CN113165201B - 金属制零件的断裂方法以及连杆的断裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属制零件的断裂方法，具有带有规定的贯通孔(5a)的金属制零件(1、B)，在贯通孔的内周面的相向位置形成从贯通孔的第一开口端至第二开口端连续的槽部(17)，能使金属制零件从槽部断裂，其中，在金属制零件的槽部中，确定在该金属制零件的断裂开始时使应力集中的位置(δ、δ1、δ2)，为了将槽部的确定的位置设为破坏起点，在与该确定的位置相对应的槽部的底部的位置形成应力集中部(19)，在金属制零件的断裂开始时，与槽部的各部相比最先从槽部上的应力集中部(19)产生裂纹(S1)，使裂纹(S2)从槽部的各部进展。

Description

金属制零件的断裂方法以及连杆的断裂方法

技术领域

本发明涉及一种从贯通孔断裂的金属制零件的断裂方法以及连杆的断裂方法。

背景技术

对于具有贯通孔的金属制零件而言，有时会将从贯通孔断裂并被分割的零件组合来作为一对制品使用。代表性的金属制零件已知有连杆(以下称为连杆)。

对于连杆而言，对大端部的贯通孔向扩张的方向施加载荷，使大端部断裂并分割为主体部和盖部，将在断裂后的断裂面产生的凹凸用于定位，由此在通过螺栓将主体部与盖部紧固时，即使在省略定位销的状态下，也能高精度地进行定位。

连杆大多构成为：在大端部的贯通孔的内周面的相对的各部位，从一侧的开口端至另一侧的开口端连续地形成槽部，由此将大端部从槽部断裂。

但是，对于仅形成于连杆的槽部而言，由于在槽部上存在多个破坏起点，因此裂纹以从多方向进展的裂纹彼此相互干涉而三维地偏移的方式行进，有时会无法得到良好的断裂面。

因此，如专利文献1所公开的那样，提出了如下技术：采用在槽部与断裂最终位置之间的中间位置，例如在螺栓孔的内周面形成台阶部来作为应力集中部的方法，从而通过台阶部诱导裂纹行进的方向，抑制裂纹的三维上的偏移。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014－98423号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，由于应力集中部必须配置于槽部与最终断裂位置之间的中间，因此应力集中部的形成麻烦。即使是在螺栓孔的内周面形成台阶部而成为应力集中部的情况下，也容易被迫增加在规定的大径部和规定的小径部形成螺栓孔等成本上的负担高的作业。

因此，本发明的目的在于提供一种金属制零件的断裂方法以及连杆的断裂方法，该金属制零件的断裂方法以及连杆的断裂方法使用容易形成应力集中部的方式，在形成三维上的偏移得到抑制的良好的断裂面的同时使断裂能进行。

用于解决问题的方案

成为第一方面的金属制零件的断裂方法的方案设为：具有带有规定的贯通孔的金属制零件，在贯通孔的内周面的相对位置形成从贯通孔的第一开口端至第二开口端连续的槽部，能使金属制零件从槽部断裂，其中，在金属制零件的槽部中，确定在该金属制零件的断裂开始时使应力集中的位置，为了将槽部的确定的位置设为破坏起点，在与该确定的位置相对应的槽部的底部的位置形成应力集中部，在金属制零件的断裂开始时，与槽部的各部相比最先从槽部上的应力集中部产生裂纹，使裂纹从槽部的各部进展。

根据该方法，在金属制零件的断裂开始时，槽部上的应力集中部成为最先的破坏起点而产生裂纹，最先行进至金属制零件的最终断裂位置。随着该裂纹的行进，裂纹从槽部的各部进展，直到行进至最终断裂位置。就是说，从槽部开始的裂纹良好地行进至最终断裂位置，金属制零件在形成三维上的偏移得到抑制的良好的断裂面的同时被断裂。

在成为第二发明的金属制零件的断裂方法的方案中，通过凹陷部来形成应力集中部。由此，对于应力集中部而言，仅在槽部的底部形成凹陷部即可。

此外，成为第三发明的连杆的断裂方法的方案设为：对于具备具有贯通孔的大端部的连杆，在贯通孔的内周面的相对位置形成从贯通孔的第一开口端至第二开口端连续的槽部，能使大端部从槽部断裂，其中，在大端部的槽部中，确定在该大端部的断裂开始时使应力集中的位置，为了将槽部上的确定的位置设为破坏起点，在与该确定的位置相对应的槽部的底部的位置形成应力集中部，在大端部的断裂开始时，与槽部的各部相比最先从槽部上的应力集中部产生裂纹，使裂纹从槽部的各部进展。

