EP2825340A1 - Method and device for the fracture separation of a workpiece - Google Patents

Method and device for the fracture separation of a workpiece

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Publication number
EP2825340A1
EP2825340A1 EP13710346.1A EP13710346A EP2825340A1 EP 2825340 A1 EP2825340 A1 EP 2825340A1 EP 13710346 A EP13710346 A EP 13710346A EP 2825340 A1 EP2825340 A1 EP 2825340A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fracture separation
fracture
workpiece
notch
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13710346.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Siegfried Gruhler
Helmut Kutz
Horst SCHÖLLHAMMER
Matthias Drinkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH filed Critical Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Publication of EP2825340A1 publication Critical patent/EP2825340A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/04Connecting-rod bearings; Attachments thereof
    • F16C9/045Connecting-rod bearings; Attachments thereof the bearing cap of the connecting rod being split by fracturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D31/00Shearing machines or shearing devices covered by none or more than one of the groups B23D15/00 - B23D29/00; Combinations of shearing machines
    • B23D31/002Breaking machines, i.e. pre-cutting and subsequent breaking
    • B23D31/003Breaking machines, i.e. pre-cutting and subsequent breaking for rings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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    • B23K26/362Laser etching
    • B23K26/364Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/384Removing material by boring or cutting by boring of specially shaped holes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02Constructions of connecting-rods with constant length
    • F16C7/023Constructions of connecting-rods with constant length for piston engines, pumps or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J7/00Piston-rods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/04Connecting rods
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/21Elements
    • Y10T74/2142Pitmans and connecting rods
    • Y10T74/2162Engine type

Definitions

  • the invention relates to a method for fracture separation of a workpiece according to the preamble of claim 1, a device for fracture separation of a workpiece and a method according to the method or by means of the device
  • EP 0 808 228 B2 of the Applicant is a generic
  • This notch consists of a plurality of notch portions, the distance of which results essentially from the pulse rate of the laser and the feed rate of the laser beam with respect to the connecting rod. It was found that the notch impact number can be increased considerably compared to through notches by these notch portions, so that a notch and an optimized fracture separation surface with relatively less
  • Feed rate, the relative movement and the pulse rate of the laser results.
  • Such a behavior can be adjusted for example by means of a fiber laser.
  • Such fiber lasers may, in principle, be diode-spotted solid-state lasers, with a core of a glass fiber forming the active medium.
  • the radiation of the solid-state laser is introduced via coupling into the fiber, in which then the actual laser gain takes place.
  • the beam properties and the beam quality of the laser can be adjusted via geometry of the fiber, so that the laser remains largely independent of external influences and shows a very simple structure.
  • the laser beam After emerging from the said active fiber, the laser beam is introduced into a glass fiber, via which the radiation is then guided to the actual laser head and is directed by way of focusing optics onto the workpiece to be machined.
  • Such fiber lasers are characterized by a very good electrical-optical efficiency and outstanding beam quality in a very compact structure, so that less costly solutions can be created with a small space than conventional lasers.
  • Light metal alloys are also used in engine construction. For example, aluminum and
  • Titanium connecting rods are used in internal combustion engines.
  • Kegeltassenbrüchen comes, in which the fracture separation plane towards a
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for fracture separation of a workpiece and a workpiece, which, even with the use of a lightweight material, such as aluminum or titanium alloys, a fracture toughened material or a fracture behavior in conventional fracture separation negative impact surface treatment ensures improved fracture behavior.
  • the inventive method is used for fracture separation of a workpiece along a bearing eye, wherein at this diametrically arranged Bruchtrennkerben be formed in a peripheral wall, which give approximately the fracture separation plane.
  • the fracture separation then takes place by means of a Crackdorns, in the
  • At least one Bruchleitkerbe is formed at a distance from the fracture separation notches, which also determines the course of the fracture separation plane.
  • This Bruchleitkerbe is inventively designed so that the fracture separation plane is within the predetermined range and thus the emergence of
  • Light metal alloys can be avoided.
  • the Bruchleitkerbe invention provides excellent protection against breakages. These can occur, for example, in a workpiece with a threaded hole. In the case where the threaded hole as
  • the fracture separation notch on the outer circumference forms a protection against false leads, in particular in the case of forged workpieces, in which the forged skin is cold-hardened, for example by shot peening.
  • cold-forged forge are used, for example, in high-performance engines. Without such Bruchtrenn- / Bruchleitkerbe would break the fracture separation plane in the range of work-hardened forged skin of the desired course in such a workpiece (faulty line).
  • the workpiece according to the invention is produced by such a method.
  • the device in particular for carrying out this method has a Laser unit for forming the fracture separation notches, a cracking unit and a
  • Processing unit for forming the at least one Bruchleitkerbe said processing unit is preferably a mechanical processing unit.
  • the Bruchleitkerbe course be formed in other ways, for example by laser energy or by forming, for example by forging. In this forging process, the workpiece is compressed in the desired area, so that the Bruchleitkerbe arises.
  • the formation of the Bruchleitkerbe can also be electrochemical (Electrochemical Machining). In this case, a tool electrode and the workpiece are in an electrolyte
  • the voltage can be applied as a DC voltage or pulsed to increase the precision.
  • the method according to the invention is used in particular for workpieces, for example a threaded bore, which has an opening in the region of the intended fracture separation plane, on the circumference of which the fracture guide notch is then formed.
  • the fracture separation notches are preferably introduced in the manner described above by laser energy, preferably by means of a fiber laser.
  • the fracture separation behavior can be further improved if the
  • Bruchtrennkerben are formed circumferentially on the bearing eye.
  • either the laser and / or the workpiece can be pivoted about a pivot axis.
  • the workpiece is a connecting rod
  • the connecting rod eye is fracture-separated into a bearing shell and a connecting rod side part.
  • the fracture separation notches are diametrically formed on the peripheral wall of the bearing eye and in each case a Bruchleitkerbe formed in screw holes of the connecting rod.
  • the invention is by no means limited to an application in connecting rods, but can also be used in other bruchzututeden workpieces in which, for example, a bearing cap to be separated from a block or the like. Such tasks arise, for example, crankshaft housings, camshaft housings, etc.
  • the fracture behavior can be further improved if the workpiece is thermally treated at least partially in the region of the fracture separation notch and / or the fracture guide groove before the actual fracture separation.
  • the fracture separation can be carried out in a conventional manner by the so-called impact or crack cracking, wherein an expanding mandrel with a
  • Bruchtrenn force is applied, which is sufficient to initiate cracking.
  • the so-called fatigue crack cracking or crack propagation cracking may be performed, in which the expanding mandrel has a fracture separation force
  • the fracture separation behavior can also be improved by the fact that the fracture separation notches and / or the Bruchleitkerben are not approximately rectilinear but executed with transversely to their longitudinal sections (bulges) executed, so that in a first approximation, a sinusoidal or zig-zag -shaped fracture separation notch geometry forms.
  • a wave-shaped cracking region forms during the fracture separation, which enables a secure pre-centering of the fracture-separated workpiece parts, for example during subsequent screwing.
  • Such a form laser notch is disclosed for example in DE 10 2005 031 335 A1 of the applicant.
  • Treatment by heating the workpiece can be done for example by means of laser energy and / or a suitable method, for example by induction.
  • the inventive device can be equipped with a turning table for the
  • Swivel axis can be executed.
  • the cycle times can be reduced if a workpiece with two
  • Bruchleit- and fracture separation notch is advantageous for certain materials (light alloys (such as Ti, AL alloys) fracture toughened material, material with work hardened outer skin) and / or used in workpieces in which by the choice of materials,
  • Figure 1 is a three-dimensional representation of a forged
  • Figure 2 is a partial sectional view of the connecting rod of Figure 1;
  • Figure 4 is a schematic diagram of a laser unit of the device according to the invention, are formed with the two fracture separation notches in the connecting rod of Figure 1;
  • Figure 5 shows a variant of the device according to Figure 4.
  • Figures 6 and 7 embodiments of a connecting rod with form laser notches.
  • the connecting rod 1 of an internal combustion engine shown in Figure 1 consists of an aluminum alloy, which has a comparatively high proportion of silicon, for example between 0.3 to 2 percent by weight and thus, as explained above, difficulties in cracking in the conventional manner, since cone cup fractures may occur.
  • the aluminum connecting rod 1 has a large connecting rod 2 and a small connecting rod 4, between which a connecting rod 6 extends.
  • the connecting rod in the region of the large connecting rod 2 in a connecting rod-side part 8 and a bearing shell 10 is to be fracture-separated.
  • the two elements are joined again and screwed by means of two screws 12, of which only one is visible in the illustration according to FIG.
  • These screws 12 may be conventional steel screws.
  • the fracture separation plane is defined by diametrically arranged fracture separation notches in the circumferential wall 14 of the large connecting rod 2.
  • these fracture separation notches 16, 18 are formed not only in the region of the peripheral wall 14 but circumferentially, i. these fracture separation notches 16, 18 extend along the circumferential wall 14 and along the adjacent end face 20, the respective side face 22 and the rear end face not visible in FIG. 1, so that the entire circumferential face of the respective connecting rod web is encompassed.
  • Preliminary tests have shown, however, that such a circumferential fracture separation not always sufficient to prevent the formation of
  • Bolt hole 26 the screw is omitted.
  • the Bruchleitkerbe 24 is formed in the plane defined by the circumferential fracture separation notch 18 plane, which is located in the dash-dotted line broken fracture plane 28, the Bruchleitkerbe 24 is formed. This thus forms a circumferential recess in the screw hole 26.
  • This recess is preferably mechanically, for example by a puncture tool and thus by
  • the angle at which the cutting edge of the insertion tool is made with respect to the peripheral wall of the screw hole 26 can be about 60 ° to 90 °.
  • a four-spindle machining unit can be provided for this mechanical machining, which makes it possible to machine several connecting rods and / or both bolt holes at the same time. It is preferred if this mechanical processing unit is designed according to the inverse concept, in which the spindles are arranged stationary, while the workpiece performs the required relative to the machining relative movements to the spindles.
