專利名稱：對(duì)工件斷裂加工的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)工件的環(huán)形段進(jìn)行斷裂加工的裝置和方法。
背景技術(shù)：
工件斷裂工藝?yán)鐟?yīng)用于對(duì)內(nèi)燃機(jī)的連桿或曲軸箱的加工。其中在軸承段的內(nèi)圓面上形成兩個(gè)正相對(duì)的切口，所述切口對(duì)斷裂面進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，工件沿所述斷裂面被分成兩部分。在拉削加工站或激光加工站加工出也被稱作劃痕的切口。
在一與上述站空間分隔的斷裂加工站進(jìn)行斷裂加工，在所述斷裂加工站將諸如擴(kuò)張棒或擴(kuò)張板牙對(duì)等擴(kuò)張件插入有待分割的段內(nèi)，從而通過(guò)所施加的擴(kuò)張力并由于應(yīng)力集中在切口頂點(diǎn)的緣故，工件將沿預(yù)先給定的斷裂面被分割開(kāi)。
在斷裂加工和幾個(gè)中間加工工步后可以將所述兩部分重新拼合在一起。由于在斷裂時(shí)產(chǎn)生的不均勻的斷裂面的面積較大，因而便于對(duì)工件進(jìn)行確定的拼合，其中斷裂面的嚙合避免工件部分側(cè)向移動(dòng)。
例如可以采用拉削工藝加工出對(duì)斷裂面預(yù)先給定的切口。其中拉削刀具的形狀決定加工出的切口為V形并具有較大的切口寬度。
在US 5,208,979中披露了一種采用激光器生成這種切口的方法。其中傾斜于有待劃痕的表面伸展的激光束除了軸向向前推移外還垂直于所產(chǎn)生的切口往復(fù)擺動(dòng)。生成的切口同樣也是V形的。
在EP0808228B1中還披露了所述方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，其中采用激光器在連桿軸承段的內(nèi)圓面上生成這種切口。對(duì)激光器的控制應(yīng)使生成多個(gè)相互間隔的和線性連續(xù)的切口段。切口段的軸和連桿軸之間的角度優(yōu)選在30°至60°之間。
最后在WO 97/22430中還披露了一種生成用于連桿斷裂加工的刻痕的方法，其中通過(guò)從構(gòu)件表面開(kāi)始設(shè)置具有橋接條的下凹沿?cái)嗔衙娴囊粋?cè)生成刻痕。在鑄造金屬構(gòu)件中，至少為生成導(dǎo)致斷裂的初始裂紋至少對(duì)連接條至少部分進(jìn)行脆化或淬火處理。
根據(jù)所有所述公知的方法，激光站內(nèi)的激光器大多數(shù)情況是從上向工件移動(dòng)的，或者工件向上向固定設(shè)置的激光器移動(dòng)，以便產(chǎn)生切口或刻痕。接著工件被輸送給一分隔開(kāi)的斷裂加工站并被斷裂加工，其中用于斷裂分割的擴(kuò)張件同樣大多從上插入工件的環(huán)形段內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用于本說(shuō)明書(shū)技術(shù)領(lǐng)域部分中所述的工件的環(huán)形段進(jìn)行斷裂加工的裝置和方法，其中簡(jiǎn)化了對(duì)工件斷裂加工時(shí)的工作過(guò)程。
所述目的通過(guò)權(quán)利要求1所述的裝置以及通過(guò)權(quán)利要求11所述的方法得以實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，激光加工裝置和斷裂加工裝置從對(duì)應(yīng)于工件的相對(duì)的兩側(cè)向工件進(jìn)給。
根據(jù)本發(fā)明，激光加工裝置和斷裂加工裝置被集合在唯一的一個(gè)加工站內(nèi)，在所述加工站內(nèi)，激光加工裝置和斷裂加工裝置可從相對(duì)的兩側(cè)接近工件。在所述站內(nèi)，首先可以利用激光加工裝置從工件的一側(cè)加工出預(yù)先給定斷裂面的切口，接著利用斷裂加工裝置立刻從另一側(cè)對(duì)工件進(jìn)行斷裂分割。因此生成切口之后不再需要將工件從激光加工裝置輸送到斷裂加工站。此點(diǎn)明顯地簡(jiǎn)化了工作過(guò)程，另外還降低了設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)用，這是因?yàn)閮H設(shè)置有唯一一個(gè)加工站，而不是設(shè)置兩個(gè)分別獨(dú)立的站，即激光加工站和斷裂加工站的緣故。
在從屬權(quán)利要求中對(duì)本發(fā)明的裝置和方法的優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)做了描述。
當(dāng)工件沿輸送方向穿過(guò)加工站被輸送時(shí)，激光加工裝置和斷裂加工裝置優(yōu)選在垂直于所述輸送方向的方向上相互間隔。激光加工裝置和斷裂加工裝置例如可以垂直地或水平地相互間隔，即上下設(shè)置或并列設(shè)置。
為對(duì)工件進(jìn)行加工，利用相應(yīng)的滑床實(shí)現(xiàn)激光加工裝置、斷裂加工裝置和/或支座可移動(dòng)的設(shè)置。因此，為了生成切口可對(duì)激光加工裝置或支座進(jìn)行進(jìn)給。同樣為對(duì)工件進(jìn)行斷裂分割可相應(yīng)地對(duì)斷裂加工裝置或帶有工件的支座進(jìn)行進(jìn)給。
激光加工裝置以對(duì)應(yīng)于所述環(huán)形段的中間軸成0°至90°之間的任意角度，例如平行于所述中間軸或平行于所述圓周面，或垂直所述中間軸或所述圓周面，產(chǎn)生激光束，以便在工件的環(huán)形段的內(nèi)圓面上生成切口。
另一方面，上述目的還通過(guò)一種如權(quán)利要求10所述的用于在工件的環(huán)形段的圓周面上生成切口的裝置以及一種如權(quán)利要求15所述的利用激光能在工件的環(huán)形段的圓周面上生成切口的方法得以實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明為了在環(huán)形段的圓周面上生成切口，至少一激光束基本平行于圓周面定向。
其中在工件的環(huán)形段的圓周面上生成的切口的寬度大約達(dá)到0.5mm，和其深度大約達(dá)到1.0mm。
基于對(duì)應(yīng)于有待劃痕加工的表面的長(zhǎng)度激光束聚焦長(zhǎng)度相對(duì)較短的緣故，迄今一直認(rèn)為激光束平行于有待劃痕加工的表面的定向是不可能的。發(fā)明人的研究預(yù)想不到地表明，此種看法是錯(cuò)誤的。利用這種經(jīng)劃痕加工出的切口的斷裂分割試驗(yàn)表明，用很小的斷裂力即可加工出高質(zhì)量的工件。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖中示出

圖1示出采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行斷裂加工的連桿，圖2示出經(jīng)斷裂加工后的連桿，圖3示出本發(fā)明的裝置，圖4示出本發(fā)明的另一裝置，圖5示出本發(fā)明的用于對(duì)工件進(jìn)行斷裂加工的再一裝置，圖6為在本發(fā)明的裝置中的激光光學(xué)系統(tǒng)的俯視圖，和圖7為圖6的激光光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式圖1示出一種連桿10，采用本發(fā)明的裝置可對(duì)所述連桿的環(huán)形軸承段12進(jìn)行斷裂加工。
如圖1所示，采用本發(fā)明裝置的激光裝置，已經(jīng)在支承段12的內(nèi)圓周面16上生成兩個(gè)相互正相對(duì)的切口18。所述切口18對(duì)斷裂面進(jìn)行預(yù)先給定，采用本發(fā)明裝置的斷裂裝置可沿所述斷裂面實(shí)現(xiàn)對(duì)所述軸承段12的斷裂加工。
圖2為經(jīng)斷裂加工后的連桿的軸承段12的示意圖所述軸承段沿?cái)嗔衙鍿被分成兩部分20，22。
在斷裂加工后可將環(huán)形軸承段12安裝在曲軸(圖中未示出)上，其中利用兩個(gè)連桿螺栓14(見(jiàn)圖1)將斷裂時(shí)生成的兩部分20，22重新連接在一起。
圖3示出本發(fā)明裝置的第一實(shí)施方式。用于生成切口的激光裝置30以及用于對(duì)工件斷裂加工的斷裂加工裝置32被集合在唯一的一個(gè)加工站內(nèi)。
支座34用于在加工時(shí)對(duì)工件進(jìn)行支承，其中在圖中僅示出所述工件的環(huán)形段12的剖面。
采用設(shè)置在支座34下方的可垂直進(jìn)給的激光裝置30在工件的段12的內(nèi)圓面16上加工出正相對(duì)的切口。為此，激光裝置30設(shè)置在滑床40上，所述滑床40對(duì)應(yīng)于固定的機(jī)殼部分可垂直上下移動(dòng)。垂直于將工件輸送入加工站或從加工站退出的輸送方向B實(shí)現(xiàn)所述的垂直上下移動(dòng)。
根據(jù)圖中所示的實(shí)施方式，用于生成切口的激光束L的軸平行于環(huán)形段12的中間軸M并平行于內(nèi)圓面16伸展。因此在作為對(duì)工件的環(huán)形段斷裂加工的準(zhǔn)備工步生成切口時(shí)，激光束平行于有待劃痕的面。此點(diǎn)的顯著的優(yōu)點(diǎn)在于，激光裝置發(fā)出的激光束可以直接投射到工件上，而不必進(jìn)行附加的導(dǎo)向。
在采用激光裝置30生成切口之后，開(kāi)始使用斷裂加工裝置32，所述斷裂加工裝置32設(shè)置在支座34上方，和同樣可垂直地，即與工件的輸送方向B成直角向支座34方向進(jìn)給。為此，斷裂加工裝置32設(shè)置在滑床42上，所述滑床42對(duì)應(yīng)于固定的機(jī)殼部分可垂直地上下移動(dòng)。與通常的裝置相同，采用諸如擴(kuò)張棒或擴(kuò)張板牙對(duì)等擴(kuò)張件用于斷裂加工。
接著將工件在箭頭B所示的輸送方向從加工站中退出并進(jìn)行最后的加工。
