加工环形工件的方法和设备 【技术领域】
本发明涉及加工工件的方法和设备，工件有至少一个环形的设有一个分开的孔的工件部分。作为这类工件的例子是连杆、环形的壳体部分等。
背景技术
已知一些方法，其中，至少有一环形地设有一个分开的孔的工件部分的工件(例如带有可拆下的轴承盖的连杆)通过切削加工制成。但由于分开的孔和工件分块在孔分界缝处要求的配合精度，这些传统的方法比较复杂和不经济。
因此发展了裂开法和裂开设备作为已知的加工方法和设备，其中，环形工件制有至少一个额定破裂部位，以及借助一个在孔内圆周上施加撑胀力的裂开设备使之分离或完全分开一个工件部分。在此技术中通过在断裂面处形成的微齿造成配合准确的互相对应的裂开的工件分块或工件区。
涉及的裂开设备通常包括一个形式上为撑钳(Spreizbacken)或胀筒的撑胀装置，它插入由环形的结构部分构成的孔内。撑钳在结构上一般分成两部分，横截面基本上为半圆形的撑钳之一大多位置固定，而另一个是可运动的。通过一扩张机构，例如一个在撑钳之间推进的楔或类似物，将撑钳沿孔的径向彼此压开。胀筒在结构上仍有一横截面圆形的开缝的冠状套筒，它的通过开缝形成的套筒段通过打入心棒或类似物弯曲弹性地可沿径向向外扩张。不仅撑钳而且胀筒通常均用金属制造。
例如在EP-0-396 797和EP-0 661 125中公开了一些使用撑钳的裂开法和裂开设备。例如由DE44 42 062 A1可知使用胀筒的裂开法和裂开设备。
一般还已知环形的一体式或多部分组成的工件或机器构件在其孔内设一整体式(亦即自身封闭的)或多部分组成的(亦即分开式)轴承，它用一种适合于具体使用目的的轴承材料制造。在这方面现有一些结构设计，其中，形式上为分开的轴瓦或轴承套的轴承材料置入孔内，例如钎焊或粘在孔内；而且现有这样一些方案，其中，轴承材料借助浇注、离心涂镀、带式浇铸、滚压、滚轧、喷镀、喷涂法或电镀法施加并与孔壁连接。
基于在形状稳定性和配合精度方面通常对轴承提出高的要求，尤其制造分开式的轴承结构非常麻烦。此外这些轴承还要求不算不多的精加工步骤。因此从总体上看分开式的轴承结构成本相当高。
【发明内容】
本发明的目的，亦即要解决的技术问题是，创造一种新型的加工方法和一种新型的加工设备，此方法或设备可以用比较简单和有效的方式和方法加工有至少一个环形的可设有一个分开的孔和一个轴承的工件部分的工件，以及与此同时可以获得高质量的成品。
上述目的通过按本发明的一种有权利要求1特征的方法达到。
此用于加工有至少一个环形的设有一个分开的孔的工件部分的工件的方法包括下列步骤，但不一定按给出的顺序：
a)制备一个设有至少一个额定破裂部位的工件；
b)在孔的内圆周上施加撑胀力，为的是裂开此至少一个的环形工件部分以及造成互相对应的、裂开的、有分开的孔的工件分块(或工件区)
c)相配和可拆地连接通过步骤b)形成的裂开的工件分块；
d)在裂开的工件分开的孔内圆周上施加至少一个环形封闭的滑动轴承材料层；
e)拆开相配的工件分块之间的连接；以及
f)在环形封闭的滑动轴承材料层的整个内圆周上施加撑胀力，为的是裂开滑动轴承材料层。
在步骤a)中提及的额定破裂部位优选地设计为一个或多个开裂切口的形式，它们确定一个预定的裂开面。这些开裂切口可以通过冲击、拉削、激光加工或其他适用的方法制成。
“分开的孔”在本发明的范围内不仅理解为一个在其内圆周两个或多个地点分开或断开的孔，亦即可由两个或多个分开的工件分块组成，而且还指这种孔，即其中孔的内圆周只在一个地点断开。
通过步骤b)形成的裂开的工件分块要在步骤c)内实施的可拆式连接，既可以借助工件本身所安装的连接装置，例如旋入工件内的螺钉实现，也可以通过外加的装置进行，例如夹紧或拉紧装置。如果此连接借助工件自身所带的连接装置实现，则此工件恰当地事先已配备有用于此连接装置相应的安装座或固定可能性。在步骤e)中拆开连接的方式和方法则全视事先选择的连接方式而定。
