Simulaties als basis voor de toepassing van laserharden

simulatie laserharden

Geïntegreerd laserharden kent vele voordelen voor de aanmaak van werktuigkundige componenten, maar de ontwikkeling van de correcte laserparameters voor nieuwe materialen en oppervlaktegesteldheid is vaak een experimenteel proces. Simulatie biedt een oplossing om dit proces sneller en gemakkelijker te maken.

Geïntegreerd laserharden als technologie kent heel wat voordelen voor de aanmaak van werktuigkundige componenten, zoals snijgereedschappen, geleidingslatten, aanspuitopeningen, matrijzen en tandwielen. De doorlooptijd wordt fors verkort door frezen en lokaal harden te combineren in één stap en ook kostelijke logistieke bewegingen worden vermeden. Omdat laserharden enkel lokaal hardt en dit met hogere afkoelsnelheden dan conventioneel mogelijk wordt, zijn er geen nabewerkingen zoals slijpen meer noodzakelijk en kan de hardheid gemaximaliseerd worden. Dit laatste komt de levensduur ten goede. Het proces is ook tot 40 procent goedkoper in vergelijking met klassiek harden en hard nabewerken.

Echter, het ontwikkelen van de correcte laserparameters voor nieuwe materialen en oppervlaktegesteldheden is vaak een experimenteel proces. Het vormen van een smelt op het oppervlak moet te allen tijde vermeden worden. Gestolde oppervlaktelagen zijn weliswaar ook bijzonder hard, maar ze hebben een hogere ruwheid en vertonen trekspanningen, waar normale laserhardprocessen geen veranderingen in de ruwheid teweegbrengen en zware drukspanningen (> 500 MPa) veroorzaken. Gesmolten oppervlakken verlagen dus de levensduur van een stuk in vergelijking met goed geharde lagen en vereisen nabewerking zoals slijpen of hardfrezen.

Processimulatie

Om dit proces van parameteronderzoek sneller en gemakkelijker te maken, kan Sirris nu het laserhardproces simuleren. Op basis van een 3D-CAD-model, de thermische eigenschappen van het materiaal en de oppervlaktegesteldheid (geslepen, gefreesd of gestraald) kan de temperatuurverdeling in het materiaal voor verschillende snelheden, spotgroottes en laservermogens bepaald worden. Op basis van het fasediagram van het materiaal, en dus de gekende smelttemperatuur, kan dan bepaald worden welke laserparameters geschikt zijn om correct te harden. Ook kan de hardingsdiepte worden bepaald, wat zeker voor unieke stukken een voordeel is: het doorsnijden van een stuk voor een metallurgische analyse is niet altijd gewenst.

Om dit te illustreren hebben we een snijmes gemodelleerd binnen het softwarepakket COMSOL.

Meer weten over deze case? Lees verder op Techniline.

Tags: