JP2008142732A - Laser clad working method and powder feeder for laser clad working apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザクラッド加工方法及びレーザクラッド加工装置の粉末供給装置に関する。 The present invention relates to a laser cladding processing method and a powder supply apparatus for a laser cladding processing apparatus.
例えば、自動車エンジンでは、バルブシートとして従来のシートリングを打ち込む方式に変えてバルブシート合金をシリンダーヘッドへ直接肉盛りする方式が採用され初めている。 For example, in an automobile engine, instead of a conventional method of driving a seat ring as a valve seat, a method of directly depositing a valve seat alloy on a cylinder head has been adopted.
このように、バルブシート合金をシリンダーヘッドに直接肉盛りすれば、シートリングの打ち込み方式に比べて熱伝導性を大幅に向上させることができ、冷却性能を高めることができる。 As described above, if the valve seat alloy is directly built on the cylinder head, the thermal conductivity can be greatly improved as compared with the seat ring driving method, and the cooling performance can be improved.
かかる肉盛り方式は、粉末供給装置のノズルから金属粉末を加工部に供給しながらレーザ発振器からレーザを照射することによって行われる(例えば、特許文献1など参照)。
ところで、レーザクラッド加工方法では、加工部の周囲に余分な金属粉末が飛び散らないように粉末の広がりを抑えるために、ノズルの内径を次第に先端に行くに従って細く絞るようにしてある。このため、供給する金属粉末の量によっては、絞られた内径の部分で粉末が引っ掛かかる場合がある。金属粉末が引っ掛かると、加工部での粉末供給量に変動が生じ、肉盛りの厚みにばらつきが生じ、品質不良が発生する。 By the way, in the laser clad processing method, the inner diameter of the nozzle is gradually narrowed toward the tip in order to suppress the spread of the powder so that excess metal powder does not scatter around the processed portion. For this reason, depending on the amount of the metal powder to be supplied, the powder may be caught at the narrowed inner diameter portion. When the metal powder is caught, fluctuations occur in the amount of powder supplied in the processed part, resulting in variations in the thickness of the build-up, resulting in poor quality.
また、肉盛り開始時には、金属粉末が出ていない状態から出し初めの時においては、粉末供給量が安定しないという問題もある。 In addition, there is also a problem that the powder supply amount is not stable at the start of the build-up, when the metal powder is not taken out and at the beginning.
そこで、本発明は、肉盛り開始時から金属粉末を安定して加工部に供給することができ、肉盛りの厚みにばらつきが生じることなく高品質の肉盛りを形成することのできるレーザクラッド加工方法及びレーザクラッド加工装置の粉末供給装置を提供する。 Therefore, the present invention can stably supply metal powder from the beginning of build-up to the machined portion, and can form a high-quality build-up without variation in the build-up thickness. A method and a powder supply apparatus for a laser cladding apparatus are provided.
本発明は、ノズルの先端から金属粉末を加工部に供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工方法において、前記加工部にレーザを照射して肉盛りを開始する前に、予め前記ノズルの先端から金属粉末を少量供給させておくことを特徴とする。 The present invention relates to a laser cladding processing method in which a metal powder is supplied from a tip of a nozzle to a processing part to perform overlaying before irradiating the processing part with laser and starting the overlaying. A small amount of metal powder is supplied from the tip of the nozzle.
また、本発明は、ノズルの先端から金属粉末を加工部に供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工装置の粉末供給装置において、前記加工部にレーザを照射して肉盛りを開始する前に、予め前記ノズルの先端から金属粉末を少量供給させておき、その加工部に供給される金属粉末を肉盛り開始時まで回収する粉末回収手段を備え、肉盛り開始時には、前記粉末回収手段を加工部から退避させるように構成したことを特徴とする。 Further, the present invention provides a powder supply apparatus for a laser cladding processing apparatus that performs overlaying by irradiating a laser while supplying metal powder from the tip of a nozzle to the processing section, and irradiating the processing section with laser to form the overlay. Before starting, a small amount of metal powder is supplied in advance from the tip of the nozzle, and equipped with a powder recovery means for recovering the metal powder supplied to the processed part until the start of build-up, at the start of build-up, the powder The collection means is configured to be retracted from the processing unit.