除了圖3所示采用的激光裝置外，還可以采用任何公知的激光裝置。其中所涉及的這種激光裝置系只產(chǎn)生唯一的一個(gè)激光束的激光裝置，所述激光束通過(guò)相應(yīng)移動(dòng)激光裝置或工件生成兩個(gè)切口。也可以采用公知的具有相互交叉的光束的激光裝置。
其中，盡管激光束L原則上可以與工件的中間軸成0°至90°之間的任意角度，但是就0°至90°而言，能量利用特別低，和在加入的斷裂力很小的情況下將特別易于導(dǎo)致出現(xiàn)一定的裂紋。如圖4舉例示出，激光裝置30的設(shè)計(jì)使激光束L的軸垂直于環(huán)形段12的中間軸M以及垂直于圓周面16伸展。圖4所示的裝置的其它內(nèi)容與圖3所示的相同。
替代利用滑床40，42將激光加工裝置30和斷裂加工裝置32移向支座34上的工件和移離所述工件的方案，支座34也可以是可移動(dòng)的。圖5示出了這種變形方案。其中支座34設(shè)置在可垂直移動(dòng)的滑床44上，同時(shí)激光加工裝置30和斷裂加工裝置32是固定的。同樣也垂直于工件的輸送方向B實(shí)現(xiàn)支座34的進(jìn)給移動(dòng)。
根據(jù)圖3至5所示的實(shí)施方式，激光加工裝置30和斷裂加工裝置32上下設(shè)置，且工件水平地穿過(guò)加工站移動(dòng)(方向B)。而且同樣還可以聯(lián)想到，并列地，即水平間隔地設(shè)置激光加工裝置30和斷裂加工裝置32。
圖6和7為一種應(yīng)用在本發(fā)明的激光裝置30內(nèi)的激光光學(xué)系統(tǒng)100的俯視圖或剖視圖。
如圖6所示，激光束L的光路首先穿過(guò)所述激光光學(xué)系統(tǒng)100激光器140發(fā)出的激光束L首先對(duì)可校準(zhǔn)的50％/50％的分光器110進(jìn)行透射，所述分光器110將激光束L分成兩個(gè)分光束L′，L″。利用所述的兩個(gè)分光束L′，L″可同時(shí)在有待斷裂加工的工件上生成兩個(gè)切口。為此，分光束L′，L″借助可校準(zhǔn)的光轉(zhuǎn)向器120，121被偏轉(zhuǎn)，并導(dǎo)向兩個(gè)往復(fù)擺動(dòng)單元130。
如圖7的剖視圖明顯示出，所述往復(fù)擺動(dòng)單元130分別具有可往復(fù)擺動(dòng)180°的加工單元131；圖6中分別用箭頭V標(biāo)示出旋轉(zhuǎn)方向。分光束L′，L″在相應(yīng)的處理單元131內(nèi)利用另一可校準(zhǔn)的光轉(zhuǎn)向器122被偏轉(zhuǎn)。激光束L′，L″透射過(guò)處理單元131，然后被導(dǎo)向兩個(gè)激光頭132，所述激光頭132位于處理單元131的端部，從所述激光頭出射出用于在工件上生成切口的激光束L′，L″。
在處理單元131端部上的光轉(zhuǎn)向器133的設(shè)計(jì)通過(guò)特殊的鏡面形狀實(shí)現(xiàn)從激光頭132在橫向和縱向上成圓柱或橢圓形出射的激光束。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)工件(10)的環(huán)形段(12)進(jìn)行斷裂加工的裝置，具有支座(34)，用于在加工時(shí)對(duì)所述工件(10)進(jìn)行支承；激光裝置(30)，用于在所述環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成切口和斷裂加工裝置(32)，用于沿所述切口預(yù)先給定的斷裂面(S)對(duì)所述工件(10)的環(huán)形段(12)進(jìn)行斷裂加工，其特征在于，所述激光加工裝置(30)和所述斷裂加工裝置(32)形成唯一的一個(gè)加工站，和利用激光加工裝置(30)和斷裂加工裝置(32)從對(duì)應(yīng)于所述工件(10)的相對(duì)兩側(cè)實(shí)施對(duì)所述工件(10)切口加工和斷裂加工。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述工件在輸送方向(B)上被輸送，穿過(guò)所述加工站，和所述激光加工裝置(30)和所述斷裂加工裝置(32)在垂直于所述輸送方向(B)的方向上相互間隔。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述激光加工裝置(30)和所述斷裂加工裝置(32)相互垂直或水平間隔。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，所述裝置另外還具有滑床(42)，所述斷裂加工裝置(32)利用所述滑床(42)移向和移離所述支座(34)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，所述裝置另外還具有滑床(44)，所述支座(34)被所述滑床(44)移向和移離所述激光加工裝置(30)和/或所述斷裂加工裝置(32)。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述激光加工裝置(30)和所述工件(10)的支座(34)的相對(duì)設(shè)置應(yīng)使所述激光加工裝置(30)生成的激光束(L)基本平行于所述工件(10)的圓周面(16)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述激光加工裝置(30)生成至少一基本垂直于所述工件(10)的環(huán)形段(12)的中間軸(M)的激光束(L)。