  • a break guide notch 24 is thus formed at a distance from the fracture separation notch 16, 18 in the region of the intended fracture separation plane 28, so that the emergence of cone cup fractures can be reliably prevented.
  • the fracture separation notches 16, 18 are introduced by laser energy, for example by the method explained in the introduction to the description, preferably by means of a fiber laser, so that the thermal load and thus the structural transformation in the region of
  • FIG. 3 shows a typical fracture surface course that occurs when the method according to the invention is used. Shown is, for example, the fracture surface in the region of the Pleuelaugenstegs shown in Figure 2 of the bearing shell 10. Man recognizes the screw hole 26 and the bearing cup side part of the
  • Rupture cut notch 18 made by means of a fiber laser.
  • the fracture separation notch 18 is composed of a plurality of notched portions 30 spaced apart from each other.
  • the laser beam is directed at an angle of 30 °, i. obliquely coupled to the peripheral surface.
  • other Einkoppelwinkel can be realized.
  • Bruchleitkerbe 24 runs - a cone cup break is not even begin to determine.
  • the formation of the Bruchleitkerbe 24 can also be done by laser energy or otherwise. It is conceivable, for example, the Bruchleitkerbe 24 form by targeted compression of the material in this area, so that the Bruchleitkerbe 24 practically formed by a formed due to the buckling concavity in the screw hole area. Such a compression process is described for example in DE 43 03 592.
  • the fracture separation process and thus the quality of the fracture separation plane can be further improved if the connecting rod before fracture separation at least partially in
  • Area of the proposed fracture separation plane 28 is heated.
  • the special feature of some aluminum alloys is used, in which the fracture toughness decreases with increasing temperature.
  • Steel alloys show exactly the opposite behavior, in which the fracture toughness increases with increasing temperature.
  • This heating can be done, for example, inductively. In principle, it is also possible to carry out this heating additionally or alternatively by means of the laser.
  • fracture toughness can be reduced by partial cooling of the respective workpiece
  • the fracture separation of the connecting rod can be carried out by means of a device according to the invention, which may have a plurality of processing units, which are arranged locally separated from each other or else may be integrated into a system.
  • a laser unit is required for introducing the fracture separation notches 16, 18, a cracking unit for fracture separation and a joining unit for assembling the fracture-separated elements by inserting or tightening the screws 12, which may remain in the connecting rod during fracture separation.
  • a mechanical processing unit is required for forming the Bruchleitkerben 24, wherein this processing unit is preferably not integrated into the actual breakage separation unit, but by a
  • the actual laser unit according to FIG. 4 has a fiber laser of the type described at the beginning, in the laser head 34 of which focusing optics are arranged so that the laser beam 36 is machined at a predetermined angle
  • the laser head can be rotated about its vertical axis a (see dashed line in Figure 4). Furthermore, the laser head 34 is on a guide
  • FIG. 4 illustrates by way of example a possibility of a large number of possibilities for forming the circumferential fracture separation notches 16, 18.
  • the laser head 34 is brought into the position "1" shown in FIG. 4 and then moved along the y-axis, so that the section of the fracture separation notch lying in the peripheral surface 14 is formed.
  • the laser head 34 is moved back to its original position and moved in the x direction in the position marked "2" and the in FIG. 4 formed on the top right circumferential portion of the other break separation notch 16.
  • the laser head 34 is moved in the position shown in dashed lines and pivoted about the axis a by 180 °, so that in the peripheral surface 14 lying portion of the fracture separation notch 16 is formed ("4"), wherein this in the direction of arrow in FIG 4, the laser head 34 is moved to the left along the x, y guide and, according to "5", the circumferential section of the other break separation notch 18 is formed.
  • Figure 5 shows a variant in which the formation of the fracture separation notches 16, 18 can be performed much faster.
  • a further laser unit with a laser head 38 is provided in addition to the one laser with the laser head 34.
  • This can, similar to the embodiment described above, be pivoted about a vertically extending axis a2 and moved in the x 2 , y 2 direction. With such an arrangement, it is possible, for example, each two peripheral portions of the respective laser notches 16, 18 form simultaneously.
  • the region of the fracture separation notch 18 lying on the upper left is thus formed above the laser head 34, while the fracture separation notch 18 is formed on the laser head 34
  • Laser head 38 forms the area lying in the peripheral surface 14 of the laser notch 18.
  • this arrangement could also be controlled so the one laser head 34 processes the one fracture separation notch 18 and the other laser head 38 processes the other fracture separation notch 16.
  • laser unit mechanical processing unit for the Bruchleitkerbe 24
  • mechanical processing unit for the Bruchleitkerbe 24
  • Breakthrough or the like is formed, which allows the formation of a Bruchleitkerbe spaced from the fracture separation notch.
  • the workpiece can also be movably mounted along an x, y guide.
  • the setting behavior of the fracture surfaces can be further improved by a partial laser irradiation.
  • the fracture separation can be carried out in a conventional manner by the so-called impact or crack cracking, in which the over the expanding mandrel
  • Screwing can be significantly simplified if the fracture separation notch is wave-shaped or zig-zag-shaped, so that transverse to Bruchtrennkerbenlteilsachse offset sections arise. This sine wave or waveform then runs in the
  • Fracture separation plane away from the fracture separation notch more or less flat and allows pre-centering of fracture-separated parts. The fine centering then takes place through the irregularities in the structure predetermined by the microstructure
  • the fracture separation notches are not rectilinear and circumferential as in the exemplary embodiment according to FIG 1, but have a wave-shaped structure which is designed to run around the circumference chosen light sinusoidal shape, being in each
  • Outer circumferential wall is formed in each case a downwardly or upwardly deflected "shaft" 40.
  • these shafts 40 terminate in straight sections 42 which lie, to a first approximation, in the fracture separation plane which would be formed with a straight fracture separation notch geometry Accordingly, the fracture separation notches in the corner regions, ie, in the transition regions from the peripheral wall or the outer circumferential wall to the end wall regions, can then also be formed in a straight line
  • Fracture separation notch 14, 16 is only one in the illustration of Figure 6 up or down extending buckle (shaft 42) is formed.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the shaping laser notch with its wave form or the bulges extending upwards and / or downwards is formed only in the area of the inner circumferential surface 14. The areas of
  • Fracture separation notch on the two end faces 20 and on the outer
  • Buckling 40 also other notch geometries are used.
  • According to the invention is in Distance to a break separation notch at least one Bruchleitkerbe formed, which determines the course of the fracture separation plane with.
  • the device for fracture separation of the workpiece has a laser unit for forming the fracture separation groove and a machining unit for forming the fracture guide groove.

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Abstract

A method and a device for the fracture separation of a workpiece and a workpiece fracture-separated by the method according to the invention or with the device according to the invention are disclosed. According to the invention, formed at a distance from a fracture separating notch (16, 18) is at least one fracture directing notch (24), which plays a part in determining the path followed by the fracture separating plane (28). The device for the fracture separation of the workpiece has a laser unit for forming the fracture separating notch (16, 18) and a machining unit for forming the fracture directing notch (24).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bruchtrennen  Method and device for fracture separation
eines Werkstücks  a workpiece
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bruchtrennen eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 , eine Vorrichtung zum Bruchtrennen eines Werkstücks sowie ein nach dem Verfahren oder mittels der Vorrichtung The invention relates to a method for fracture separation of a workpiece according to the preamble of claim 1, a device for fracture separation of a workpiece and a method according to the method or by means of the device
bruchgetrenntes Werkstück. fracture-separated workpiece.
In der EP 0 808 228 B2 der Anmelderin ist ein gattungsgemäßes In EP 0 808 228 B2 of the Applicant is a generic
Bruchtrennverfahren beschrieben, bei dem in einem bruchzutrennenden Lagerauge, beispielsweise einem Pleuelauge mittels Laserenergie eine die Bruchtrennebene vorgebende Kerbe ausgebildet wird. Diese Kerbe besteht aus einer Vielzahl von Kerbabschnitten, deren Abstand sich im Wesentlichen aus der Impulsrate des Lasers und der Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls mit Bezug zum Pleuelauge ergibt. Es zeigte sich, dass durch diese Kerbabschnitte die Kerbwirkungszahl gegenüber durchgehenden Kerben erheblich erhöht werden kann, so dass eine Ausbildung einer Kerbe und einer optimierten Bruchtrennfläche mit vergleichsweise geringer Fracture separation method described in which in a fracture-breaking bearing eye, for example a connecting rod by means of laser energy, a fracture separation plane predetermining notch is formed. This notch consists of a plurality of notch portions, the distance of which results essentially from the pulse rate of the laser and the feed rate of the laser beam with respect to the connecting rod. It was found that the notch impact number can be increased considerably compared to through notches by these notch portions, so that a notch and an optimized fracture separation surface with relatively less
Laserleistung ermöglicht ist. Durch die geringer Laserleistung und die damit einhergehende geringe eingebrachte Wärmeenergie in das Werkstück wird eine unerwünschte, tief gehende Gefügeänderung im Kerbbereich vermieden, wobei gewisse Randzonen der Kerbe eine Gefügeumwandlung erfahren und somit das Bruchtrennverhalten verbessern. Laser power is possible. Due to the low laser power and the associated low introduced heat energy into the workpiece an undesirable, deep structural change in the notch area is avoided, with certain edge zones of the notch undergo a structural transformation and thus improve the fracture separation behavior.
In der DE 2005 031 335 A1 der Anmelderin wird ein verbessertes Verfahren beschrieben, bei dem die Kerbe nicht gerade sondern etwa sinusförmig mit gerade auslaufenden Endabschnitten ausgebildet ist. Es zeigte sich überraschender Weise, dass durch eine derartige Kerbgestaltung das Bruchtrennverfahren weiter verbessert werden kann. In the applicant's DE 2005 031 335 A1, an improved method is described in which the notch is not straight but rather sinusoidal with straight end sections. It has surprisingly been found that the fracture separation process can be further improved by such a notch design.
