CN100488685C - 对工件断裂加工的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对工件(10)的为环形的轴承段(12)进行断裂加工的装置，具有：支座(34)，用于在加工时对所述工件(10)进行支承；激光加工装置(30)，用于利用激光能对材料的熔融在所述轴承段(12)的内圆周面(16)上生成切口；和断裂加工装置(32)，用于沿所述切口预先给定的断裂面(S)对所述工件(10)的所述轴承段(12)断裂加工成两部分，所述激光加工装置(30)和所述断裂加工装置(32)形成唯一的一个加工站，并利用激光加工装置(30)和断裂加工装置(32)从对应于所述工件(10)的相对两侧实施对所述工件(10)切口加工和断裂加工，所述激光加工装置(30)和所述工件(10)的支座(34)的相对设置应使由所述激光装置(30)生成的激光束(L)平行于所述工件(10)的内圆周面(16)。
Description
技术领域
本发明涉及一种对工件的环形段进行断裂加工的装置和方法。
背景技术
工件断裂工艺例如应用于对内燃机的连杆或曲轴箱的加工。其中在轴承段的内圆面上形成两个正相对的切口，所述切口对断裂面进行预先设定，工件沿所述断裂面被分成两部分。在拉削加工站或激光加工站加工出也被称作划痕的切口。
在一与上述站空间分隔的断裂加工站进行断裂加工，在所述断裂加工站将诸如扩张棒或扩张板牙对等扩张件插入有待分割的段内，从而通过所施加的扩张力并由于应力集中在切口顶点的缘故，工件将沿预先给定的断裂面被分割开。
在断裂加工和几个中间加工工步后可以将所述两部分重新拼合在一起。由于在断裂时产生的不均匀的断裂面的面积较大，因而便于对工件进行确定的拼合，其中断裂面的啮合避免工件部分侧向移动。
例如可以采用拉削工艺加工出对断裂面预先给定的切口。其中拉削刀具的形状决定加工出的切口为V形并具有较大的切口宽度。
在US 5,208,979中披露了一种采用激光器生成这种切口的方法。其中倾斜于有待划痕的表面伸展的激光束除了轴向向前推移外还垂直于所产生的切口往复摆动。生成的切口同样也是V形的。
在EP 0 808 228 B1中还披露了所述方法的进一步设计，其中采用激光器在连杆轴承段的内圆面上生成这种切口。对激光器的控制应使生成多个相互间隔的和线性连续的切口段。切口段的轴和连杆轴之间的角度优选在30°至60°之间。
最后在WO 97/22430中还披露了一种生成用于连杆断裂加工的刻痕的方法，其中通过从构件表面开始设置具有桥接条的下凹沿断裂面的一侧生成刻痕。在铸造金属构件中，至少为生成导致断裂的初始裂纹至少对连接条至少部分进行脆化或淬火处理。
根据所有所述公知的方法，激光站内的激光器大多数情况是从上向工件移动的，或者工件向上向固定设置的激光器移动，以便产生切口或刻痕。接着工件被输送给一分隔开的断裂加工站并被断裂加工，其中用于断裂分割的扩张件同样大多从上插入工件的环形段内。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于本说明书技术领域部分中所述的工件的环形段进行断裂加工的装置和方法，其中简化了对工件断裂加工时的工作过程。
所述目的通过根据本发明的下述装置以及方法得以实现。
即：一种用于对工件的为环形的轴承段进行断裂加工的装置，具有：支座，
用于在加工时对所述工件进行支承；
激光装置，用于在所述轴承段的内圆周面上生成切口；和
断裂加工装置，用于沿所述切口预先给定的断裂面对所述工件的所述轴承段进行断裂加工，
其中所述激光装置和所述断裂加工装置形成唯一的一个加工站，和利用激光装置和断裂加工装置从对应于所述工件的相对两侧实施对所述工件切口加工和断裂加工，其特征在于，
所述激光装置和所述工件的支座的相对设置应使由所述激光装置生成的激光束平行于所述工件的内圆周面。