根据该方法，在大端部的断裂开始时，槽部上的应力集中部成为最初的破坏起点而产生裂纹，最先行进至大端部的最终断裂位置。随着该裂纹的行进，裂纹从槽部的各部进展，直到行进至最终断裂位置。就是说，从槽部开始的裂纹良好地行进至最终断裂位置，连杆的大端部在形成三维上的偏移得到抑制的良好的断裂面的同时被断裂。

在成为第四发明的连杆的断裂方法的方案中，在与螺栓孔和槽部之间的距离最小的部位相对应的槽部的底部的位置形成应力集中部。由此，有效利用螺栓孔而使裂纹从槽部的确定的位置行进。

在成为第五发明的连杆的断裂方法的方案中，在与多个并排的各螺栓孔和槽部之间的距离最小的各部位相对应的槽部的底部的位置分别形成应力集中部。由此，有效利用多个螺栓孔而使裂纹从槽部的确定的位置行进。

在成为第六发明的连杆的断裂方法的方案中，由凹陷部形成应力集中部。由此，对于应力集中部而言，仅在槽部的底部形成凹陷部即可。

发明效果

根据本发明，金属制零件、连杆通过在槽部上形成应力集中部这样容易的方法，能在形成三维上的偏移得到抑制的良好的断裂面的同时被断裂(技术方案1、3)。

特别是，通过将螺栓孔与槽部之间的距离最小的位置确定为使应力集中的位置，在与同一位置相对应的槽部的底部形成应力集中部，能有效利用已经存在的螺栓孔，在断裂开始时使裂纹最先从槽部的确定的位置行进(技术方案4)。此外，在存在多个螺栓孔的情况下，也能通过形成与各螺栓孔相对应的应力集中部，在抑制三维上的偏移的同时还高效地使裂纹行进(技术方案5)。并且，对于应力集中部而言，仅在槽部的底部形成凹陷部即可，以简单而且成本上的负担少的方式来实现(技术方案2、6)。

附图说明

图1是表示成为本发明的第一实施方式的方案的对象的连杆的主视图。

图2是表示连杆的大端部被分割前的作为半成品的金属制零件的工件的立体图。

图3A是表示形成于工件的槽部和应力集中部的从图2中的箭头X方向观察到的侧视图。

图3B是放大地表示图3A的槽部和应力集中部的侧视图。

图4是表示从图3B中的箭头Y方向观察到的槽部和应力集中部的向视图。

图5是从图3A中的箭头Z方向观察到的工件的俯视图。

图6是对使用内径扩张装置来使工件的大端部断裂时进行说明的立体图。

图7A是对使工件的大端部断裂时的初期的状态进行说明的说明图。

图7B是对使工件的大端部断裂时的后期的状态进行说明的说明图。

图8是表示断裂后的工件的大端部的立体图。

图9是对断裂时的裂纹的产生情况进行说明的剖视图。

图10是表示使用在断裂面产生的凹凸进行定位、再次组装的工件的大端部的立体图。

图11是表示在成为本发明的第二实施方式的方案的具有两对螺栓孔的工件形成槽部和应力集中部的例子的俯视图。

具体实施方式

以下，基于图1至图10所示的第一实施方式，对本发明进行说明。

图1表示作为制品的连杆1(以下称为连杆1)的主视图。

连杆1具有：具有活塞销孔3a的小端部3、具有曲柄销(crankpin)孔5a(相当于本申请的规定的贯通孔)的大端部5、以及将该小端部3与大端部5连结的杆7。此外，在大端部5设有位于曲柄销孔5a的侧方的一对螺栓孔9(左右各一个)。另外，螺栓孔9由沿与曲柄销孔5a正交的方向延伸的孔形成。

大端部5以能夹入曲柄销(未图示)的方式被分割为主体部15a和半圆弧形的盖部15b，通过***至各螺栓孔9的连杆螺栓11，在夹入了曲柄销的状态下将盖部15b紧固于主体部15a。

对于这样的连杆1的分割而言，例如使用以下断裂方法：使用后述的内径扩张装置A，对大端部5的内径(曲柄销孔5a)向扩张的方向施加载荷，使大端部5分割为主体部15a和盖部15b。使用通过该断裂方法而在断裂面产生的凹凸，来将主体部15a和盖部15b定位。

断裂方法大多使用以下方式：在进行断裂前的连杆1的半成品，例如如图2所示的作为具有小端部3和大端部5的金属制零件的工件B中，在曲柄销孔5a的内周面的相对的各部位，从曲柄销孔5a的成为第一开口端的一方的开口端至成为第二开口端的另一方的开口端分别连续地形成槽部，例如V形剖面的V槽部17，从而能从V槽部17使大端部5断裂。图2中的“α”表示断裂位置(仅图示单侧)。