In der DE 10 2010 014 085 A1 der Anmelderin wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Lasertyp, die Impulsrate, das Werkstückmaterial und die Laserleistung so auf einander abgestimmt ist, dass der Abstand der oben beschriebenen Kerbabschnitte wesentlich größer als derjenige Abstand ist, der sich rechnerisch aus der In DE 10 2010 014 085 A1 of the applicant, a method is described in terms of the laser type, the pulse rate, the workpiece material and the laser power is matched to each other, that the distance of the notch portions described above is substantially greater than that distance, which is calculated from the
Vorschubgeschwindigkeit, der Relativbewegung und der Impulsrate des Lasers ergibt. Ein derartiges Verhalten lässt sich beispielsweise mittels eines Faserlasers einstellen. Derartige Faserlaser können im Prinzip diodengepunkte Festkörperlaser sein, wobei ein Kern einer Glasfaser das aktive Medium ausbildet. Dabei wird die Strahlung des Festkörperlasers über Kopplung in die Faser eingeleitet, in der dann die eigentliche Laserverstärkung statt findet. Die Strahleigenschaften und die Strahlqualität des Lasers kann über Geometrie der Faser eingestellt werden, so dass der Laser weitestgehend unabhängig von äußeren Einflüssen bleibt und einen sehr einfachen Aufbau zeigt. Feed rate, the relative movement and the pulse rate of the laser results. Such a behavior can be adjusted for example by means of a fiber laser. Such fiber lasers may, in principle, be diode-spotted solid-state lasers, with a core of a glass fiber forming the active medium. The radiation of the solid-state laser is introduced via coupling into the fiber, in which then the actual laser gain takes place. The beam properties and the beam quality of the laser can be adjusted via geometry of the fiber, so that the laser remains largely independent of external influences and shows a very simple structure.
Nach dem Austritt aus der genannten aktiven Faser wird der Laserstrahl in eine Glasfaser eingeleitet, über die die Strahlung dann zum eigentlichen Laserkopf geführt und über eine Fokussieroptik auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet ist. Derartige Faserlaser zeichnen sich durch einen sehr guten elektrisch-optischen Wirkungsgrad und eine herausragende Strahlqualität bei einem sehr kompakten Aufbau aus, so dass bei geringem Bauraum kostengünstigere Lösungen als mit herkömmlichen Lasern geschaffen werden können. After emerging from the said active fiber, the laser beam is introduced into a glass fiber, via which the radiation is then guided to the actual laser head and is directed by way of focusing optics onto the workpiece to be machined. Such fiber lasers are characterized by a very good electrical-optical efficiency and outstanding beam quality in a very compact structure, so that less costly solutions can be created with a small space than conventional lasers.
Die vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen werden mit großem Erfolg beim Bruchtrennen von unterschiedlichsten Werkstücken aus Stahllegierungen verwendet. The above-described methods and devices are used with great success in fracture separation of a wide variety of steel alloy workpieces.
Insbesondere in der Automobilindustrie bestehen Bestrebungen dahingehend, zur Verminderung des Leistungsgewichtes von Fahrzeugen und zur Verringerung des Spritkonsums Leichtbaukomponenten zu verwenden. Auch im Motorenbau werden Leichtmetalllegierungen verwendet. So sollen beispielsweise Aluminium- und Particularly in the automotive industry, efforts are being made to use lightweight components to reduce the power-to-weight ratio of vehicles and to reduce fuel consumption. Light metal alloys are also used in engine construction. For example, aluminum and
Titanpleuel bei Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Titanium connecting rods are used in internal combustion engines.
Da sich die vorbeschriebenen Verfahren zum Bruchtrennen des Pleuelauges in eine Lagerschale und einen pleuelstangenseitigen Teil in der Motorenfertigung aufgrund der gut beherrschbaren Technologie und der vergleichsweise geringen Since the above-described method for fracture separation of the connecting rod in a bearing shell and a connecting rod side part in engine production due to the well-controlled technology and the relatively low
Investitionskosten durchgesetzt hat, soll dieses Verfahren auch bei derartigen Leichtbaupleueln eingesetzt werden. Es zeigte sich jedoch, dass herkömmliche Has enforced investment costs, this method should also in such Lightweight construction be used. However, it turned out that conventional
Verfahren nicht geeignet sind, um beispielsweise Aluminiumpleuel mit der gewünschten Präzision bruchzutrennen, da bei Vorversuchen zeigten die Bruchtrennebene nicht im vorbestimmten Bereich liegt sondern ausläuft, so dass es zu so genannten Processes are not suitable, for example, aluminum connecting rods fracture with the desired precision, since in preliminary tests showed the fracture separation plane is not in the predetermined range but runs out, so that it to so-called
Kegeltassenbrüchen kommt, bei denen die Bruchtrennebene hin zu einer Kegeltassenbrüchen comes, in which the fracture separation plane towards a
Schraublochbohrung des Pleuels ausläuft, so dass sich im Schraublochbereich bei einem bruchgetrennten Teil ein kegeliger Vorsprung und beim anderen bruchgetrennten Teil entsprechend ein kegeliger Trichter ergibt. Ein derartiger Kegeltassenbruch ist jedoch keinesfalls akzeptabel, da das Fügeverhalten der bruchgetrennten Teile unzureichend ist. Ein derartiges Bruchverhalten stellte sich insbesondere bei geschmiedeten Aluminiumpleueln ein, da diese üblicher Weise einen relativ geringen Siliziumgehalt haben. Bei gegossenen Aluminiumpleueln tritt dieses unerwünschte Bruchverhalten in geringerem Maße auf, da der Siliziumgehalt höher ist. Eine ähnliche Problematik stellt sich bei Titanpleueln. Bolt hole of the connecting rod expires, so that in the Schraublochbereich results in a fracture-separated part of a conical projection and the other fracture-separated part corresponding to a tapered funnel. However, such a cone cup breakage is not acceptable, since the joining behavior of the fracture-separated parts is insufficient. Such a fracture behavior was particularly in forged Aluminiumpleueln, since these usually have a relatively low silicon content. With cast aluminum rods, this undesirable fracture behavior occurs to a lesser extent since the silicon content is higher. A similar problem arises in Titanpleueln.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bruchtrennen eines Werkstücks und ein Werkstück zu schaffen, das, auch bei Verwendung eines Leichtbauwerkstoffs, wie beispielsweise Aluminiumoder Titanlegierungen, eines bruchzähen Werkstoffs oder bei einer das Bruchverhalten bei herkömmlichen Bruchtrennen negativ beeinflussenden Oberflächenbehandlung ein verbessertes Bruchverhalten gewährleistet. In contrast, the invention has for its object to provide a method and apparatus for fracture separation of a workpiece and a workpiece, which, even with the use of a lightweight material, such as aluminum or titanium alloys, a fracture toughened material or a fracture behavior in conventional fracture separation negative impact surface treatment ensures improved fracture behavior.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die This task is done in terms of the procedure by the
Merkmalskombination des Patentanspruches 1 , in Hinblick auf die Vorrichtung durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 13 und im Hinblick auf das Werkstück durch die Merkmalskombination gemäß dem nebengeordneten Feature combination of claim 1, in terms of the device by the combination of features of the independent claim 13 and with respect to the workpiece by the feature combination according to the sibling
Patentanspruch 10 gelöst. Claim 10 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Advantageous developments of the invention are the subject of
Unteransprüche. Dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bruchtrennen eines Werkstücks entlang eines Lagerauges, wobei an diesem diametral angeordnete Bruchtrennkerben in einer Umfangswandung ausgebildet werden, die in etwa die Bruchtrennebene vorgeben. Das Bruchtrennen erfolgt dann mittels eines Crackdorns, der in das The inventive method is used for fracture separation of a workpiece along a bearing eye, wherein at this diametrically arranged Bruchtrennkerben be formed in a peripheral wall, which give approximately the fracture separation plane. The fracture separation then takes place by means of a Crackdorns, in the
Lagerauge eingesetzt und radial gespreizt wird, um eine Bruchtrennkraft auf das Lagerauge aufzubringen. Erfindungsgemäß ist im Abstand zu den Bruchtrennkerben zumindest eine Bruchleitkerbe ausgebildet, die den Verlauf der Bruchtrennebene mitbestimmt. Diese Bruchleitkerbe wird erfindungsgemäß so ausgebildet, dass die Bruchtrennebene im vorbestimmten Bereich liegt und somit das Entstehen von Inserted bearing eye and spread radially to apply a breaking separation force on the bearing eye. According to the invention at least one Bruchleitkerbe is formed at a distance from the fracture separation notches, which also determines the course of the fracture separation plane. This Bruchleitkerbe is inventively designed so that the fracture separation plane is within the predetermined range and thus the emergence of
Kegeltassenbrüchen oder dergleichen auch bei bruchzähen Werkstoffen wie Kegeltassenbrüchen or the like even with fracture-resistant materials such
Leichtmetalllegierungen vermieden werden kann. Light metal alloys can be avoided.
