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Simulationsbasierte Regelung der Laserhärtung von Stahl

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Published/Copyright: April 27, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 61 Issue 2

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.

Dipl.-Phys. Holger Alder, geb. 1970, studierte Physik an der Technischen Universität Berlin und diplomierte auf dem Gebiet der Hochleistungsfestkörperlaser für die Lasermaterialbearbeitung. Seit 2001 ist er Technischer Vorstand der Photon AG, Berlin.

Prof. Dr. rer. nat. Dietmar Hömberg, geb. 1961, studierte Mathematik an der Universität Münster. Promotion an der Universität Essen, Habilitation 2002, TU Berlin. Seit 2003 ist er Leiter der Forschungsgruppe “Nichtlineare Optimierung und Inverse Probleme” des Weierstraß-Instituts für Angewandte Analysis und Stochastik im Forschungsverbund Berlin e. V. (WIAS) und ord. Professor an der TU Berlin.

Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Wolf Weiss, geb. 1952, studierte Physikalische Ingenieurwissenschaft an der TU Berlin. Er promovierte 1990 und habilitierte sich 1998 im Fachgebiet Thermodynamik. Seit 2000 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsgruppe “Nichtlineare Optimierung und Inverse Probleme” des WIAS.

Literatur

1. Fuhrmann, J.; Hömberg, D.: Numerical simulation of surface heat treatments. Int. J. Numer. Meth. Heat Fluid Flow9 (1999), S. 705–72410.1108/09615539910286042Search in Google Scholar

2. Hömberg, D.; Weiss, W.: PID Control of Laser Surface Hardening of Steel. WIAS Preprint 876, Berlin, 2003Search in Google Scholar

3. Fuhrmann, J.; Koprucki, T.; Langmach, H.: pdelib: An open modular tool box for the numerical solution of partial differential equations. Design Patterns. Proc. 14th GAMM Seminar Kiel on Concepts of Numerical Software, January 23–25, 1998. Kiel, 2001Search in Google Scholar

4. Levine, W. S.: The Control Handbook. CRC Press (u.a.), Boca Raton/Fla., USA, 1996Search in Google Scholar

5. Hömberg, D.; Volkwein, S.; Weiss, W.: Optimal control strategies for the surface hardening of steel. J. Physique IV120 (2004), S. 325Search in Google Scholar

Erhalten: 2006-1
Online erschienen: 2013-04-27
Erschienen im Druck: 2006-04-01

© 2006, Carl Hanser Verlag, München

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  1. Inhalt/Contents
  2. Inhalt
  3. Kurzfassungen/Summaries
  4. Kurzfassungen
  5. Fachbeiträge/Technical Contributions
  6. Prozessorientiertes Managementsystem in der Lohnhärterei∗
  7. Qualität von Induktionshärteprozessen und -anlagen in der Serienfertigung∗
  8. Methoden der Qualitätssicherung in der Getriebefertigung∗
  9. Thermogravimetrische Untersuchungen zur Aufkohlungswirkung verschiedener Kohlenwasserstoffe∗
  10. Modelling of the high pressure gas quenching: From gas flow to phase transformations∗
  11. Simulationsbasierte Regelung der Laserhärtung von Stahl
  12. Zur Berechnung der Dauerfestigkeit von nitrierten Teilen aus Stahl
https://doi.org/10.3139/105.100370

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