また、本発明は、ノズルの先端から金属粉末を加工部に供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うレーザクラッド加工装置の粉末供給装置において、前記加工部にレーザを照射して肉盛りを開始する前に、予め前記ノズルの先端から金属粉末を少量供給させておき、その加工部に供給される金属粉末を肉盛開始時までエアーを吹き付けて回収するエアー吹付け手段と粉末回収手段とを備え、肉盛り開始時には、前記エアー吹付け手段によるエアーの吹き付けを停止させるように構成したことを特徴とする。 Further, the present invention provides a powder supply apparatus for a laser cladding processing apparatus that performs overlaying by irradiating a laser while supplying metal powder from the tip of a nozzle to the processing section, and irradiating the processing section with laser to form the overlay. Before starting, a small amount of metal powder is supplied in advance from the tip of the nozzle, and an air spraying means and a powder recovery means for recovering the metal powder supplied to the processed part by blowing air until the start of overlaying The air spraying by the air spraying means is stopped when the build-up is started.
本発明のレーザクラッド加工方法によれば、加工部にレーザを照射して肉盛りを開始する前に、予めノズルの先端から金属粉末を少量供給させておくので、肉盛り開始から安定して金属粉末を加工部に供給することができる。その結果、肉盛りの厚みにばらつきが生じることがなく品質不良を無くすことができる。 According to the laser clad processing method of the present invention, a small amount of metal powder is supplied from the tip of the nozzle in advance before irradiating the processing part with laser and starting the build-up, so that the metal is stably formed from the start of the build-up. Powder can be supplied to the processing section. As a result, there is no variation in the thickness of the build-up and quality defects can be eliminated.
本発明のレーザクラッド加工装置の粉末供給装置によれば、肉盛り開始時までは加工部に供給される金属粉末を粉末回収手段で回収し、肉盛り開始時には粉末回収手段を加工部から退避させるように構成したので、肉盛り開始から金属粉末を安定して加工部に供給することができる。 According to the powder supply device of the laser cladding processing apparatus of the present invention, the metal powder supplied to the processing part is recovered by the powder recovery means until the start of build-up, and the powder recovery means is retracted from the processing part at the start of build-up. Since it comprised so, a metal powder can be stably supplied to a process part from the buildup start.
また、本発明のレーザクラッド加工装置の粉末供給装置によれば、肉盛り開始時までは加工部に供給される金属粉末をエアー吹付け手段によりエアーを吹き付けて加工部には供給されないようにし、その吹き飛ばした金属粉末を粉末回収手段で回収し、肉盛り開始時にはエアーの吹き付けを停止させることで、肉盛り開始から金属粉末を安定して加工部に供給することができる。 Further, according to the powder supply device of the laser cladding processing apparatus of the present invention, until the start of build-up, the metal powder supplied to the processing part is blown by air blowing means so that it is not supplied to the processing part. The metal powder blown off is collected by the powder collecting means, and by stopping the air blowing at the start of the build-up, the metal powder can be stably supplied to the processing part from the start of the build-up.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
「実施の形態1」
図1はレーザクラッド装置を示す斜視図、図2は粉末供給装置のノズル先端から金属粉末を加工部に供給している状態を示す図、図3は粉末供給装置のノズル部分を示し、(A)はノズル先端部分の拡大縦断面図、(B)は(A)のX−X線位置における横断面図、図4は金属粉末の供給状態を示し、(A)は肉盛り開始前に予め金属粉末を少量供給させておきその金属粉末を粉末回収手段で回収している状態を示す図、(B)は肉盛り開始時に粉末回収手段を加工部から退避させた状態を示す図、図5(A)は粉末装置出口部分における粉末供給量を時間の経過と共に示す図、図5(B)は加工点部分における粉末供給量を時間の経過と共に示す図である。
“Embodiment 1”
FIG. 1 is a perspective view showing a laser clad apparatus, FIG. 2 is a view showing a state in which metal powder is supplied from a nozzle tip of a powder supply apparatus to a processing unit, FIG. 3 shows a nozzle part of the powder supply apparatus, ) Is an enlarged vertical cross-sectional view of the nozzle tip portion, (B) is a cross-sectional view taken along the line XX of (A), FIG. 4 shows the supply state of the metal powder, and (A) is pre- FIG. 5 is a diagram showing a state in which a small amount of metal powder is supplied and the metal powder is being collected by the powder collecting means; FIG. 5B is a diagram showing a state in which the powder collecting means is withdrawn from the processing portion at the start of build-up; (A) is a figure which shows the powder supply amount in a powder apparatus exit part with progress of time, FIG.5 (B) is a figure which shows the powder supply amount in a process point part with progress of time.