8.一種用于在工件(10)的環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成切口的裝置，具有支座(34)，用于加工時(shí)對(duì)所述工件(10)進(jìn)行支承；和激光加工裝置(30)，用于在所述環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成切口，其特征在于，所述激光加工裝置(30)和所述工件(10)的支座(34)的相對(duì)設(shè)置應(yīng)使由所述激光裝置(30)生成的激光束(L)基本平行于所述工件(10)的圓周面(16)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，所述裝置另外還具有滑床(40)，所述激光加工裝置(30)利用所述滑床(40)移向和移離所述支座(34)。
10.如權(quán)利要求1至6或8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述激光裝置(30)生成至少一基本平行于所述工件(10)的環(huán)形段(12)的中間軸(M)的激光束(L)。
11.一種用于對(duì)工件(10)的環(huán)形段(12)進(jìn)行斷裂加工的方法，其中首先利用激光能在所述環(huán)形段(12)的圓周面(16)上加工出切口，所述切口預(yù)先給定出斷裂面(S)的伸展，和其中所述工件(10)的環(huán)形段(12)在接著的斷裂加工過(guò)程中沿所述斷裂面(S)斷裂，其特征在于，在唯一的一個(gè)加工站內(nèi)從對(duì)應(yīng)于所述工件(10)的相對(duì)兩側(cè)實(shí)施在工件上切口的加工和對(duì)所述工件(10)斷裂加工。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中為了在所述工件(10)的環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成所述切口，至少一激光束(L)基本平行于所述環(huán)形段(12)的中間軸定向。
13.如權(quán)利要求11和12中任一項(xiàng)所述的方法，其中為了在所述環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成所述切口，至少一激光束(L)基本平行于圓周面(16)定向。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中為了在所述工件(10)的環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成所述切口，至少一激光束(L)基本垂直于所述環(huán)形段(12)的中間軸定向。
15.一種用于激光能在工件(10)的環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成切口的方法，其特征在于，為了在所述環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成所述切口，至少一激光束(L)基本平行于圓周面(16)定向。
16.如權(quán)利要求12、13或15所述的方法，其中，在所述工件(10)的環(huán)形段(12)的內(nèi)圓面(16)上生成的切口的寬度大約達(dá)到0.5mm，和其深度大約達(dá)到1.0mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)工件(10)的環(huán)形段(12)進(jìn)行斷裂加工的裝置，具有支座(34)，用于在加工時(shí)對(duì)所述工件(10)進(jìn)行支承；激光加工裝置(30)，用于利用激光能對(duì)材料的熔融在所述環(huán)形段(12)的圓周面(16)上生成切口；和斷裂加工裝置(32)，用于沿所述切口預(yù)先給定的斷裂面(S)對(duì)所述工件(10)的環(huán)形段(12)斷裂加工成兩部分，其特征在于，所述激光加工裝置(30)和所述斷裂加工裝置(32)形成唯一的一個(gè)加工站，并利用激光加工裝置(30)和斷裂加工裝置(32)從對(duì)應(yīng)于所述工件(10)的相對(duì)兩側(cè)實(shí)施對(duì)所述工件(10)切口加工和斷裂加工。
文檔編號(hào)B23D31/00GK1964811SQ200580018568
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者斯特凡·漢施, 霍斯特·維斯尼夫斯基 申請(qǐng)人:阿爾馮·凱斯勒專用機(jī)械制造有限公司