Die erfindungsgemäße Bruchleitkerbe bietet einen hervorragenden Schutz gegen Bruch-Fehlleitungen. Diese können beispielsweise bei einem Werkstück mit einer Gewindebohrung auftreten. In dem Fall, in dem die Gewindebohrung als The Bruchleitkerbe invention provides excellent protection against breakages. These can occur, for example, in a workpiece with a threaded hole. In the case where the threaded hole as
Durchgangsbohrung ausgebildet ist und die Gewindegänge relativ nahe an der gewünschten Bruchtrennebene liegen, kann es vorkommen, dass der Bruch in Richtung des Gewindes ausläuft und somit nicht den vorbestimmten Verlauf aufweist. Durch die damit einhergehende Beschädigung des Gewindes ist das Werkstück unbrauchbar. Bei Werkstücken mit Gewindesacklochbohrung können beim Gewindeschneiden Through hole is formed and the threads are relatively close to the desired fracture separation plane, it may happen that the break in the direction of the thread expires and thus does not have the predetermined course. Due to the associated damage to the thread, the workpiece is unusable. For workpieces with threaded blind hole drilling can be used for thread cutting
sogenannte Rückzugsriefen entstehen. Beim Bruchtrennen eines derartigen so-called withdrawal letters arise. When fracture separation of such
Werkstücks kann es dann ebenfalls vorkommen, dass die Bruchtrennebene durch diese Rückzugsriefen fehlgeleitet wird. All diese Fehlleitungen können mittels der It can then also happen that the fracture separation plane is misdirected by these retraction grooves. All these mistakes can be made by means of
Bruchleitkerbe vermieden werden. Bruchleitkerbe be avoided.
Die Bruchtrennkerbe am Außenumfang bildet insbesondere bei geschmiedeten Werkstücken einen Schutz gegen Fehlleitungen, bei denen die Schmiedehaut zum Beispiel durch Kugelstrahlen kalt verfestigt ist. Derartige Schmiedepleuel mit The fracture separation notch on the outer circumference forms a protection against false leads, in particular in the case of forged workpieces, in which the forged skin is cold-hardened, for example by shot peening. Such Schmiedepleuel with
kaltverfestigter Schmiedehaut werden beispielsweise bei Hochleistungsmotoren eingesetzt. Ohne eine derartige Bruchtrenn-/Bruchleitkerbe würde bei einem derartigen Werkstück die Bruchtrennebene im Bereich der kaltverfestigten Schmiedehaut von dem gewünschten Verlauf abweichen (Fehlleitung). cold-forged forge are used, for example, in high-performance engines. Without such Bruchtrenn- / Bruchleitkerbe would break the fracture separation plane in the range of work-hardened forged skin of the desired course in such a workpiece (faulty line).
Das erfindungsgemäße Werkstück wird nach einem derartigen Verfahren hergestellt. Die Vorrichtung insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens hat eine Lasereinheit zum Ausbilden der Bruchtrennkerben, eine Crackeinheit und eine The workpiece according to the invention is produced by such a method. The device in particular for carrying out this method has a Laser unit for forming the fracture separation notches, a cracking unit and a
Bearbeitungseinheit zum Ausbilden der zumindest einen Bruchleitkerbe, wobei diese Bearbeitungseinheit vorzugsweise eine mechanische Bearbeitungseinheit ist. Processing unit for forming the at least one Bruchleitkerbe, said processing unit is preferably a mechanical processing unit.
Die Bruchleitkerbe wird bei einem Ausführungsbeispiel spanabhebend The Bruchleitkerbe is machined in one embodiment
ausgebildet. Alternativ kann die Bruchleitkerbe selbstverständlich auch auf andere Weise, beispielsweise durch Laserenergie oder durch Umformen, beispielsweise durch Schmieden ausgebildet werden. Bei diesem Schmiedeverfahren wird das Werkstück im gewünschten Bereich gestaucht, so dass die Bruchleitkerbe entsteht. Die Ausbildung der Bruchleitkerbe kann auch elektrochemisch erfolgen (Electrochemical Machining). Dabei sind eine Werkzeugelektrode und das Werkstück in einem Elektrolyten educated. Alternatively, the Bruchleitkerbe course be formed in other ways, for example by laser energy or by forming, for example by forging. In this forging process, the workpiece is compressed in the desired area, so that the Bruchleitkerbe arises. The formation of the Bruchleitkerbe can also be electrochemical (Electrochemical Machining). In this case, a tool electrode and the workpiece are in an electrolyte
aufgenommen. Bei Anlegen einer Spannung wird dann das Werkstück lokal added. When a voltage is applied then the workpiece becomes local
abgetragen, wobei die Abtraggeometrie von der Werkzeugelektrodengeometrie abhängt. Die Spannung kann als Gleichspannung oder aber auch zur Erhöhung der Präzision gepulst angelegt werden. removed, wherein the Abtraggeometrie depends on the Werkzeugelektrodengeometrie. The voltage can be applied as a DC voltage or pulsed to increase the precision.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei Werkstücken, beispielsweise einer Gewindebohrung eingesetzt, die im Bereich der vorgesehenen Bruchtrennebene einen Durchbruch, hat, an dessen Umfang dann die Bruchleitkerbe ausgebildet wird. The method according to the invention is used in particular for workpieces, for example a threaded bore, which has an opening in the region of the intended fracture separation plane, on the circumference of which the fracture guide notch is then formed.
Die Bruchtrennkerben werden vorzugsweise in der eingangs beschriebenen Weise durch Laserenergie, vorzugsweise mittels eines Faserlasers eingebracht. The fracture separation notches are preferably introduced in the manner described above by laser energy, preferably by means of a fiber laser.
Das Bruchtrennverhalten lässt sich weiter verbessern, wenn die The fracture separation behavior can be further improved if the
Bruchtrennkerben umlaufend am Lagerauge ausgebildet sind. Bruchtrennkerben are formed circumferentially on the bearing eye.
Zum umlaufenden Ausbildung kann entweder der Laser und/oder das Werkstück um eine Dreh- oder Schwenkachse verschwenkt werden. For circumferential training either the laser and / or the workpiece can be pivoted about a pivot axis.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, die Bruchtrennkerbe und/oder die Bruchleitkerbe jeweils durch eine Vielzahl von Kerbabschnitten auszubilden, die sich zur Bruchtrennkerbe ergänzen. Bei einer Variante der Erfindung ist das Werkstück ein Pleuel, dessen Pleuelauge in eine Lagerschale und einen pleuelstangenseitigen Teil bruchgetrennt wird. Dabei werden an der Umfangswandung des Lagerauges diametral zu einander die Bruchtrennkerben und in Schraublöchern des Pleuels jeweils eine Bruchleitkerbe ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine Anwendung bei Pleueln beschränkt, sondern kann auch bei anderen bruchzutrennenden Werkstücken eingesetzt werden, bei denen beispielsweise ein Lagerdeckel von einem Block oder dergleichen getrennt werden soll. Derartige Aufgabenstellungen ergeben sich beispielsweise bei Kurbelwellengehäusen, Nockenwellengehäusen etc. In one embodiment, it is preferable to form the fracture separation notch and / or the fracture guide groove, respectively, by a plurality of notch portions that complement each other to the fracture separation notch. In a variant of the invention, the workpiece is a connecting rod, the connecting rod eye is fracture-separated into a bearing shell and a connecting rod side part. In this case, the fracture separation notches are diametrically formed on the peripheral wall of the bearing eye and in each case a Bruchleitkerbe formed in screw holes of the connecting rod. However, the invention is by no means limited to an application in connecting rods, but can also be used in other bruchzutrennenden workpieces in which, for example, a bearing cap to be separated from a block or the like. Such tasks arise, for example, crankshaft housings, camshaft housings, etc.
Das Bruchverhalten kann weiter verbessert werden, wenn das Werkstück vor dem eigentlichen Bruchtrennen zumindest partiell im Bereich der Bruchtrennkerbe und/oder der Bruchleitkerbe thermisch behandelt wird. The fracture behavior can be further improved if the workpiece is thermally treated at least partially in the region of the fracture separation notch and / or the fracture guide groove before the actual fracture separation.
Das Bruchtrennen kann in herkömmlicher Weise durch das sogenannte Stoßoder Schlag-Cracken durchgeführt werden, wobei ein Spreizdorn mit einer The fracture separation can be carried out in a conventional manner by the so-called impact or crack cracking, wherein an expanding mandrel with a
Bruchtrenn kraft beaufschlagt ist, die ausreicht, das Cracken einzuleiten. Alternativ kann auch das sogenannte Ermüdungsriss-Cracken oder Rissfortpflanzungs-Cracken durchgeführt werden, bei dem der Spreizdorn mit einer die Bruchtrennkraft Bruchtrenn force is applied, which is sufficient to initiate cracking. Alternatively, the so-called fatigue crack cracking or crack propagation cracking may be performed, in which the expanding mandrel has a fracture separation force
überlagernden oder der Bruchtrennkraft vorgeschalteten alternierenden dynamischen Kraft beaufschlagt ist, so dass sich ein Ermüdungsriss ausbildet. Dieses Verfahren hat besonders bei einem sehr feinen Gefüge Vorteile. Einzelheiten dieses Verfahrens sind in der DE 10 137 975 A1 der Anmelderin offenbart. superimposed or the fracture separation force upstream alternating dynamic force is applied, so that forms a fatigue crack. This process has advantages, especially with a very fine microstructure. Details of this method are disclosed in DE 10 137 975 A1 of the applicant.
Das Bruchtrennverhalten kann des Weiteren auch dadurch verbessert werden, in dem die Bruchtrennkerben und/oder die Bruchleitkerben nicht in etwa geradlinig sondern mit quer zu ihrer Längsrichtung angestellten Abschnitten (Wölbungen) ausgeführt werden, so dass sich in erster Näherung eine sinus- oder zick-zack-förmige Bruchtrennkerbengeometrie ausbildet. Dadurch bildet sich beim Bruchtrennen ein wellenförmiger Anrissbereich aus, der beispielsweise bei einem späteren Verschrauben eine sichere Vorzentrierung der bruchgetrennten Werkstückteile ermöglicht. Eine derartige Formlaserkerbe ist beispielsweise in der DE 10 2005 031 335 A1 der Anmelderin offenbart. The fracture separation behavior can also be improved by the fact that the fracture separation notches and / or the Bruchleitkerben are not approximately rectilinear but executed with transversely to their longitudinal sections (bulges) executed, so that in a first approximation, a sinusoidal or zig-zag -shaped fracture separation notch geometry forms. As a result, a wave-shaped cracking region forms during the fracture separation, which enables a secure pre-centering of the fracture-separated workpiece parts, for example during subsequent screwing. Such a form laser notch is disclosed for example in DE 10 2005 031 335 A1 of the applicant.
