearbeitungseffizienz erheblich und senkt die Herstellungskosten.

Anwendungen des Laserhärtens (Laserabschreckens) für ausgewählte Metallkomponenten

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Szenario 2: Laserhärtung von Bohrstangengewinden

Greenstone-Tech hat umfangreiche Tests zu Laseroptik, Bearbeitungsmedien und Prozessparametern durchgeführt, um die Laserhärtetechnologie für Gewindebohrstangen zu beherrschen. Diese Fähigkeit wurde erfolgreich auf Gewinde verschiedener Rohrdurchmesser angewandt.

Das Laserhärteverfahren zeichnet sich durch eine schnelle Erwärmung und Abkühlung aus, so dass die behandelten Gewinde direkt und ohne Nachglättung verwendet werden können. Die Tiefe der gehärteten Schicht wird mit 0,4-0,8 mm am Zahnkamm und 0,1-0,4 mm am Zahnfuß präzise gesteuert. Nach dem Laserhärten weist die Gewindeoberfläche eine ultrafeine Kornstruktur auf, wobei die Verschleißfestigkeit um das 2-3fache verbessert wurde. Die mechanische Festigkeit erfüllt die Anforderungen an hohe Drehmomente und lange Bohrstrecken und verlängert die Lebensdauer erheblich.

Die wichtigsten Vorteile:

  • Sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, minimale Wärmeeinflusszone und extrem geringe Verformung

  • Höhere Härte als herkömmliche Härteverfahren, mit dichtem martensitischem Gefüge und ausgezeichneter Zähigkeit

  • Präzise Bearbeitung lokaler Bereiche, Nuten und spezieller Profile, die mit dem traditionellen Härten nicht möglich sind

  • Sauberes, umweltfreundliches und effizientes Verfahren (kein Wasser, Öl oder Abschreckflüssigkeiten erforderlich)

  • Erzeugt Druckeigenspannungen, die die Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessern

Anwendungen des Laserhärtens (Laserabschreckens) für ausgewählte Metallkomponenten

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