断裂分离方法、用于执行该方法的设备、以及工件与流程

本发明涉及一种用于沿着断裂分离平面使得工件断裂分离的断裂分离方法、一种可以根据这样的断裂分离方法被断裂分离的工件、和一种用于执行该方法的设备。

背景技术：

在EP 0 808 228 B3中描述了一种用于断裂分离工件的方法，其中在真正进行断裂分离之前，在工件周面的断裂分离平面的区域中构造有至少一个断裂分离裂口。该断裂分离裂口用激光来构造，其中形成多个裂口区段，这些裂口区段以依次出现的方式线形地布置。裂口区段构造为细长的凹部，该细长的凹部可以形成一种孔眼并且可以从贯穿的裂口基础(Kerbbasis)中延伸出。

所谓的光纤激光器已经被证明特别适合于执行该方法，光纤激光器可以用比较小的大约50瓦的能量来运行。

在这种类型的光纤激光器中，激光光束通过形成了光学器件的实际出射镜的“喷口”指向该工件，其中按照该发明地激光光束耦合被倾斜地进行。

尤其是在断裂分离连杆、曲柄壳体和类似物的情况下，该方法已经在很大程度上实施，而且该方法例如已经代替了机械加工断裂分离裂口(例如通过珩磨)。

技术实现要素：

本发明基于如下任务，即，进一步改善该处理方式。

该任务由一种具有权利要求1的特征的断裂分离方法、一种具有权利要求7的特征的工件和一种具有权利要求9的特征的设备来解决。

本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

在按照本发明的断裂分离方法中实现了沿着在最宽泛的意义上被预先给定的断裂分离平面来断裂分离工件，其中与现有技术类似地，在断裂分离平面的区域中借助激光能量来引入裂口区段。在此，“裂口区段”理解为在工件中的单侧或者双侧封闭的细长的凹部。如下地操控激光，即，使得在工件的周面区域中形成焊缝，裂口区段从该焊缝中延伸出。该方法不同于使得裂口区段从贯穿的裂口基础延伸出的传统方法。本发明的裂口基础可以被部分地填充熔化物，然而到目前为止已经避免了构造出具有伴随出现的结构变化的焊缝。

与此相应，按照本发明的设备具有激光装置和断裂分离装置，其中激光装置被如下地设计，即，在断裂分离平面的区域中构造焊缝和从该焊缝延伸出的裂口区段。

所谓的3D激光扫描器已经被证明为特别适合于构造这样的焊缝，激光光束可以利用3D激光扫描器借助偏转镜和必要时对激光光学器件在X、Y和Z方向上的相对应的操控来控制，因此通过这种3D扫描器也可以加工非常复杂的工件几何形状。特别是优点在于，这种3D扫描器与工件错开地放置，因为通过枢转镜可以准确地聚焦到工件上。由此，可以在焊接时避免污染激光光学器件。

按照本发明，如下地操控激光器，即，使得焊缝具有大于该工件的基本材料的硬度。

在此，焊缝可以多孔地构造。

在特别优选的实施例中，焊缝的深度等于或者大于裂口区段的深度。

如果总深度(焊缝+裂口区段)在0.4mm到1mm之间的范围内，那么焊缝的深度在此大于50％。

如果焊缝在横向于焊缝纵轴线的截面中以近似V形或者凹形倒圆的方式来构造，其中裂口区段从V裂口的底部延伸出，那么得到特别有效的裂缝传播(Rissfortpflanzung)。

附图说明

本发明的优选的实施例在下文结合示意性的附图进一步阐述。其中：

图1示出了用来将焊缝引入到要断裂分离的工件中的方法的特别简化的示意性原理图；

图2示出了用于解释裂口区段的机理的图；并且

图3示出了如下图表，从该图表中可推导出断裂分离力与裂口区段的深度的关系。

具体实施方式

用于断裂分离工件(例如连杆、曲柄壳体、栓等)的加工装置具有未被示出的断裂分离装置，通过断裂分离装置进行工件的断裂分离。该工件可以具有支承凹部(例如大的连杆孔)，裂纹刺(Crackdorn)进入到该大的连杆孔中来实现断裂分离。然而，原则上也可能的是，将呈栓形的工件断裂分离，其中断裂分离力被施加到工件的外周上。按照本发明，在断裂分离平面的区域中，借助于依据图1示意性地示出的激光装置1来构造焊缝，焊缝与此相应地构造在支承凹部的在直径上对置的区段或周面区域上，或者环绕工件的外周地构造。此外，加工装置还可具有用于输送和运出工件的站、拧紧站、轴套压入站等。