レーザクラッド装置は、図1に示すように、例えば自動車用エンジンなどのシリンダーヘッド1の加工部であるバルブシート部2にレーザhvを照射するレーザ照射装置3と、バルブシート部2に金属粉末4を供給する粉末供給装置5とを備えている。
As shown in FIG. 1, the laser cladding device includes a
レーザ照射装置3は、レーザ発振器6と、このレーザ発振器6により発振されるレーザの強さなどを制御するレーザ発振器制御部7と、NC制御装置8と、レーザを集光してバルブシート部2に照射させる集光ヘッド9とからなる。レーザ発振器6で発振されたレーザは、レーザ発振器制御部7で制御されて集光ヘッド9に供給され、この集光ヘッド9で絞られてバルブシート部2に照射される。
The
なお、レーザhvは、例えば波長0.8〜9μm、出力2kW、照射速度1.2m/分で照射される。 The laser hv is irradiated at a wavelength of 0.8 to 9 μm, an output of 2 kW, and an irradiation speed of 1.2 m / min, for example.
粉末供給装置5は、バルブシート部2に金属粉末4を供給するノズル10(図1では図示を省略し図2に示す)と、金属粉末4を収容して置くホッパー11と、金属粉末4の量を計測する荷重計12と、ホッパー11からノズル10へと金属粉末4を送り込むフィーダ13と、これらを制御する粉末制御部14とからなる。ノズル10の先端からは、ホッパー11に収容された金属粉末4がフィーダ13により送られることで、前記バルブシート部2へと吹き付けられる(注:粉末供給装置5の構成に関してはこの記載で良いかチェック頂きたいと存じます)。
The
なお、金属粉末4は、例えば銅合金が使用され、0.8g/秒で供給される。
The
このレーザクラッド装置では、前記レーザ発振器6とレーザ発振器制御部7とNC制御装置8と粉末供給制御部14とがそれぞれコンピュータ15によって制御されている。また、このレーザクラッド装置では、バルブシート部2の周辺に余分な金属粉末4を送給しないよう粉末の広がりを抑えるために、ノズル10の先端を図3に示すように絞り、噴出口16を小径なものとしている。
In this laser cladding apparatus, the
このように構成されたレーザクラッド装置によりバルブシート部2に金属粉末4を供給しながらレーザを照射して肉盛りを行うことでバルブシート合金を形成するが、その際に、図2に示すように、シリンダーヘッド1を矢印Aで示すように回転させながらレーザクラッド加工を行う。
While the
特に本実施の形態では、バルブシート部2にレーザhvを照射して肉盛りを開始する前は、図4(A)に示すように、予めノズル10の先端から金属粉末4を少量供給させておき、そのバルブシート部2に供給される金属粉末4を粉末回収手段17で肉盛り開始時まで回収するようにする。
In particular, in the present embodiment, before starting the build-up by irradiating the
粉末回収手段17は、スロート部18内に設けられ、バルブシート部2に供給される金属粉末4を受け取る粉末受け部19と、この粉末受け部19で受けた金属粉末4を回収する回収部20とからなる。また、この粉末回収手段17は、スロート部18内において、図4(B)に示すように粉末受け部19をバルブシート部2と対応する位置とこのバルブシート部2から離れた退避位置との間で回動自在とされている。
The powder recovery means 17 is provided in the
なお、粉末回収手段17で回収した金属粉末4は、再びホッパー11へと戻されて再利用される。
The
以上のように構成されたレーザクラッド装置でバルブシート合金を形成するには、先ず、図4(A)に示すように、粉末回収手段17の粉末受け部19をバルブシート部2と対応する位置に移動させた状態とし、ノズル10の噴出口16から金属粉末4を少量供給させる。そして、そのバルブシート部2に供給された金属粉末4を、前記粉末受け部19で受けて回収部20へと回収する。このときの粉末供給装置5の出口では、図5(A)のa時間で示すように少量の金属粉末4が供給されるが、バルブシート部2では、図5(B)のa時間で示すように一切金属粉末4が供給されない。
In order to form a valve seat alloy with the laser clad apparatus configured as described above, first, as shown in FIG. 4A, the
そして、肉盛り開始時には、図4(B)に示すように、粉末回収手段17を移動させて粉末受け部19をバルブシート部2から退避させる。それにより、ノズル10の噴出口16からは、予め少量供給されていた金属粉末4がバルブシート部2に向かって供給される。そして、金属粉末4の供給量を、図5に示すように次第に増やして行きb時間の所定供給量となった時点でレーザhvを照射して肉盛りを開始する。
At the start of the build-up, the powder collecting means 17 is moved to retract the
このように、本実施の形態によれば、バルブシート部2にレーザhvを照射して肉盛りを開始する前に、予めノズル10の先端から金属粉末4を少量供給させているので、肉盛り開始時に金属粉末4を急に供給したときのように供給量にばらつきが生じることなく安定した粉末供給量を維持することができる。このように、本実施の形態では、肉盛り開始から安定して金属粉末4をバルブシート部2に供給することができることにより、肉盛りの厚みにばらつきが生じることがなく品質不良を無くすことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, a small amount of the
また、本実施の形態によれば、粉末回収手段17で肉盛り開示時まではバルブシート部2に金属粉末4が供給されないようにすると共にその金属粉末4を回収し、肉盛り開始時には粉末受け部19をバルブシート部2から退避させるようにしたので、肉盛り開始時から金属粉末4を安定してバルブシート部2に供給することができると共に金属粉末4を再利用することができる。
Further, according to the present embodiment, the
「実施の形態2」
図6は金属粉末の供給状態を示し、(A)は肉盛り開始前に予め金属粉末を少量供給させておきその金属粉末をエアー吹付け手段でエアーを吹き付けて飛ばすと共に粉末回収手段で回収している状態を示す図、(B)は肉盛り開始時にエアーの吹き付けを停止させた状態を示す図である。
“
FIG. 6 shows the supply state of the metal powder. FIG. 6A shows that a small amount of the metal powder is supplied in advance before the build-up is started, and the metal powder is blown off by air blowing means and is collected by the powder collecting means. (B) is a figure which shows the state which stopped the blowing of air at the time of build-up start.
本実施の形態では、肉盛り開始前までは、図6(A)に示すようにバルブシート部2に供給される金属粉末4をエアー吹付け手段21で吹き飛ばし該バルブシート部2に落下させずに粉末回収手段22で回収し、肉盛り開始時には、前記エアー吹付け手段21によるエアー吹き付けを停止して金属粉末4を前記バルブシート部2に供給させる。
In the present embodiment, the
エアー吹付け手段21は、シリンダーヘッド1の外部に設けられ、エアーをノズル10の先端に向けて吹き付けるように構成されている。粉末回収手段22は、スロート部18の内部に設けられ、ノズル10の噴出口16から噴き出されエアーにより向きを変えられた金属粉末4を回収するようになっている。
The air blowing means 21 is provided outside the cylinder head 1 and is configured to blow air toward the tip of the
このように、エアー吹付け手段21と粉末回収手段22とを備えたレーザクラッド装置では、バルブシート部2にレーザhvを照射して肉盛りを開始する前に、図6(A)に示すように、ノズル10の先端から金属粉末4を少量供給させておくと共にバルブシート部2に供給される金属粉末4をエアー吹付け手段21で吹き飛ばして当該バルブシート部2に落下させずに粉末回収手段22で回収させる。そして、肉盛り開始時には、エアー吹付け手段21によるエアー吹き付けを停止して金属粉末4をバルブシート部2に供給させ、レーザhvを照射して肉盛りを行う。
As described above, in the laser clad apparatus including the air spraying means 21 and the powder collecting means 22, as shown in FIG. 6 (A), before the
このように、本実施の形態によれば、肉盛り開示時まではバルブシート部2に供給される金属粉末4をエアー吹付け手段21でエアーを吹き付けて吹き飛ばすことでバルブシート部2には落下させずに粉末回収手段22で回収し、肉盛り開始時にはエアー吹き付けを停止して金属粉末4をバルブシート部2に供給させるようにしたので、肉盛り開始時から金属粉末4を安定してバルブシート部2に供給することができると共に金属粉末4を再利用することができる。
Thus, according to the present embodiment, until the build-up is disclosed, the
1…シリンダーヘッド
2…バルブシート部(加工部)
3…レーザ照射装置
4…金属粉末
5…粉末供給装置
6…レーザ発振器
9…集光ヘッド
10…ノズル
17、22…粉末回収手段
19…粉末受け部
20…回収部
21…エアー吹付け手段
1 ...
