Simulationsbasierte Regelung der Laserhärtung von Stahl

Kurzfassung

Bei der Oberflächenhärtung mit Hilfe von Laserstrahlen ist eine konstante Einhärtetiefe erwünscht, wobei gleichzeitig Anschmelzungen vermieden werden sollen. Um Anschmelzungen zu verhindern, kann die Temperatur im Auftreffpunkt des Lasers gemessen und die Laserleistung entsprechend geregelt werden. Eine konstante Temperatur führt bei geometrisch komplizierten Bauteilen jedoch nicht zu einer konstanten Einhärtetiefe. In dieser Arbeit wird ein Verfahren aufgezeigt, bei dem durch numerische Simulationen eine nicht konstante Oberflächentemperatur berechnet wird, die eine konstante Einhärtetiefe liefert. Die berechnete Oberflächentemperatur kann als Solltemperatur im realen Prozess benutzt werden.

Abstract

The goal of the laser surface hardening is to achieve a constant hardening depth and at the same time to avoid surface melting. To this end one can use the measured temperature in the hot spot of the laser on the workpiece for controlling the laser power. However, in case of workpieces with varying thickness or with cavities close to the surface a constant surface temperature usually does not lead to a constant hardening depth. In this paper we propose a new method which uses numerical simulations to compute a non constant surface temperature leading to a constant hardening depth. The latter can be used as a set point temperature for the machine based process control.