或者具有如下特征的装置：一种用于在工件的为环形的轴承段的内圆周面上生成切口的装置，具有：支座，用于加工时对所述工件进行支承；和激光装置，用于在所述轴承段的内圆周面上生成切口，
其特征在于，
所述激光装置和所述工件的支座的相对设置应使由所述激光装置生成的激光束平行于所述工件的内圆周面。
以及通过根据本发明所述：一种用于对工件的为环形的轴承段进行断裂加工的方法，
其中首先利用激光能在所述轴承段的内圆周面上加工出切口，所述切口预先给定出断裂面的伸展，
和其中所述工件的所述轴承段在接着的断裂加工过程中沿所述断裂面断裂，其中
在唯一的一个加工站内从对应于所述工件的相对两侧实施在工件上切口的加工和对所述工件断裂加工，
其特征在于，
为了在所述轴承段的内圆周面上生成所述切口，至少将一激光束调整为平行于所述内圆周面。
或者通过另外一种根据本发明所述方法：一种用于激光能在工件的环形段的内圆周面上生成切口的方法，其特征在于，为了在所述环形段的内圆周面上生成所述切口，至少将一激光束调整为平行于内圆周面。
根据本发明，激光装置和断裂加工装置从对应于工件的相对的两侧向工件进给。
根据本发明，激光装置和断裂加工装置被集合在唯一的一个加工站内，在所述加工站内，激光装置和断裂加工装置可从相对的两侧接近工件。在所述站内，首先可以利用激光装置从工件的一侧加工出预先给定断裂面的切口，接着利用断裂加工装置立刻从另一侧对工件进行断裂分割。因此生成切口之后不再需要将工件从激光装置输送到断裂加工站。此点明显地简化了工作过程，另外还降低了设备的购置费用，这是因为仅设置有唯一一个加工站，而不是设置两个分别独立的站，即激光加工站和断裂加工站的缘故。
根据本发明为了在所述环形段的圆周面上生成所述切口，至少一激光束基本平行于圆周面定向。
基于对应于有待划痕加工的表面的长度激光束聚焦长度相对较短的缘故，迄今一直认为激光束平行于有待划痕加工的表面的定向是不可能的。发明人的研究预想不到地表明，此种看法是错误的。利用这种经划痕加工出的切口的断裂分割试验表明，用很小的断裂力即可加工出高质量的工件。
在从属权利要求中对本发明的装置和方法的优选的进一步设计做了描述。
当工件沿输送方向穿过加工站被输送时，激光装置和断裂加工装置优选在垂直于所述输送方向的方向上相互间隔。激光装置和断裂加工装置例如可以垂直地或水平地相互间隔，即上下设置或并列设置。
为对工件进行加工，利用相应的滑床实现激光装置、断裂加工装置和/或支座可移动的设置。因此，为了生成切口可对激光装置或支座进行进给。同样为对工件进行断裂分割可相应地对断裂加工装置或带有工件的支座进行进给。
激光装置以对应于所述环形段的中间轴成0°至90°之间的任意角度，例如平行于所述中间轴或平行于所述圆周面，或垂直所述中间轴或所述圆周面，产生激光束，以便在工件的环形段的内圆面上生成切口。
其中在工件的环形段的圆周面上生成的切口的宽度大约达到0.5mm，和其深度大约达到1.0mm。
附图简要说明
图中示出：
图1示出采用本发明的装置进行断裂加工的连杆，
图2示出经断裂加工后的连杆，
图3示出本发明的装置，
图4示出本发明的另一装置，
图5示出本发明的用于对工件进行断裂加工的再一装置，
图6为在本发明的装置中的激光光学系统的俯视图，和
图7为图6的激光光学系统的剖视图。
本发明的优选实施方式
图1示出一种连杆10，采用本发明的装置可对所述连杆的为环形的轴承段12进行断裂加工。
如图1所示，采用本发明装置的激光装置，已经在轴承段12的内圆周面16上生成两个相互正相对的切口18。所述切口18对断裂面进行预先给定，采用本发明装置的断裂装置可沿所述断裂面实现对所述轴承段12的断裂加工。
图2为经断裂加工后的连杆的轴承段12的示意图：所述轴承段沿断裂面S被分成两部分20，22。
在断裂加工后可将环形轴承段12安装在曲轴(图中未示出)上，其中利用两个连杆螺栓14(见图1)将断裂时生成的两部分20，22重新连接在一起。
图3示出本发明装置的第一实施方式。用于生成切口的激光装置30以及用于对工件断裂加工的断裂加工装置32被集合在唯一的一个加工站内。
支座34用于在加工时对工件进行支承，其中在图中仅示出所述工件的轴承段12的剖面。
采用设置在支座34下方的可垂直进给的激光装置30在工件的轴承段12的内圆周面16上加工出正相对的切口。为此，激光装置30设置在第三滑床40上，所述第三滑床40对应于固定的机壳部分可垂直上下移动。垂直于将工件输送入加工站或从加工站退出的输送方向B实现所述的垂直上下移动。
根据图中所示的实施方式，用于生成切口的激光束L的轴平行于轴承段12的中间轴M并平行于内圆周面16伸展。因此在作为对工件的环形段断裂加工的准备工步生成切口时，激光束平行于有待划痕的面。此点的显著的优点在于，激光装置发出的激光束可以直接投射到工件上，而不必进行附加的导向。
在采用激光装置30生成切口之后，开始使用断裂加工装置32，所述断裂加工装置32设置在支座34上方，和同样可垂直地，即与工件的输送方向B成直角向支座34方向进给。为此，断裂加工装置32设置在第一滑床42上，所述第一滑床42对应于固定的机壳部分可垂直地上下移动。与通常的装置相同，采用诸如扩张棒或扩张板牙对等扩张件用于断裂加工。
接着将工件在箭头B所示的输送方向从加工站中退出并进行最后的加工。
除了图3所示采用的激光装置外，还可以采用任何公知的激光装置。其中所涉及的这种激光装置系只产生唯一的一个激光束的激光装置，所述激光束通过相应移动激光装置或工件生成两个切口。也可以采用公知的具有相互交叉的光束的激光装置。
其中，尽管激光束L原则上可以与工件的中间轴成0°至90°之间的任意角度，但是就0°至90°而言，能量利用特别低，和在加入的断裂力很小的情况下将特别易于导致出现一定的裂纹。如图4举例示出，激光装置30的设计使激光束L的轴垂直于轴承段12的中间轴M以及垂直于内圆周面16伸展。图4所示的装置的其它内容与图3所示的相同。
替代利用第三滑床40、第一滑床42将激光装置30和断裂加工装置32移向支座34上的工件和移离所述工件的方案，支座34也可以是可移动的。图5示出了这种变形方案。其中支座34设置在可垂直移动的第二滑床44上，同时激光装置30和断裂加工装置32是固定的。同样也垂直于工件的输送方向B实现支座34的进给移动。
根据图3至5所示的实施方式，激光装置30和断裂加工装置32上下设置，且工件水平地穿过加工站移动(方向B)。而且同样还可以联想到，并列地，即水平间隔地设置激光装置30和断裂加工装置32。
图6和7为一种应用在本发明的激光装置30内的激光光学系统100的俯视图或剖视图。
如图6所示，激光束L的光路首先穿过所述激光光学系统100：激光器140发出的激光束L首先对可校准的50％/50％的分光器110进行透射，所述分光器110将激光束L分成两个分光束L′，L″。利用所述的两个分光束L′，L″可同时在有待断裂加工的工件上生成两个切口。为此，分光束L′，L″借助可校准的光转向器120，121被偏转，并导向两个往复摆动单元130。
如图7的剖视图明显示出，所述往复摆动单元130分别具有可往复摆动180°的加工单元131；图6中分别用箭头V标示出旋转方向。分光束L′，L″在相应的处理单元131内利用另一可校准的光转向器122被偏转。激光束L′，L″透射过处理单元131，然后被导向两个激光头132，所述激光头132位于处理单元131的端部，从所述激光头出射出用于在工件上生成切口的激光束L′，L″。
在处理单元131端部上的光转向器133的设计通过特殊的镜面形状实现从激光头132在横向和纵向上成圆柱或椭圆形出射的激光束。
Claims (13)
1.一种用于对工件(10)的为环形的轴承段(12)进行断裂加工的装置，具有：
支座(34)，用于加工时对所述工件(10)进行支承；和
激光装置(30)，用于在所述轴承段(12)的内圆周面(16)上生成切口，
和
断裂加工装置(32)，用于沿所述切口预先给定的断裂面(S)对所述工件(10)的为环形的轴承段(12)进行断裂加工，
其特征在于，所述激光装置(30)和所述工件(10)的支座(34)的相对设置应使由所述激光装置(30)生成的激光束(L)平行于所述工件(10)的内圆周面(16)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述激光装置(30)和所述断裂加工装置(32)形成唯一的一个加工站，和利用激光装置(30)和断裂加工装置(32)从对应于所述工件(10)的相对两侧实施对所述工件(10)切口加工和断裂加工。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述工件在输送方向(B)上被输送，穿过所述加工站，和所述激光装置(30)和所述断裂加工装置(32)在垂直于所述输送方向(B)的方向上相互间隔。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光装置(30)和所述断裂加工装置(32)相互垂直或水平间隔。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置另外还具有第一滑床(42)，所述断裂加工装置(32)利用所述第一滑床(42)移向和移离所述支座(34)。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置另外还具有第二滑床(44)，所述支座(34)被所述第二滑床(44)移向和移离所述激光装置(30)和/或所述断裂加工装置(32)。
7.一种用于在工件(10)的为环形的轴承段(12)的内圆周面(16)上生成切口的装置，具有：
支座(34)，用于加工时对所述工件(10)进行支承；和
激光装置(30)，用于在所述轴承段(12)的内圆周面(16)上生成切口，
其特征在于，
所述激光装置(30)和所述工件(10)的支座(34)的相对设置应使由所述激光装置(30)生成的激光束(L)平行于所述工件(10)的内圆周面(16)。
8.如权利要求2或7所述的装置，其特征在于，所述装置另外还具有第三滑床(40)，所述激光装置(30)利用所述第三滑床(40)移向和移离所述支座(34)。
9.如权利要求2或7所述的装置，其特征在于，所述激光装置(30)生成至少一平行于所述工件(10)的环形段(12)的中间轴(M)的激光束(L)。
10.一种用于对工件(10)的为环形的轴承段(12)进行断裂加工的方法，
其中首先利用激光能在所述轴承段(12)的内圆周面(16)上加工出切口，所述切口预先给定出断裂面(S)的伸展，
和其中所述工件(10)的所述轴承段(12)在接着的断裂加工过程中沿所述断裂面(S)断裂，其中
在唯一的一个加工站内从对应于所述工件(10)的相对两侧实施在工件上切口的加工和对所述工件(10)断裂加工，
其特征在于，
为了在所述轴承段(12)的内圆周面(16)上生成所述切口，至少将一激光束(L)调整为平行于所述内圆周面(16)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，为了在所述工件(10)的所述轴承段(12)的内圆周面(16)上生成所述切口，至少将一激光束(L)调整为平行于所述轴承段(12)的中间轴。
12.一种用于激光能在工件(10)的环形段(12)的内圆周面(16)上生成切口的方法，其特征在于，为了在所述环形段(12)的内圆周面(16)上生成所述切口，至少将一激光束(L)调整为平行于内圆周面(16)。
13.如权利要求10、11或12所述的方法，其特征在于，在所述工件(10)的所述轴承段(12)的内圆周面(16)上生成的切口的宽度达到0.5mm，和其深度大约达到1.0mm。
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