为了在步骤d)中施加滑动轴承材料层，采用一种与具体使用情况相匹配和恰当的轴承材料，例如一种轴承合金或多材料组合的轴承材料。通过施加滑动轴承材料层，原先已裂开的，亦即或分开的或完全分离工件部分，在形成的并穿过孔内圆周面的裂开面内边缘区重新互相连接。
在步骤f)中，此由滑动轴承材料层构成的连接重新分离，确切地说重新借助一单独的裂开过程，这一过程专门与滑动轴承材料层相匹配。因为在步骤b)中已裂开的工件部分外部超过滑动轴承材料层向外不再存在任何直接的固定以及除此之外滑动轴承材料层比较薄，所以为了断开滑动轴承材料层只需要比较小的力。但由于滑动轴承材料层与其余的工件相比有完全不同的材料特性并因而有不同的裂开特性，所以滑动轴承材料层的裂开优选地用与裂开原始工件时不同的装置和用不同的裂开参数实施。
本申请对象的发明人认识到，对于有至少一个环形的可设一带分开的轴承的分开的孔的工件部分的工件，轴承材料直接施加在事先已裂开的工件区域内，以及如此制成的重新连接事先已裂开的工件分块的轴承材料层，然后可无需切削加工通过再次的裂开步骤裂开或分离。也就是说，为原始工件的裂开和为轴承材料层的裂开需要两个彼此完全独立的裂开步骤。一种发明人为了比较而试验的方法，其中首先将轴承材料施加在未裂开的原始工件上，然后工件连同轴承材料层一起在一道工序中裂开，这种方法并没有提供令人满意的结果。
按本发明的方案用比较少的工艺步骤获得高质量的成品，其中，沿整个通过工件和滑动轴承层延伸的裂开面，形成配合非常准确的微齿，和尤其在裂开面通入孔内的边缘区，形成准确配合的均匀的不需要进一步精加工的接头。按本发明的方法原则上不仅可应用于那些只配备唯一一个环形工件部分的工件中，而且可应用于那些沿轴向并列或前后有多个这种部分的工件中。因此，按本发明的方法可以通过比较简单、有效和非常经济的方式和方法，具有高的轴承质量和配合精度地加工出有裂开的环形工件部分和施加在此工件部分内分开的裂开的轴承的工件。不需要昂贵的超越轴承普通的精加工的精加工步骤。与传统的方法相比，本发明显现出一种大大节省加工步骤并因而非常合理化的可能性。
按本发明方法的一种特别优选的实施形式，滑动轴承材料层在步骤f)中弹性地，优选橡胶弹性地，和全面对称地(亦即沿封闭的360°圆形孔)支承在其内圆周上(亦即从孔口的内侧沿径向向外作用)。因此步骤f)有多重功能。它不仅将裂开滑动轴承材料层所需要的撑胀力施加在此层的内圆周上，而且与此同时还在基本上直至破裂或完全破裂的全部撑胀的持续时间内(亦即在裂开过程期间)，此环形的滑动轴承材料层在一侧沿径向支承，以及在另一侧压紧在滑动轴承材料层施加在它上面的那个基孔的工件材料上。以此方式可以有效避免加工技术中关键的滑动轴承材料不希望的剥离。在这里应指出，采用传统的半圆形撑钳，它们正好在工件裂开面的区域内有一显著的空隙，或采用胀筒，它们相邻的扇形扩张元件有各自的空隙，因而不能达到上述正面的效果。
按本发明方法的其他优选和有利的实施特征是从属权利要求3至7的内容。
此外，本发明的目的通过具有权利要求8特征的按本发明的设备达到。
此用于加工有至少一个环形的设有一个分开的孔的工件部分的工件的设备包括：一个裂开装置用于裂开环形的工件部分以及用于造成互相对应的、裂开的、有分开的孔的工件分块；一个滑动轴承材料施加装置用于在裂开的工件分开的孔的内圆周上施加至少一个环形封闭的滑动轴承材料层；以及一个滑动轴承材料层裂开装置用于使裂开的工件环形封闭的滑动轴承材料层裂开。
