用于断裂分割工件的方法、工件和激光器单元技术

公开了一种用于断裂分割工件的方法和一种根据这种方法制造出的工件。根据本发明专利技术，进给速度和／或激光脉冲在激光加工期间依赖于工件几何参量和／或激光功率被调制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于断裂分割工件的方法、工件和激光器单元
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于断裂分割工件的方法、一种根据这种方法制造出的工件以及一种激光器单元。
技术介绍
在本 申请人:的EP0808228B2中说明了一种断裂分割方法，其中，在要断裂分割的连杆孔内借助激光能量构造出预先给定断裂平面的刻痕。该刻痕由多个刻痕段构成，它们的间距基本上由激光的脉冲频率和激光射束相对于连杆孔的进给速度得出。已经表明，通过这些刻痕段，刻痕效率相对于连续的刻痕可以非常显著地提高，从而可以用比较小的激光功率构成出刻痕。通过这个很小的激光功率和随之而来的很小的被引入的热能避免了在刻痕区域内的不期望的深入内部的组织结构变化，其中，仅刻痕的一定的边缘区遭受组织结构改变，并因此改善了断裂分割行为。在本 申请人:的DE2005031335A1中说明了一种经改进的方法，其中，刻痕不是直线状地构造，而是以具有直线状延伸的端部部段的正弦形来构造。以惊人的方式表明，通过这种刻痕构造可以再次改善断裂分割行为。具有这种刻痕段的激光刻痕特别是在断裂分割连杆和曲轴箱的情况下比现有技术得到更广泛的应用，这是因为这种刻痕的断裂行为优于连续的刻痕的断裂行为。尽管有这种很好的断裂分割特性，但仍然力求进一步改善断裂分割行为。
技术实现思路
与此对应地，本专利技术的任务在于，提供一种方法，该方法可以用很少的花费制造出断裂分割刻痕的刻痕段。此外，本专利技术的任务还在于提供一种根据该方法制造出的工件和一种用于执行该方法的激光器单元。该任务通过具有权利要求1的特征组合的方法、通过具有并列的权利要求10的特征的工件和具有权利要求12的特征的激光器单元来解决。在根据本专利技术的方法中，与在常规的做法中相似地，借助激光能量构造出激光刻痕，其中，该刻痕具有多个刻痕段。根据本专利技术，在激光刻痕期间，也就是说在构造刻痕期间进行对进给和/或激光脉冲的调制，该进给指的是在处于作用中的激光射束与工件之间的相对运动。通过该调制可以构造出具有不同深度的刻痕段或者刻痕间距的刻痕。刻痕段的“深度”在这里理解为在激光辐射方向上的侵入深度。此外可以通过改变进给速度和/或脉冲参数来改变连续的区域的深度，该连续的区域在下文中被称为刻痕基底。这种刻痕相对于常规的具有几乎保持不变的几何参量的刻痕来说具有改善的刻痕效率并因此具有改善的断裂力学。该方法在实践中可以用所有在断裂分割中使用的激光器类型来实现。激光射束的输入(Einkoppelung)优选关于刻痕纵轴线倾斜地进行。以惊人的方式表明，通过合适地选择上面提到的准则即使在非常高的脉冲频率和很快的进给的情况下仍然可以制造出设有穿孔的刻痕，其中，刻痕间距明显大于计算出的刻痕间距。该方法包带来如下优点，即，可以使用具有非常高的进给速度的高频激光器，从而使激光刻痕的构成与常规的解决方案相比可以明显更快地并且以更小的热量输入进行。根据本专利技术优选的是，根据周期函数例如正弦函数或者依赖于结构部件的几何参量来改变进给速度。在激光加工期间的进给速度可以在100mm / min至1500mm / min的范围内变化。激光射束可以相对于静止的工件例如通过激光头的移动或者更简单地通过使用摆动镜(扫描器)来运动，以动力学上反转的方式也可以使工件相对于静止的激光器运动，混合形式也是有利的。激光射束可以径向地，也就是说垂直于断裂分割刻痕或者关于断裂分割刻痕倾斜地输入。因此在径向地输入的情况下，刻痕段垂直于刻痕轴线，而在倾斜地输入的情况下它们关于刻痕轴线倾斜地安置。输入优选以<45°的角(相对于垂直于刻痕纵轴线的平面(在连杆的情况下是连杆孔的径向平面))进行。因此在连杆水平放置并且进给方向(刻痕轴线)与其垂直的情况下，该角例如与水平线成30°并且与竖直线成60° (参见图11)。脉冲调制例如可以通过改变脉冲宽度、脉冲频率、脉冲振幅和/或脉冲相位来进行。为了脉冲调制，这些参数可以单独地或者以任意组合的方式改变，以便这样使输入的脉冲功率/脉冲能量或者例如脉冲序列在脉冲功率恒定的情况下发生变化,并且相应地使刻痕深度或者刻痕间距沿刻痕的走向改变，并因此进一步优化断裂行为。因此，例如在坚硬的材料中构造出连续的断裂分割刻痕，在这种工件中刻痕间距或者刻痕深度可以依赖于断裂分割刻痕例如在连杆孔内以及沿在本来的连杆孔外部延伸的部段的走向进行改变。通过合适地选择参数，调制例如可以通过时控的脉冲能量斜坡调整来进行，其中，脉冲频率基本上保持恒定。术语“斜坡调整(Ramping)”通常理解为如下方法，在该方法中，使脉冲功率在一个脉冲序列期间成斜坡状地上升和/或从该斜坡出发减小。