在图1中示出的激光装置1构造为3D激光扫描器。这样的激光扫描器用于以较低的功率标记工件。在按照本发明的方法中，该功率在50W(瓦)的范围内。激光器本身是光纤激光器，光纤激光器的通过光导体引导的激光光束经过枢转镜2和仅被示意出的出射窗4指向要加工的工件。在此，3D扫描器设计成，使得激光光束在X、Y和Z方向上是可调节的，从而激光光束6可以准确地聚焦到工件8的要加工的区域上。如所示的那样，输出窗4以与工件8保持间距的方式构造，从而避免了由于在加工时出现的蒸汽而引起的污染。

如下地操控激光光束6，使得在呈栓形的工件的外周上或在支承孔或者类似物的内周区域上构造有焊缝10，焊缝在按照图1的附图中垂直于绘图平面地延伸。该焊缝10在按照图1的附图中近似V形地构造，其中裂口区段14从顶端12延伸出，裂口区段14并未或者至少仅部分地以熔化物填充，并且因此空心地构造。

为清晰起见，在图1a中示出了沿着图1的线A、B的截面。与此相应，可看到裂口区段14的倾斜定位，倾斜定位通过激光光束6的耦合角来预先给定。与此相应，激光装置1(3D扫描器)的出射窗4相对远离加工区域地布置，从而避免该出射窗4由于蒸汽而被污染。

在大多数情况下，总深度S1+S2约为0.4到0.6mm。在此，焊缝10的深度S1为总深度的至少50％、优选地稍大于50％，使得裂口区段的深度相对应地可以稍小于焊缝深度。当然，也可以偏离这种几何形状预定部。

焊缝10的结构具有大于工件的基本材料的肖氏硬度。此外，该焊缝组织结构并不是均匀地，而是略微多孔地被构造。这在按照图1a的图示中用裂缝16来表示。裂口区段14通过所谓的“深焊效应”形成，其中通过3D激光扫描器的根据Q开关原理运行的光纤激光器来构造所谓的槽孔(Keyhole)，槽孔通过材料由于激光能量的蒸发而形成。

形成了所谓的蒸汽细管，金属蒸汽穿过蒸汽细管流出。通过对所输送的激光能量进行的Q开关控制和伴随而来的周期性的中断，形成了所示出的裂口区段14和在按照图1的附图中位于裂口区段14上的焊缝10，其由于如下原因形成，即，材料并未完全从蒸汽细管中流出，使得该蒸汽细管重新被填充并且形成通常的焊缝。

该效果在图2中被示出。

在例如通过裂纹刺进行的随后的断裂分离时，断裂分离力首先导入到比较硬的焊缝的区域中。在那里，由于该焊缝的大的硬度和多孔性而形成裂缝，然后裂缝经由空心的裂口区段14蔓延到材料中，使得工件沿着断裂分离平面以高精确度和可重复性断裂。裂缝传播通过焊缝10和从焊缝延伸出的裂口区段14引起。

在没有这种裂口区段14的情况下，必须施加明显更高的断裂分离力，以便将工件断裂分离。这依据图3说明，图3在中间示出如下图表，其中裂口深度通过改变激光的进给的改变而改变，也就是说通过激光光束沿图1a的箭头方向的运动的改变而改变。从该图表中看出，从一定的进给速度起，裂口区段S2的深度几乎为零。在右侧的图表中示出了在图3所示的箭头中需要的断裂分离力。可以看出，在不存在裂口区段(裂口深度S2等于零)的情况下的断裂分离力明显高于在伴随构造有裂口区段的焊缝的情况下的断裂分离力。在按照图3的附图中，焊缝的深度用S1表示。

例如在加工连杆时，有裂纹的连杆在断裂分离之后被拧紧，并且随后在必要时在另一加工站中在端侧被磨削平坦。然后，预钻出大的连杆孔，其中以以下方式进行预钻，即，使得焊缝的在断裂分离后剩余部分的硬的区域几乎完全被除去。与此相应，在裂口区段的区域中的材料比较软，因此该裂口区段不必被除去或者仅部分地被除去。在预钻之后进行精密加工，其中除去例如大约150μm。在精密加工之后进行精钻，其中连杆孔的真正的几何形状(例如椭圆形或者喇叭形)借助在径向上可调节的精密钻头来构造。这种精钻相对应地在比较软的材料中进行，因此不损害精钻工具的使用寿命。

公开了一种用于断裂分离工件的方法，其中在断裂分离平面的区域中制作出如下焊缝，即，该焊缝具有在其上延伸出的裂口区段。

附图标记列表

1 激光装置

2 3D激光扫描器的镜子

4 出射窗

6 激光光束

8 工件

10 焊缝

12 底部

14 裂口区段

16 裂缝