用于本来原始工件的裂开装置和滑动轴承材料层的裂开装置彼此不同。它们可以在空间上彼此分开，或也可以彼此直接相邻地布置，也就是组合成一个单元。这两个装置在空间上分开也不是强求的，工件要从一个装置输送到另一个装置。在本发明的范围内例如可以设想，要借助不同的裂开装置加工的工件固定地保持在同一个夹具内。
按本发明的设备提供的优点基本上与前面已描述的按本发明的方法的优点相同。此外，按本发明的设备允许省略如用于传统的分开式轴承迄今所需要的那些昂贵的精加工设备。
按本发明的设备其他优选和有利的设计特征是从属权利要求9至16的内容。
【附图说明】
本发明优选的实施例和附加的设计细节及其他优点借助附图在下面详细介绍和说明。
附图示意并大大简化地表示按本发明的设备的滑动轴承材料层裂开装置的局部剖切侧视图，此设备适用于实施按本发明的方法。
【具体实施方式】
对于本说明，假定应借助按本发明的方法加工的工件涉及一个预制的连杆毛坯，它有一个尚未分开的连杆大头，连杆大头有一个尚未分开的轴承孔。为了使连杆以后能在曲轴的连杆轴颈上固定和运行，连杆毛坯必须在含有轴承孔的环形连杆大头部分的区域内分成两个部分，亦即连杆体和连杆盖，以及在孔内施加一种滑动轴承材料。尚未设有滑动轴承材料的孔下面也称为基孔。
针对上述目的现在实施下列步骤，不过不一定按给出的顺序。
首先对已含有尚未分开的连杆孔的连杆毛坯进行预加工，其中在连杆中制造以后用于连杆盖的螺钉孔。在本例中此工序包括加工用于连杆盖螺钉连接装置的盲孔以及加工内螺纹。然后，例如借助激光器在基孔的内圆周上加上两个沿直径方向的切口，它们分别构成一个额定破裂部位。
如此制备的毛坯接着在裂开装置中进一步加工，在那里通过在基孔内圆周上施加撑胀力，使连杆盖沿一个通过额定破裂部位并因此穿过基孔延伸的断裂面分开。在这里，作为裂开装置可例如采用传统的配备撑钳、胀筒或破裂心棒的装置。
已裂开的工件分块，亦即连杆盖和留下的连杆体，接着重新相配并通过螺钉可拆但牢固地互相连接。
然后，借助一种已知的滑动轴承材料施加装置，在事先已裂开的连杆毛坯分开的基孔内圆周上施加一种滑动轴承材料。滑动轴承材料(这里：轴承合金)例如借助喷涂法涂覆，以及在分开的基孔的内圆周上形成比较薄的自身封闭的环形滑动轴承材料层。虽然在此实施例中只施加一个单层，但本发明还包括这些方案，即其中在这一步骤施加多个滑动轴承材料层。
在制成滑动轴承材料层后对它进行精加工，此滑动轴承材料层比较牢固地针对与拟定的轴承负荷不同的机械负荷与基孔表面密切连接。这种精加工是需要的，因为滑动轴承材料一般不能均匀地施加，而是大多有少量波纹和不均匀度，因此还必须加工到准确的轴承尺寸。当然，取决于所采用的轴承材料，也可设想在有些情况下可以取消这种精加工。
现在，通过拧松螺钉连接装置拆开连杆盖与连杆体之间的连接。在这里，螺钉连接装置可以或完全拆除或只是部分旋出。由于轴承材料的施加，通过在这之前的裂开过程已彼此完全分开的连杆盖和连杆体，在穿过事先分开的基孔内圆周的裂开面内边缘区，借助此滑动轴承材料层重新互相连接。
处于此状态下的连杆毛坯现在经受第二次裂开过程，其中借助一个下面还要详细说明的滑动轴承材料层裂开装置，在通过喷涂轴承材料构成的自身环形封闭的滑动轴承材料层的整个内圆周上施加一个撑胀力。与此同时，滑动轴承材料层由孔口内侧(亦即从此层内圆周沿径向向外作用地)弹性和全面对称地支承。通过在一定程度上组合撑胀作用和支承作用，将滑动轴承材料层与基孔相邻的那一侧压紧在基孔的工件材料上，在此基孔上施加有此滑动轴承材料。
以此方式借助于滑动轴承材料层裂开装置将滑动轴承材料层分裂成两个半环，并由此重新将连杆盖与连杆体完全分离。在这里，穿过滑动轴承材料层延伸的裂开面形成在第一个裂开步骤中已存在的裂开面的一种基本上直接的延续。原则上为此并不需要在滑动轴承材料层上事先加上额定破裂部位。上面提及的支承和压紧作用基本上一直保持到完全破裂。借助它们可获得这种作用的装置的详情，在下面结合按本发明的设备详细说明。