备选地，调制也可以通过脉冲序列调制/脉冲频率调制来进行，其中，脉冲功率可以大致保持恒定。如已经提到的那样，也可以改变其他参数。也可以设想，可以不仅对进给速度也对脉冲进行调制，其中，该调制可以一个接一个地或者也可以重叠地或者同时进行。根据本专利技术优选的是，作为激光器使用所谓的纤维激光器。这种纤维激光器由现有技术公知，因此可以取消对其结构的详细说明。在本专利技术的变型方案中，在大约100至200ns的脉冲持续时间的情况下使用具有50瓦或者100瓦的平均功率和明显大于1kHz，优选大于IOkHz的脉冲频率的激光器，其中，进给速度可以大于1000_ / min。与此对应地，在常规方法中脉冲频率大体在相同的数量级，其中，脉冲频率明显较低，例如为50至140Hz。在本专利技术的优选的实施例中，刻痕段从连续的刻痕基底中延伸出来。根据该方法制造出的工件例如可以是连杆或者曲轴箱或者其他工件，在这些工件中，轴承孔或者其他区域应借助断裂分割方法被分开。根据该方法制造出的工件可以通过改变进给速度或者激光的脉冲包括具有不同深度或者不同刻痕间距的刻痕段。在此特别优选的是，进给变化沿刻痕段周期地重复。用于执行该方法的激光器单元具有激光器模块、用于将通过激光器模块输出的激光射束聚焦到要加工的工件上的激光头和在进给方向上作用的进给轴。该激光器单元通过控制单元以如下方式被驱控，即，使进给可以在激光加工期间被调制。通过该控制单元也可以备选地或同时地执行脉冲调制。刻痕间距通过脉冲调制的周期，例如通过脉冲能量斜坡调整或者脉冲频率调制的周期来确定。本 申请人:保留对此要求权利。在此，高动态性的(hochdynamisch)进给轴是优选的，利用它能够以具有大于0.5g，优选在I至2g的范围内的加速度执行进给速度变化。这就是说，进给速度变化可以正弦形地，在极限的情况下甚至几乎呈矩形地，以很高的精度来执行。【附图说明】下面根据示意性的附图详细说明本专利技术的优选的实施例。附图中:图1示出用于在大的连杆孔内制造出断裂分割刻痕的激光器单元的原理图；图2示出按根据本专利技术的方法制造出的断裂分割刻痕的高倍放大的图示；图3示出利用改变的激光功率和/或脉冲频率的相应的图示；图4示出断裂分割刻痕依赖于进给的图示；图5示出断裂分割刻痕依赖于平均激光功率的图示；图6示出用于阐明刻痕深度与激光射束的进给的依赖关系的图表；图7示出用于阐明进给速度调制与时间的依赖关系的图表；图8示出用于阐述在进给速度调制中调整的刻痕深度与平均进给速度的依赖关系的图表和图像；图9示出在类似的条件下具有和不具有进给速度调制的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于借助激光能量断裂分割工件(1)的方法，其中，通过在激光射束(12)与工件(1)之间的相对移动构造出预先给定断裂分割平面的断裂分割刻痕(4)，其中，所述断裂分割刻痕以穿孔的形式构造有刻痕段(6)，其特征在于，进给速度(V)和／或激光器的脉冲参数在加工期间发生变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.06 EP PCT/EP2011/0553841.一种用于借助激光能量断裂分割工件(I)的方法，其中，通过在激光射束(12)与工件(I)之间的相对移动构造出预先给定断裂分割平面的断裂分割刻痕(4)，其中，所述断裂分割刻痕以穿孔的形式构造有刻痕段(6)，其特征在于，进给速度(V)和/或激光器的脉冲参数在加工期间发生变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，激光射束(12)关于刻痕纵轴线倾斜地输入。3.根据权利要求3所述的方法，其中，进给速度(V)根据周期函数，例如正弦函数进行变化。4.根据上述权利要求之一所述的方法,其中,进给速度在IOOmm/ min至1500mm / min之间变化。5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，脉冲调制通过改变脉冲宽度、脉冲频率、脉冲振幅和/或脉冲相位来进行，其中，参数单个地或者以任意组合的方式被调制。6.根据权利要求5所述的方法，其中，调制在脉冲频率恒定的情况下，通过时控的脉冲能量斜坡调整来进行。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，调制通过脉冲序列调制/脉冲频率调制，优选在IOOkHz至20kHz之间的范围内，以恒定的脉冲功率进行。8.根据上述权利要求之一所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：西格弗里德·格鲁勒，威利·布赖特豪普特，约阿希姆·克莱因，崔尔斯特·舍勒哈默，
申请(专利权)人：毛瑟韦尔克奥伯恩多夫机械制造有限公司，
类型：
国别省市：