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記加工部にレーザを照射して肉盛りを開始する前に、予め前記ノズルの先端から金属粉末を少量供給させておく
ことを特徴とするレーザクラッド加工方法。 In the laser cladding processing method of performing overlaying by irradiating a laser while supplying metal powder to the processing part from the tip of the nozzle,
A small amount of metal powder is supplied in advance from the tip of the nozzle before irradiating the processed portion with laser to start build-up.
肉盛り開始前までは、前記加工部に供給される金属粉末を粉末回収手段で回収し、肉盛り開始時には、前記粉末回収手段を移動させて金属粉末を前記加工部に供給させる
ことを特徴とするレーザクラッド加工方法。 In the laser cladding processing method according to claim 1,
Until the start of build-up, the metal powder supplied to the processing section is collected by a powder collecting means, and at the start of build-up, the powder collecting means is moved to supply the metal powder to the working section. Laser cladding processing method.
肉盛り開始前までは、前記加工部に供給される金属粉末をエアー吹付け手段で吹き飛ばし該加工部に落下させずに回収し、肉盛り開始時には、前記エアー吹付け手段によるエアー吹き付けを停止して金属粉末を前記加工部に供給させる
ことを特徴とするレーザクラッド加工方法。 In the laser cladding processing method according to claim 1,
Until the start of build-up, the metal powder supplied to the processed part is blown off by air blowing means and recovered without dropping to the processed part. And supplying a metal powder to the processed part.
前記加工部にレーザを照射して肉盛りを開始する前に、予め前記ノズルの先端から金属粉末を少量供給させておき、その加工部に供給される金属粉末を肉盛り開始時まで回収する粉末回収手段を備え、肉盛り開始時には、前記粉末回収手段を加工部から退避させるように構成した
ことを特徴とするレーザクラッド加工装置の粉末供給装置。 In the powder supply device of the laser clad processing apparatus that performs overlaying by irradiating a laser while supplying metal powder to the processing part from the tip of the nozzle,
Before starting to build up by irradiating the processed part with laser, a small amount of metal powder is supplied in advance from the tip of the nozzle, and the metal powder supplied to the processed part is collected until the start of buildup A powder supply apparatus for a laser clad processing apparatus, comprising: a recovery means, and configured to retract the powder recovery means from the processing portion at the start of build-up.
前記加工部にレーザを照射して肉盛りを開始する前に、予め前記ノズルの先端から金属粉末を少量供給させておき、その加工部に供給される金属粉末を肉盛開始時までエアーを吹き付けて回収するエアー吹付け手段と粉末回収手段とを備え、肉盛り開始時には、前記エアー吹付け手段によるエアーの吹き付けを停止させるように構成した
ことを特徴とするレーザクラッド加工装置の粉末供給装置。 In the powder supply device of the laser clad processing apparatus that performs overlaying by irradiating a laser while supplying metal powder to the processing part from the tip of the nozzle,
Before starting the build-up by irradiating the processed part with laser, a small amount of metal powder is supplied from the tip of the nozzle in advance, and the metal powder supplied to the processed part is blown with air until the start of the build-up. A powder supply device for a laser cladding processing apparatus, comprising: an air spraying means for recovering and a powder recovery means, and configured to stop air spraying by the air spraying means at the start of build-up.
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