如果滑动轴承材料层事先没有实施上面已说明的精加工，那么这也可以在当前这一时刻进行，确切地说，在将连杆盖与连杆体重新按已说明的方式和方法相配并通过螺钉连接装置可拆式地互相连接之后进行。
此按本发明的方法作为这种方法到此结束，与之相连的可以是需要的其他加工步骤。
下面说明按本发明的设备。
用于裂开原始工件、亦即尚为一体的连杆毛坯的裂开装置以及滑动轴承材料施加装置的基本结构及功能已经结合按本发明的方法说明，所以在这里略去对这些设备部分作进一步说明。
附图示意和大大简化地表示按本发明的设备中滑动轴承材料层裂开装置2一种可能的实施形式的侧视图，借助此装置可按上面详细说明的方式和方法实施环形封闭的滑动轴承材料层的破裂。
在图中可以看出，滑动轴承材料层裂开装置2包括一个支座或基础4，在它上面平放着，亦即固定或夹紧要加工的连杆毛坯6。连杆盖6.2和连杆体6.4相应的固定或夹紧装置以及螺钉连接装置，为了视图更清楚起见在此图中没有表示。此外，滑动轴承材料层裂开装置2配备有弹性的撑胀和支承部件8(下面简称部件8)，它可沿轴向插入由分开并已涂层的基孔10构成的连杆孔口内，并因而插入以环形滑动轴承材料层12的内圆周16为界的空腔内，以及可全面对称地贴靠在滑动轴承材料层12的内圆周16上，部件8的下侧在本例中同样支承在支座4上。在这里，部件8或松动地置入连杆孔口内，或固定在支座4上。在后一种情况下，连杆6将其孔口套在位置固定地设置的部件8上。原则上部件8也可以通过一单独的定位装置安置在由滑动轴承材料层12构成的环的内部和/或固定在冲头22上。
部件8有一个基本上用弹性体材料制成的可弹性压缩的机体8.2，它有一个相对于孔的轴线14旋转对称的圆柱形或桶状的外形。弹性部件8沿基孔10或孔口轴向测量的高度H，大于基孔10或滑动轴承材料层的环的轴向深度T。在此表示部件8处于未撑胀状态的图中人们可以看出，部件8已基本上完全充满连杆孔或由环形的滑动轴承材料层12的内圆周16所围绕的空腔。在撑胀状态，部件8便彻底地充填上述空腔。
在本例中，可弹性压缩的机体8.2设计为实心体。但它同样可以成形的空心体。与机体8.2设计为实心体或空心体无关，它有一种一体式或分成多个部分的结构或单层或多层结构，它们有不同的弹性和/或硬度，以及还有用相同或不同材料制的芯子、附加件、定心装置、固定装置、定向辅助器等。以此方式获得适用于具体使用目的的弹性、为全面对称地将部件8或其机体8.2支靠在环形封闭的滑动轴承材料层12的整个内圆周16上所需要的变形特性、以及规定的压紧及撑胀特性。
由此图还可看出，滑动轴承材料层裂开装置2还有一个沿基孔10轴线14的方向作用在弹性的部件8或其可弹性地压缩的机体8.2上的施压装置18。此施压装置18在本实施例中包括一个液压缸20和一个可伸缩的冲头22，冲头可通过其下侧24支靠在弹性部件8的上侧，亦即支靠在弹性部件从连杆孔伸出的上部区上。不过在本发明的范围内也可以取代液压的施压装置，采用机械、气动、电动、电磁、电液压式施压装置以及它们的混合形式。
为了裂开经预处理的连杆毛坯6(见上面对按本发明的方法的说明)滑动轴承材料层12，将冲头22下沉并将其下侧24压在弹性部件8上(在此部件固定在冲头22上的实施形式中，部件8优选地压在支座或基体4上)。因此使弹性部件8或其机体8.2不仅沿轴向而且沿径向在由滑动轴承材料层12构成的环或连杆孔口内部压缩并变形。在这种情况下，弹性部件8全面对称地支靠在环形封闭的滑动轴承材料层12的内圆周16上。