Bei der Verwendung einer Aluminiumlegierung erfolgt diese thermische When using an aluminum alloy, this thermal
Behandlung durch Erwärmen des Werkstücks. Diese Erwärmung kann beispielsweise mittels Laserenergie und/oder über ein geeignetes Verfahren, beispielsweise durch Induktion erfolgen. Treatment by heating the workpiece. This heating can be done for example by means of laser energy and / or a suitable method, for example by induction.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einem Wendetisch für das The inventive device can be equipped with a turning table for the
Werkstück ausgebildet sein, wobei ein zugeordneter Laser selbst mit einer Be formed workpiece, wherein an associated laser itself with a
Schwenkachse ausgeführt sein kann. Swivel axis can be executed.
Die Taktzeiten lassen sich verringern, wenn ein Werkstück mit zwei The cycle times can be reduced if a workpiece with two
Lasereinheiten bearbeitet wird. Laser units is processed.
Wie bereits angedeutet, ist die Kombination aus Bruchleit- und Bruchtrennkerbe vorteilhaft bei bestimmten Materialien (Leichtmetalllegierungen (wie Ti-, AL- Legierungen) bruchzähes Material, Material mit kaltverfestigter Außenhaut) und/oder auch bei Werkstücken verwendet werden, bei denen durch die Materialwahl, As already indicated, the combination of Bruchleit- and fracture separation notch is advantageous for certain materials (light alloys (such as Ti, AL alloys) fracture toughened material, material with work hardened outer skin) and / or used in workpieces in which by the choice of materials,
Oberflächenbehandlung oder durch die Geometrie, beispielsweise durch die Surface treatment or by the geometry, for example by the
Bruchtrennebene kreuzende Gewindebohrungen die Gefahr einer Fehlleitung besteht. Fracture separation plane crossing tapped holes there is a risk of misdirection.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung eines geschmiedeten Figure 1 is a three-dimensional representation of a forged
Aluminiumpleuels; Aluminiumpleuels;
Figur 2 eine teilweise Schnittdarstellung des Pleuels aus Figur 1 ; Figure 2 is a partial sectional view of the connecting rod of Figure 1;
Figur 3 den Verlauf einer Bruchtrennebene nach dem Bruchtrennen des 3 shows the course of a fracture separation plane after the fracture separation of
Werkstücks gemäß Figur 1 ; Figur 4 eine Prinzipdarstellung einer Lasereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der zwei Bruchtrennkerben in dem Pleuel gemäß Figur 1 ausgebildet werden; Workpiece according to Figure 1; Figure 4 is a schematic diagram of a laser unit of the device according to the invention, are formed with the two fracture separation notches in the connecting rod of Figure 1;
Figur 5 eine Variante der Vorrichtung gemäß Figur 4 und Figure 5 shows a variant of the device according to Figure 4 and
Figur 6 und 7 Ausführungsbeispiele eines Pleuels mit Formlaserkerben. Figures 6 and 7 embodiments of a connecting rod with form laser notches.
Das in Figur 1 dargestellte Pleuel 1 eines Verbrennungsmotors besteht aus einer Aluminiumlegierung, die einen vergleichsweise hohen Anteil an Silizium, beispielsweise zwischen 0.3 bis 2 Gewichtsprozent aufweist und somit, wie eingangs erläutert, beim Cracken in der herkömmlichen Weise Schwierigkeiten bereitet, da Kegeltassenbrüche auftreten können. The connecting rod 1 of an internal combustion engine shown in Figure 1 consists of an aluminum alloy, which has a comparatively high proportion of silicon, for example between 0.3 to 2 percent by weight and thus, as explained above, difficulties in cracking in the conventional manner, since cone cup fractures may occur.
Ähnlich wie bei Stahlpleueln hat das Aluminium-Pleuel 1 ein großes Pleuelauge 2 und ein kleines Pleuelauge 4, zwischen denen sich eine Pleuelstange 6 erstreckt. Durch den im Folgenden beschriebenen Bruchtrennvorgang (Cracken) soll das Pleuel im Bereich des großen Pleuelauges 2 in einen pleuelstangenseitigen Teil 8 und eine Lagerschale 10 bruchgetrennt werden. Nach dem Bruchtrennen werden die beiden Elemente wieder gefügt und mittels zwei Schrauben 12 verschraubt, von denen in der Darstellung gemäß Figur 1 nur eine sichtbar ist. Bei diesen Schrauben 12 kann es sich um herkömmliche Stahlschrauben handeln. Ähnlich wie beim herkömmlichen Verfahren wird die Bruchtrennebene durch diametral angeordnete Bruchtrennkerben in der Umfangswandung 14 des großen Pleuelauges 2 vorgegeben. Im Unterschied zu der herkömmlichen Lösung sind diese Bruchtrennkerben 16, 18 jedoch nicht nur im Bereich der Umfangswandung 14 sondern umlaufend ausgebildet, d.h. diese Bruchtrennkerben 16, 18 erstrecken sich entlang der Umfangswandung 14 und entlang der benachbarten Stirnfläche 20, der jeweiligen Seitenfläche 22 und der in Figur 1 nicht sichtbaren rückseitigen Stirnfläche zurück, so dass die gesamte Umfangsfläche des jeweiligen Pleuelaugenstegs umgriffen ist. Vorversuche zeigten, dass eine derartige umlaufende Bruchtrennkerbe jedoch nicht immer ausreicht, um das Entstehen von Similar to Stahlpleueln the aluminum connecting rod 1 has a large connecting rod 2 and a small connecting rod 4, between which a connecting rod 6 extends. By the fracture separation process (cracking) described below, the connecting rod in the region of the large connecting rod 2 in a connecting rod-side part 8 and a bearing shell 10 is to be fracture-separated. After the fracture separation, the two elements are joined again and screwed by means of two screws 12, of which only one is visible in the illustration according to FIG. These screws 12 may be conventional steel screws. Similar to the conventional method, the fracture separation plane is defined by diametrically arranged fracture separation notches in the circumferential wall 14 of the large connecting rod 2. In contrast to the conventional solution, however, these fracture separation notches 16, 18 are formed not only in the region of the peripheral wall 14 but circumferentially, i. these fracture separation notches 16, 18 extend along the circumferential wall 14 and along the adjacent end face 20, the respective side face 22 and the rear end face not visible in FIG. 1, so that the entire circumferential face of the respective connecting rod web is encompassed. Preliminary tests have shown, however, that such a circumferential fracture separation not always sufficient to prevent the formation of
kegeltassenförmigen Brüchen zu vermeiden. Dementsprechend wird erfindungsgemäß im Abstand zur jeweiligen umlaufenden Bruchtrennkerbe 16, 18 eine Bruchleitkerbe 24 ausgebildet. Diese ist in der Schnittdarstellung gemäß Figur 2 gezeigt, die einen cone-shaped fractures to avoid. Accordingly, according to the invention at a distance from the respective circumferential break separation notch 16, 18 a Bruchleitkerbe 24 is formed. This is shown in the sectional view of Figure 2, a
Vertikalschnitt durch den in Figur 1 linken Teil des großen Pleuelauges 2 zeigt. In dieser teilgeschnittenen Darstellung erkennt man eine Schraubenbohrung 26, die von der Schraube 12 durchsetzt ist, wobei in Figur 2 im Bereich der geschnittenen Vertical section through the left in Figure 1 part of the large connecting rod 2 shows. In this partially sectional view can be seen a screw hole 26 which is penetrated by the screw 12, wherein in Figure 2 in the region of the cut
Schraubenbohrung 26 die Schraube weggelassen ist. In der von der umlaufenden Bruchtrennkerbe 18 aufgespannten Ebene, die in der strichpunktiert angedeuteten Bruchtrennebene 28 liegt ist die Bruchleitkerbe 24 ausgebildet. Diese bildet somit einen umlaufenden Einstich in der Schraubenbohrung 26. Dieser Einstich wird vorzugsweise mechanisch, beispielsweise durch ein Einstichwerkzeug und somit durch Bolt hole 26, the screw is omitted. In the plane defined by the circumferential fracture separation notch 18 plane, which is located in the dash-dotted line broken fracture plane 28, the Bruchleitkerbe 24 is formed. This thus forms a circumferential recess in the screw hole 26. This recess is preferably mechanically, for example by a puncture tool and thus by
Zirkularstechen/-drehen ausgebildet. Dabei kann der Winkel, in dem die Schneide des Einstickwerkzeugs mit Bezug zur Umfangswandung der Schraubenbohrung 26 angestellt ist, etwa 60° bis 90° betragen. Circular piercing / turning trained. In this case, the angle at which the cutting edge of the insertion tool is made with respect to the peripheral wall of the screw hole 26 can be about 60 ° to 90 °.
Für diese mechanische Bearbeitung kann beispielsweise eine vierspindlige Bearbeitungseinheit vorgesehen werden, die es erlaubt, mehrere Pleuel und/oder beide Schraubenbohrungen gleichzeitig zu bearbeiten. Dabei wird es bevorzugt, wenn diese mechanische Bearbeitungseinheit nach dem Inverskonzept ausgeführt ist, bei dem die Spindeln ortsfest angeordnet werden, während das Werkstück die zur Bearbeitung erforderlichen Relativbewegungen zu den Spindeln durchführt. For example, a four-spindle machining unit can be provided for this mechanical machining, which makes it possible to machine several connecting rods and / or both bolt holes at the same time. It is preferred if this mechanical processing unit is designed according to the inverse concept, in which the spindles are arranged stationary, while the workpiece performs the required relative to the machining relative movements to the spindles.
Erfindungsgemäß wird somit im Abstand zur Bruchtrennkerbe 16, 18 im Bereich der beabsichtigten Bruchtrennebene 28 eine Bruchleitkerbe 24 ausgebildet, so dass das Entstehen von Kegeltassenbrüchen zuverlässig verhindert werden kann. Beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden die Bruchtrennkerben 16, 18 beispielsweise nach den in der Beschreibungseinleitung erläuterten Verfahren durch Laserenergie, vorzugsweise mittels eines Faserlasers eingebracht, so dass die thermische Belastung und somit die Gefügeumwandlung im Bereich der According to the invention, a break guide notch 24 is thus formed at a distance from the fracture separation notch 16, 18 in the region of the intended fracture separation plane 28, so that the emergence of cone cup fractures can be reliably prevented. In the exemplary embodiment according to the invention, the fracture separation notches 16, 18 are introduced by laser energy, for example by the method explained in the introduction to the description, preferably by means of a fiber laser, so that the thermal load and thus the structural transformation in the region of
Bruchtrennkerbe minimal ist. Break separation score is minimal.
Figur 3 zeigt einen typischen Bruchflächenverlauf, der sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellt. Dargestellt ist beispielsweise die Bruchfläche im Bereich des in Figur 2 dargestellten Pleuelaugenstegs der Lagerschale 10. Man erkennt die Schraubenbohrung 26 und die den lagerschalenseitigen Teil der am FIG. 3 shows a typical fracture surface course that occurs when the method according to the invention is used. Shown is, for example, the fracture surface in the region of the Pleuelaugenstegs shown in Figure 2 of the bearing shell 10. Man recognizes the screw hole 26 and the bearing cup side part of the
Umfang der Schraubenbohrung 26 ausgebildeten Bruchleitkerbe 24, die nach dem Bruchtrennen eine Art Fase ausbildet. Ebenfalls gut sichtbar ist die umlaufende Perimeter of the screw hole 26 formed Bruchleitkerbe 24, which forms a kind of chamfer after the fracture separation. Also visible is the surrounding
Bruchtrennkerbe 18, die mittels eines Faserlasers hergestellt ist. Wie eingangs beschrieben, besteht die Bruchtrennkerbe 18 aus einer Vielzahl von Kerbabschnitten 30, die zu einander beabstandet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl in einem Winkel von 30°, d.h. schräg zur Umfangsfläche eingekoppelt. Selbstverständlich sind auch andere Einkoppelwinkel realisierbar. Rupture cut notch 18 made by means of a fiber laser. As described above, the fracture separation notch 18 is composed of a plurality of notched portions 30 spaced apart from each other. In the illustrated embodiment, the laser beam is directed at an angle of 30 °, i. obliquely coupled to the peripheral surface. Of course, other Einkoppelwinkel can be realized.
Man erkennt in dieser Darstellung, dass die eigentliche Bruchtrennfläche 32 sehr eben von der umlaufenden Bruchtrennkerbe 18 hin zu der innen liegenden It can be seen in this illustration that the actual fracture separation surface 32 is very flat from the circumferential fracture separation notch 18 to the inside
Bruchleitkerbe 24 verläuft - ein Kegeltassenbruch ist nicht einmal ansatzweise festzustellen. Bruchleitkerbe 24 runs - a cone cup break is not even begin to determine.
Prinzipiell kann die Ausbildung der Bruchleitkerbe 24 auch durch Laserenergie oder auf andere Weise erfolgen. Vorstellbar ist es beispielsweise, die Bruchleitkerbe 24 durch eine gezielte Stauchung des Materials in diesem Bereich auszubilden, so dass die Bruchleitkerbe 24 praktisch durch eine aufgrund der Stauchung ausgebildete Einwölbung im Schraubenbohrungsbereich entsteht. Ein derartiger Stauchprozess ist beispielsweise in der DE 43 03 592 beschrieben. In principle, the formation of the Bruchleitkerbe 24 can also be done by laser energy or otherwise. It is conceivable, for example, the Bruchleitkerbe 24 form by targeted compression of the material in this area, so that the Bruchleitkerbe 24 practically formed by a formed due to the buckling concavity in the screw hole area. Such a compression process is described for example in DE 43 03 592.
Der Bruchtrennvorgang und somit die Qualität der Bruchtrennebene lässt sich weiter verbessern, wenn das Pleuel vor dem Bruchtrennen zumindest partiell im The fracture separation process and thus the quality of the fracture separation plane can be further improved if the connecting rod before fracture separation at least partially in
Bereich der vorgesehenen Bruchtrennebene 28 erwärmt wird. Dabei wird sich die Besonderheit von manchen Aluminiumlegierungen zu Nutze gemacht, bei denen die Bruchzähigkeit mit steigender Temperatur abnimmt. Stahllegierungen zeigen genau das umgekehrte Verhalten, bei diesen nimmt die Bruchzähigkeit mit steigender Temperatur zu. Diese Erwärmung kann beispielsweise induktiv erfolgen. Prinzipiell ist es auch möglich, diese Erwärmung zusätzlich oder alternativ mittels des Lasers durchzuführen. Area of the proposed fracture separation plane 28 is heated. The special feature of some aluminum alloys is used, in which the fracture toughness decreases with increasing temperature. Steel alloys show exactly the opposite behavior, in which the fracture toughness increases with increasing temperature. This heating can be done, for example, inductively. In principle, it is also possible to carry out this heating additionally or alternatively by means of the laser.
In entsprechender Weise kann bei anderen Legierungen die Bruchzähigkeit verringert werden, indem eine partielle Abkühlung des jeweiligen Werkstücks Similarly, in other alloys, fracture toughness can be reduced by partial cooling of the respective workpiece
durchgeführt wird. Das Bruchtrennen des Pleuels kann mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden, die eine Vielzahl von Bearbeitungseinheiten aufweisen kann, die örtlich getrennt von einander angeordnet sind oder aber auch in eine Anlage integriert sein können. Prinzipiell erforderlich ist eine Lasereinheit zum Einbringen der Bruchtrennkerben 16, 18, eine Crackeinheit zum Bruchtrennen und eine Fügeeinheit zum Zusammenfügen der bruchgetrennten Elemente durch Einsetzen oder Anziehen der Schrauben 12, wobei diese während des Bruchtrennens im Pleuel verbleiben können. Erforderlich ist des Weiteren eine mechanische Bearbeitungseinheit zum Ausbilden der Bruchleitkerben 24, wobei diese Bearbeitungseinheit vorzugsweise nicht in die eigentliche Bruchtrenneinheit integriert ist, sondern durch eine is carried out. The fracture separation of the connecting rod can be carried out by means of a device according to the invention, which may have a plurality of processing units, which are arranged locally separated from each other or else may be integrated into a system. In principle, a laser unit is required for introducing the fracture separation notches 16, 18, a cracking unit for fracture separation and a joining unit for assembling the fracture-separated elements by inserting or tightening the screws 12, which may remain in the connecting rod during fracture separation. Furthermore, a mechanical processing unit is required for forming the Bruchleitkerben 24, wherein this processing unit is preferably not integrated into the actual breakage separation unit, but by a
Inversmaschine oder dergleichen ausgebildet ist. In dieser könnte auch ein Ölloch 33 (siehe Figur 1 ) im kleinen Pleuelauge ausgebildet werden. Inverse machine or the like is formed. In this also an oil hole 33 (see Figure 1) could be formed in the small connecting rod eye.
Die eigentliche Lasereinheit hat gemäß Figur 4 einen Faserlaser der eingangs beschriebenen Bauweise, in dessen Laserkopf 34 eine Fokussieroptik angeordnet ist, so dass der Laserstrahl 36 unter einem vorbestimmten Winkel zur bearbeiteten The actual laser unit according to FIG. 4 has a fiber laser of the type described at the beginning, in the laser head 34 of which focusing optics are arranged so that the laser beam 36 is machined at a predetermined angle
Oberfläche eingekoppelt wird. Dieser Winkel beträgt beim dargestellten Surface is coupled. This angle is shown at
Ausführungsbeispiel in etwa 30°. Embodiment in about 30 °.
Der Laserkopf kann um seine Vertikalachse a gedreht werden (siehe gestrichelte Darstellung in Figur 4). Des Weiteren ist der Laserkopf 34 auf einer Führung The laser head can be rotated about its vertical axis a (see dashed line in Figure 4). Furthermore, the laser head 34 is on a guide
angeordnet, über die er in x- und y-Richtung verfahrbar ist. Das Pleuel, von dem in Figur 4 lediglich das geschnittene große Pleuelauge 2 sichtbar ist, ist bei dem arranged over which it is movable in the x and y direction. The connecting rod, of which only the cut large connecting rod 2 is visible in Figure 4, is in the
dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Wendetisch angeordnet, der seinerseits um eine Achse b verschwenkbar ist, wobei die Schwenkachse senkrecht zur illustrated embodiment, arranged on a turning table, which in turn is pivotable about an axis b, wherein the pivot axis perpendicular to
Zeichenebene verläuft. In Figur 4 ist beispielhaft eine Möglichkeit einer Vielzahl von Möglichkeiten zur Ausbildung der umlaufenden Bruchtrennkerben 16, 18 dargestellt. Zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs wird der Laserkopf 34 in die in Figur 4 dargestellte Position„1 " gebracht und dann entlang der y-Achse verfahren, so dass der in der Umfangsfläche 14 liegende Abschnitt der Bruchtrennkerbe ausgebildet ist. Drawing plane runs. FIG. 4 illustrates by way of example a possibility of a large number of possibilities for forming the circumferential fracture separation notches 16, 18. At the beginning of the machining operation, the laser head 34 is brought into the position "1" shown in FIG. 4 and then moved along the y-axis, so that the section of the fracture separation notch lying in the peripheral surface 14 is formed.
Anschließend wird der Laserkopf 34 wieder in seine Ausgangsposition herausgefahren und in x-Richtung in die mit„2" gekennzeichnete Position verfahren und der in Figur 4 rechts oben liegende Umfangsabschnitt der anderen Bruchtrennkerbe 16 ausgebildet. Nach diesem Schritt wird der Laserkopf 34 in die gestrichelt dargestellte Position verfahren und um die Achse a um 180° verschwenkt, so dass der in der Umfangsflache 14 liegende Abschnitt der Bruchtrennkerbe 16 ausgebildet wird („4"), wobei dies in der Pfeilrichtung gemäß Figur 4 schleppend oder von oben nach unten stechend erfolgen kann. Danach wird der Laserkopf 34 entlang der x-, y-Führung nach links verfahren und gemäß„5" der oben liegende Umfangsabschnitt der anderen Bruchtrennkerbe 18 ausgebildet. Subsequently, the laser head 34 is moved back to its original position and moved in the x direction in the position marked "2" and the in FIG. 4 formed on the top right circumferential portion of the other break separation notch 16. After this step, the laser head 34 is moved in the position shown in dashed lines and pivoted about the axis a by 180 °, so that in the peripheral surface 14 lying portion of the fracture separation notch 16 is formed ("4"), wherein this in the direction of arrow in FIG 4, the laser head 34 is moved to the left along the x, y guide and, according to "5", the circumferential section of the other break separation notch 18 is formed.
In einem anschließenden Arbeitsschritt„6" wird das Pleuel um die Achse b um 180° gedreht und dann der in Figur 4 unten liegende, nach der Drehung des In a subsequent step "6" the connecting rod is rotated about the axis b by 180 ° and then the lying in Figure 4 below, after the rotation of the
Wendetischs dann links oben liegende Umfangsabschnitt der Bruchtrennkerbe 16 ausgebildet - die Bruchtrennkerbe 16 ist dann fertiggestellt. Nach diesem Arbeitsschritt „7" wird der Laserkopf 34 wieder in seine ursprüngliche Position zurückverschwenkt (Arbeitsschritt„8") und der verbleibende Oberflächenabschnitt der Bruchtrennkerbe 18 bearbeitet, der in der vorbeschriebenen Schwenkposition des Wendetischs in der Darstellung gemäß Figur 4 rechts oben zu liegen kommt. Dieser Arbeitsschritt ist mit„9" in Figur 4 gekennzeichnet. D.h. durch einfaches Verschwenken des Pleuels und des Lasers können die beiden umlaufenden Bruchtrennkerben 16, 18 vergleichsweise schnell ausgebildet werden. Selbstverständlich sind auch andere Arbeitsfolgen realisierbar. Turning table then formed left upper peripheral portion of the fracture separation notch 16 - the fracture separation notch 16 is then completed. After this step "7", the laser head 34 is pivoted back to its original position (step "8") and the remaining surface portion of the fracture separation notch 18 processed, which comes to rest in the above-described pivot position of the turning table in the illustration of Figure 4 right above. This step is indicated by "9" in Fig. 4. That is, by simply pivoting the connecting rod and the laser, the two circumferential fracture separation notches 16, 18 can be formed comparatively quickly.
Figur 5 zeigt eine Variante, bei der die Ausbildung der Bruchtrennkerben 16, 18 deutlich schneller ausgeführt werden kann. Bei dieser Variante ist zusätzlich zu dem einen Laser mit dem Laserkopf 34 eine weitere Lasereinheit mit einem Laserkopf 38 vorgesehen. Dieser kann ähnlich wie das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel um eine vertikal verlaufende Achse a2 verschwenkt und in x2-, y2-Richtung verfahren werden. Mit einer derartigen Anordnung ist es beispielsweise möglich, jeweils zwei Umfangsabschnitte der jeweiligen Laserkerben 16, 18 gleichzeitig auszubilden. In der Relativposition der Laserköpfe 34, 38 in Figur 5 wird somit über den Laserkopf 34 der links oben liegende Bereich der Bruchtrennkerbe 18 ausgebildet, während der Figure 5 shows a variant in which the formation of the fracture separation notches 16, 18 can be performed much faster. In this variant, in addition to the one laser with the laser head 34, a further laser unit with a laser head 38 is provided. This can, similar to the embodiment described above, be pivoted about a vertically extending axis a2 and moved in the x 2 , y 2 direction. With such an arrangement, it is possible, for example, each two peripheral portions of the respective laser notches 16, 18 form simultaneously. In the relative position of the laser heads 34, 38 in FIG. 5, the region of the fracture separation notch 18 lying on the upper left is thus formed above the laser head 34, while the fracture separation notch 18 is formed on the laser head 34
Laserkopf 38 den in der Umfangsfläche 14 liegenden Bereich der Laserkerbe 18 ausbildet. Selbstverständlich könnte diese Anordnung auch so angesteuert werden, dass der eine Laserkopf 34 die eine Bruchtrennkerbe 18 und der andere Laserkopf 38 die andere Bruchtrennkerbe 16 bearbeitet. Laser head 38 forms the area lying in the peripheral surface 14 of the laser notch 18. Of course, this arrangement could also be controlled so the one laser head 34 processes the one fracture separation notch 18 and the other laser head 38 processes the other fracture separation notch 16.
Wie erwähnt, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Lasereinheit, mechanische Bearbeitungseinheit für die Bruchleitkerbe 24) auch zur Bearbeitung anderer Werkstücke verwendet werden, bei denen im Bereich der Bruchtrennebene im Abstand zur Bruchtrennkerbe ein As mentioned, according to the inventive method and with the device according to the invention (laser unit, mechanical processing unit for the Bruchleitkerbe 24) can also be used for machining other workpieces, in which in the fracture separation plane at a distance from the fracture separation notch
Durchbruch oder dergleichen ausgebildet ist, der das Ausbilden einer Bruchleitkerbe im Abstand zur Bruchtrennkerbe ermöglicht. Auch das Werkstück kann entlang einer x-, y- Führung verfahrbar gelagert sein. Breakthrough or the like is formed, which allows the formation of a Bruchleitkerbe spaced from the fracture separation notch. The workpiece can also be movably mounted along an x, y guide.
Das Setzverhalten der Bruchflächen kann des Weiteren durch eine partielle Laserbestrahlung verbessert werden. The setting behavior of the fracture surfaces can be further improved by a partial laser irradiation.
Das Bruchtrennen kann in herkömmlicher Weise durch das sogenannte Stoßoder Schlag-Cracken ausgeführt werden, bei dem die über den Spreizdorn The fracture separation can be carried out in a conventional manner by the so-called impact or crack cracking, in which the over the expanding mandrel
aufgebrachte Bruchtrennkraft solange erhöht wird, bis der Riss erfolgt. Wie eingangs erläutert, ist es insbesondere bei sehr feinen Gefügen vorteilhaft, wenn das in der DE 10 137 975 A1 beschriebene Ermüdungsriss-Cracken verwendet wird, bei dem der Spreizdorn über eine Schwingeinrichtung mit einer die Bruchtrennkraft überlagernden oder dieser vorgeschalteten alternierenden Kraft beaufschlagt wird, so dass der Bruchtrennbereich des Werkstücks in Schwingungen versetzt wird, die dann zur Ausbildung eines Ermüdungsrisses führen. applied fracture separation force is increased until the crack occurs. As explained at the outset, it is particularly advantageous in the case of very fine structures when the fatigue crack cracking described in DE 10 137 975 A1 is used, in which the expanding mandrel is acted upon by an oscillating device with an alternating force overlying the fracture separation force or upstream of it that the fracture separation region of the workpiece is set in vibration, which then lead to the formation of a fatigue crack.
Beim Bruchtrennen von Pleueln oder ähnlichen Werkstücken werden die bruchgetrennten Teile nach dem Bruchtrennen miteinander verschraubt. Dieses In fracture cutting of connecting rods or similar workpieces, the fracture-separated parts are screwed together after the fracture separation. This
Verschrauben kann deutlich vereinfacht werden, wenn die Bruchtrennkerbe wellen- oder zick-zack-förmig ausgebildet ist, so dass quer zur Bruchtrennkerbenlängsachse versetzte Abschnitte entstehen. Diese Sinus- oder Wellenform läuft dann in der Screwing can be significantly simplified if the fracture separation notch is wave-shaped or zig-zag-shaped, so that transverse to Bruchtrennkerbenlängsachse offset sections arise. This sine wave or waveform then runs in the
Bruchtrennebene weg von der Bruchtrennkerbe mehr oder weniger eben aus und ermöglicht ein Vorzentrieren der bruchgetrennten Teile. Die Feinzentrierung erfolgt dann durch die durch das Gefüge vorgegebenen Unregelmäßigkeiten in der Fracture separation plane away from the fracture separation notch more or less flat and allows pre-centering of fracture-separated parts. The fine centering then takes place through the irregularities in the structure predetermined by the microstructure
Bruchtrennebene. Figur 6 zeigt eine derartige„Formlaserkerbe", die zum Bruchtrennen eines Pleuels ausgebildet ist. Gemäß Figur 6 sind die Bruchtrennkerben nicht wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 geradlinig und umlaufend ausgebildet sondern haben eine wellenförmige Struktur, die umlaufend ausgebildet ist. Beim dargestellten Ausbildungsbeispiel wurde eine leichte Sinusform gewählt, wobei in jedem Cracking plane. 6, the fracture separation notches are not rectilinear and circumferential as in the exemplary embodiment according to FIG 1, but have a wave-shaped structure which is designed to run around the circumference chosen light sinusoidal shape, being in each
Wandungsbereich (Innenumfangswandung, Stirnflächenbereiche und Wall area (Innenumfangswandung, end face areas and
Außenumfangswandung) jeweils eine nach unten oder nach oben ausgelenkte„Welle" 40 ausgebildet wird. Erfindungsgemäß wird es dabei bevorzugt, wenn diese Wellen 40 in geraden Abschnitten 42 auslaufen, die in erster Näherung in der Bruchtrennebene liegen, die sich bei einer geraden Bruchtrennkerbengeometrie ausbilden würde. Dem entsprechend können dann auch die Bruchtrennkerben in den Eckbereichen, d. h., in den Übergangsbereichen von der Umfangswandung oder der Außenumfangswandung zu den stirnseitigen Wandungsbereichen geradlinig ausgebildet werden. Diese geraden Abschnitte 42 verlaufen im Bereich der inneren Umfangsfläche 14 und der Outer circumferential wall) is formed in each case a downwardly or upwardly deflected "shaft" 40. According to the invention, it is preferred that these shafts 40 terminate in straight sections 42 which lie, to a first approximation, in the fracture separation plane which would be formed with a straight fracture separation notch geometry Accordingly, the fracture separation notches in the corner regions, ie, in the transition regions from the peripheral wall or the outer circumferential wall to the end wall regions, can then also be formed in a straight line
außenliegenden Seitenflächen/Außenumfangsflächen in etwa parallel zur Lagerachse. Prinzipiell reicht es aus, wenn in jedem Flächenabschnitt der umlaufenden outer side surfaces / outer peripheral surfaces approximately parallel to the bearing axis. In principle, it is sufficient if in each surface section of the circulating
Bruchtrennkerbe 14, 16 lediglich eine in der Darstellung gemäß Figur 6 sich nach oben oder unten erstreckende Wölbung (Welle 42) ausgebildet ist. Fracture separation notch 14, 16 is only one in the illustration of Figure 6 up or down extending buckle (shaft 42) is formed.