弹性部件8或其机体8.2以此方式在滑动轴承材料层12上施加一个径向的撑胀力，在此期间滑动轴承材料层12同时由孔口的内侧(亦即从层12的内圆周16沿径向向外)弹性和全面对称地支承，以及，滑动轴承材料层12与基孔10相邻的那一侧压靠在基孔10的工件材料上，层12正是涂覆在此基孔10上的。在达到一个预定的主要根据滑动轴承材料层12的材料参数和厚度以及工件6的夹紧条件得出的撑胀力时，滑动轴承材料层12裂开成两个半环，并因而重新使连杆盖6.2与连杆体6.4完全分离。在完成破裂后冲头22收回和释放部件8。在这时部件8弹性变形地恢复到其原始形状。
虽然在上述实施例中弹性部件8的施压只从一侧进行，其中，在支座4上的反作用提供相应的反力，但本发明也包括这样一些方案，在这些方案中弹性部件8从孔的两侧压缩。为此采用第二液压缸20和第二冲头22以及相应地省去支座4。此外，在这种情况下，弹性部件8沿孔10轴向测量的高度或厚度恰当地应选择为，使部件8在未加载状态从孔口的两侧伸出。取代将要加工的连杆6平放在支座4上，同样可以竖立着固定连杆6，而冲头22沿水平方向移动。
本发明不限于上面的那些实施例，它们仅用于一般性说明本发明的核心思想。确切地说，在保护范围内，按本发明的方法和按本发明的设备还可以采用与上述不同的另一些实施形式。此方法和此设备可尤其有一些体现在附属的权利要求中各单项特征组合的特征。
尽管按本发明的方法如上面已提及的那样为了裂开滑动轴承材料层原则上不需要在此材料层上设额定破裂部位，但本发明仍包括为特别厚的滑动轴承材料层和/或特别坚韧的轴承材料或原料选择这种可能性。加上这种额定破裂部位，恰当地在制造滑动轴承材料层之后、但还应在裂开此层之前进行。可以通过切削加工来切开滑动轴承材料层。按照本发明的方法，滑动轴承材料层也可以至少局部切削加工地分离以及其余部分再使之裂开。
尤其是还规定，按本发明的设备配备有恰当的操作部件和控制和/或操纵和/或调整装置。在本发明的范围内，滑动轴承材料层裂开装置还有另一些针对要加工工件的适用的固定部件、夹紧装置和/或导引装置。
尽管在上述实施例中，弹性的撑胀和支承件设计为可弹性压缩的机体，但本发明还包括这样一些结构，其中的弹性撑胀和支承件有一可弹性膨胀的空心体，它完全充填由滑动轴承材料层的内圆周围绕的空腔。优选地，这样一种空心体也包括一种或多种弹性体材料。此空心体有一种与孔的几何形状和几何尺寸相应地协调的外形。基本上球形、圆柱形或桶形的空心体业已证实是特别适用的。应当注意，空心体在未膨胀状态可有比对应的工件孔小得多的尺寸。恰当地，空心体的内腔与一施内压装置连接。为了产生用于扩展空心体的内压，液态或气态的介质是特别适用的。可弹性膨胀的空心体的作用方式基本上与可弹性变形的机体的作用方式一致。
滑动轴承材料层裂开装置中，不仅可弹性压缩的机体而且可弹性膨胀的空心体并不一定要相对于工件的孔轴线对称或有圆的横截面形状。尤其在环形滑动轴承材料层要获得的裂开面所在的区域内，涉及的机体在受压缩或已膨胀的状态下也可以有非对称或不均匀的横截面形状和/或在横截面内部有不同的径向尺寸。例如，可弹性压缩的机体可以有椭圆的横截面形状，其中，较长的横截面轴线基本上沿滑动轴承材料层以后的裂开面延伸。以此方式可使所涉及的可弹性变形的机体具有规定的变形、撑胀、支承和滑动轴承材料层压紧的特性。
取代上述用于轴承材料的喷涂装置，滑动轴承材料施加装置也可以包括滑动轴承材料的浇注、离心涂镀、带式浇铸、滚压、滚轧、电镀装置等。
在权利要求、说明和附图中的符号仅用于更好地理解本发明以及不应限制保护范围。
附图标记一览表
2 滑动轴承材料层裂开装置
4 支座/基础
6 连杆毛坯/工件
6.2 连杆盖
6.4 连杆体
8 可弹性变形的撑胀和支承部件
8.2 8的可弹性压缩的机体
10 基孔/连杆孔
12 环形的滑动轴承材料层
14 孔的轴线
16 12的内圆周
18 施压装置
20 18的液压缸
22 18的冲头
24 22的下侧
H 8的高度
T 孔10的轴向深度