Figur 7 zeigt eine Ausführung, bei der die Formlaserkerbe mit ihrer Wellenform bzw. den sich nach oben und/oder unten erstreckenden Wölbungen lediglich im Bereich der innenliegenden Umfangsfläche 14 ausgebildet ist. Die Bereiche der FIG. 7 shows an embodiment in which the shaping laser notch with its wave form or the bulges extending upwards and / or downwards is formed only in the area of the inner circumferential surface 14. The areas of
Bruchtrennkerbe an den beiden Stirnflächen 20 und an den außenliegenden Fracture separation notch on the two end faces 20 and on the outer
Seitenflächen 22 sind entsprechend des Ausführungsbeispiels in Figur 1 geradlinig ausgebildet. Side surfaces 22 are formed in a straight line according to the embodiment in Figure 1.
Wie erwähnt, können anstelle der beschriebenen etwa sinus-förmigen As mentioned, instead of the described may be approximately sinusoidal
Wölbungen 40 auch andere Kerbgeometrien verwendet werden. Buckling 40 also other notch geometries are used.
Offenbart sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bruchtrennen eines Werkstücks sowie ein Werkstück, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bruchgetrennt ist. Erfindungsgemäß wird im Abstand zu einer Bruchtrenn kerbe zumindest eine Bruchleitkerbe ausgebildet, die den Verlauf der Bruchtrennebene mit bestimmt. Die Vorrichtung zum Bruchtrennen des Werkstücks hat eine Lasereinheit zum Ausbilden der Bruchtrennkerbe und eine mechanische Bearbeitungseinheit zum Ausbilden der Bruchleitkerbe. Disclosed are a method and an apparatus for fracture separation of a workpiece and a workpiece which is fracture-separated by the method according to the invention or with the device according to the invention. According to the invention is in Distance to a break separation notch at least one Bruchleitkerbe formed, which determines the course of the fracture separation plane with. The device for fracture separation of the workpiece has a laser unit for forming the fracture separation groove and a machining unit for forming the fracture guide groove.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Pleuel 1 connecting rod
2 großes Pleuelauge 4 kleines Pleuelauge 6 Pleuelstange  2 large connecting rod eye 4 small connecting rod eye 6 connecting rod
8 pleuelstangenseitiger Teil 8 connecting rod side part
10 Lagerschale 10 bearing shell
12 Schraube  12 screw
14 Umfangsfläche  14 peripheral surface
16 Bruchtrennkerbe  16 fracture separation score
18 Bruchtrennkerbe  18 fracture separation score
20 Stirnfläche  20 face
22 Seitenfläche  22 side surface
24 Bruchleitkerbe  24 break guide notch
26 Schraubenbohrung 26 screw hole
28 Bruchtrennebene 28 fracture separation plane
30 Kerbabschnitt  30 notch section
32 Bruchfläche  32 fracture surface
33 Ölloch  33 oil hole
34 Laserkopf  34 laser head
36 Laserstrahl 36 laser beam
38 Laserkopf 38 laser head
40 Welle 40 wave
42 gerader Abschnitt  42 straight section

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Bruchtrennen eines Werkstücks entlang eines Lagerauges, wobei diametral zu einander angeordnete Bruchtrennkerben (16, 18) in einer 1. A method for fracture separation of a workpiece along a bearing eye, wherein diametrically arranged to each other break separation notches (16, 18) in one
Umfangswandung (14) ausgebildet werden, die in etwa die Bruchtrennebene (28) vorgeben, wobei ein Crackdorn eingesetzt wird, um eine Bruchtrennkraft auf das Lager aufzubringen, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zu den Bruchtrennkerben (16, 18) zumindest eine Bruchleitkerbe (24) ausgebildet wird, die in der Bruchtrennebene liegt. Peripheral wall (14) are formed, which give approximately the fracture separation plane (28), wherein a cracking mandrel is used to apply a fracture separation force to the bearing, characterized in that at a distance from the fracture separation notches (16, 18) at least one Bruchleitkerbe (24 ) is formed, which lies in the fracture separation plane.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei die Bruchleitkerbe (24) spanabhebend oder elektrochemisch oder durch Umformen ausgebildet wird. 2. The method according to claim 1, wherein the Bruchleitkerbe (24) is formed by machining or electrochemical or by forming.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück im Bereich der Bruchtrennebene (28) zumindest einen Durchbruch hat, an dessen 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the workpiece in the region of the fracture separation plane (28) has at least one breakthrough at the
Umfangswandung die Bruchleitkerbe (24) ausgebildet wird. Peripheral wall, the Bruchleitkerbe (24) is formed.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Bruchtrennkerbe (16, 18) mit Laserenergie, vorzugsweise mittels eines Faserlasers ausgebildet wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fracture separation notch (16, 18) is formed with laser energy, preferably by means of a fiber laser.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Bruchtrennkerben (16, 18) umlaufend ausgebildet werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fracture separation notches (16, 18) are formed circumferentially.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei eine Lasereinheit oder das Werkstück mit Bezug zum jeweils anderen Element drehbar angeordnet ist. 6. The method according to claim 5, wherein a laser unit or the workpiece with respect to the other element is rotatably arranged.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Werkstück vor dem Bruchtrennen im Bruchtrennebenenbereich partiell erwärmt oder abgekühlt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the workpiece is partially heated or cooled before the fracture separation in the fracture separation plane region.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Trennen durch Ausbilden eines Ermüdungsrisses erfolgt. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the separating takes place by forming a fatigue crack.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Bruchtrennkerbe und/oder die Bruchleitkerbe mit etwa wellen- oder zick-zack-förmigen Abschnitten ausgebildet wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fracture separation notch and / or the Bruchleitkerbe is formed with approximately wave or zigzag-shaped sections.
10. Werkstück, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der 10. workpiece, produced by a method according to one of
Patentansprüche 1 bis 9 und vorzugsweise bestehend aus einem bruchzähen Material, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung oder einer Titanlegierung und / oder mit einer kaltverfestigten oder in sonstiger Weise vorbehandelten Oberfläche. Claims 1 to 9 and preferably consisting of a fracture-resistant material, preferably an aluminum alloy or a titanium alloy and / or with a work hardened or otherwise pretreated surface.
11. Werkstück nach Patentanspruch 10, wobei dieses ein Pleuel (1 ) ist, dessen großes Pleuelauge (2) in eine Lagerschale (10) und einen 11. Workpiece according to claim 10, wherein this is a connecting rod (1) whose large connecting rod eye (2) in a bearing shell (10) and a
pleuelstangenseitigen Teil (8) bruchgetrennt wird, wobei an einer Umfangswandung (14) diametral zu einander Bruchtrennkerben (16, 18) und in Schraubenbohrungen (26) jeweils eine Bruchleitkerbe (24) ausgebildet ist. Breaking split notches (16, 18) and in screw holes (26) in each case a Bruchleitkerbe (24) is formed on a peripheral wall (14) diametrically to each other on the connecting rod side part (8).
12. Werkstück nach Patentanspruch 1 1 , wobei die Bruchtrennkerbe (16, 18) umlaufend ausgebildet ist. 12. workpiece according to claim 1 1, wherein the fracture separation notch (16, 18) is formed circumferentially.
13. Vorrichtung zum Bruchtrennen eines Werkstücks, mit einer Lasereinheit zum Ausbilden einer Bruchtrennkerbe und einer mechanischen Bearbeitungseinheit zum Ausbilden einer Bruchleitkerbe. 13. A device for fracture separation of a workpiece, comprising a laser unit for forming a fracture separation notch and a mechanical processing unit for forming a Bruchleitkerbe.
14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, wobei das Werkstück auf einem Wendetisch angeordnet ist und ein Laserkopf (34, 38) mit Bezug zum Werkstück und/oder letzteres mit Bezug zum Laserkopf (34, 38) drehbar und/oder verfahrbar ist. 14. The device according to claim 13, wherein the workpiece is arranged on a turning table and a laser head (34, 38) with respect to the workpiece and / or the latter with respect to the laser head (34, 38) is rotatable and / or movable.
15. Vorrichtung nach Patentanspruch 13 oder 14, mit einer 15. Device according to claim 13 or 14, with a
Schwingeinrichtung zum Beaufschlagen des Spreizdorns während des Oscillating device for applying the expanding mandrel during the
Bruchtrennvorgangs mit einer alternierenden dynamischen Kraft. Fracture separation process with an alternating dynamic force.
16. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 13 bis 15, mit einer Einheit zum Erwärmen oder Abkühlen des Bruchtrennebenenbereiches. 16. Device according to one of the claims 13 to 15, comprising a unit for heating or cooling the fracture separation plane region.
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