这样，由于破坏起点在V槽部17上存在多个，因此裂纹以从多方向进展的裂纹彼此相互干涉而三维地偏移的方式行进，有可能无法得到良好的断裂面。

在本实施方式的断裂方法中，使用了这样的三维上的偏移得到抑制的方式。

即，在本实施方式的断裂方法中，使用以下断裂方法：如图2至图4所示，在大端部5的各V槽部17(槽部)上形成成为破坏起点的应力集中部19来使大端部5断裂。

如图3A、图3B以及图4所示，应力集中部19确定在大端部5的断裂开始时使应力集中的位置，并形成于与该确定的位置相对应的V槽部17的底部。

在工件B的大端部5中，在中央具有曲柄销孔5a，在同一曲柄销孔5a的两侧具有螺栓孔9，因此，在连杆1的大端部5的断裂开始时使应力集中的部位被确定为如图5所示的“δ”那样在与曲柄销孔5a的内周面与螺栓孔9的内周面之间的距离最小的“L(最小)”的部位相对应的V槽部17的底部。

如图2至图5所示，应力集中部19形成于与如此被确定的“δ”相对应的V槽部17的底部。应力集中部19由例如极小的凹陷部形成，在此由圆锥台形的凹陷部21形成。当然，应力集中部19与圆锥台形无关，也可以是其他形状。

通过该槽17上的凹陷部21，在大端部5的断裂开始时，使裂纹最先从在使应力集中的确定的位置δ所具有的凹陷部21产生。由此，裂纹依次从槽17的各部产生，主体部15a与盖部15b之间断裂，在形成良好的断裂面的同时被分割为主体部15a和盖部15b。

接着，对从该V槽部17分割为主体部15a和盖部15b的断裂方法进行说明，首先，准备图2所示的成为连杆1的半成品的工件B。

如图2至图5所示，工件B在曲柄销孔5a的内周面的相对位置具有一对V槽部17。此外，在使各V槽部17上的应力集中的位置δ形成有凹陷部21(应力集中部19)。当然，在曲柄销孔5a的两侧配置有一对螺栓孔9。

接着，如图6所示，将工件B设置于作为断裂设备的内径扩张装置A，进入工件B的大端部5的断裂工序。

在此，内径扩张装置A例如具有：一对加压夹具25，与曲柄销孔5a相对应地设为对开形，可沿一对接近分离方向位移；楔部27，压入一对加压夹具25之间并将其推开；驱动器(未图示)，驱动该楔部27。另外，在加压夹具25的邻接的侧面形成有供楔部27***的锥面25a。

将工件B的大端部5的曲柄销孔5a嵌于该内径扩张装置A的加压夹具25。当然，大端部5以与大端部5的断裂位置相配合的方式嵌入加压夹具25。需要说明的是，将小端部3的活塞销孔3a嵌入销(未图示)。

由此，工件B被设置于内径扩张装置A。

然后，使驱动器工作来使楔部27压入加压夹具25的锥面25a之间。

由此，在大端部5，对曲柄销孔5a向扩张的方向施加载荷，大端部5的断裂开始。由此，如图7A和图7B所示，大端部5分别从各V槽部17断裂，如图8所示，被分割为主体部15a和盖部15b。

在开始该断裂时，在大端部5的各V槽部17的底部上，预先在与使应力集中的部位相对应的位置δ形成有成为应力集中部19的凹陷部21，因此，如图9所示，在大端部5的断裂开始时，各凹陷部21成为最先的破坏起点，从该部分起沿着断裂位置α产生裂纹。图9中的“S1”表示最先产生的裂纹。该裂纹S1最先行进至大端部5的最终断裂位置。

随着该裂纹S1的行进，如图9中的“S2”所示，裂纹从V槽部17的各部依次进展，直到行进至大端部5的最终断裂位置。由此，裂纹以进展的裂纹彼此相互干涉的方式行进得到抑制。

也就是说，从V槽部17开始的各裂纹不相互干涉且良好地行进至最终断裂位置。由此，裂纹S1、S2的三维上的偏移得到抑制。

因此，成为连杆1的工件B通过在成为槽部的V槽部17的底部设置成为应力集中部19的凹陷部21而使裂纹最先从凹陷部21产生的断裂方法，能在形成三维上的偏移得到抑制的良好的断裂面的同时被断裂。而且，应力集中部19仅形成于容易进行加工作业的V槽部17的底部即可，是容易的。

这样的断裂方法对于要求高精度的断裂，即从贯通孔的V槽部17对金属制零件进行断裂，或者从V槽部17对连杆1的大端部5进行断裂都是有效的。

而且，通过将螺栓孔9与V槽部17之间的距离最小的位置δ确定为使应力集中的位置，在与该位置相对应的V槽部17的底部形成作为应力集中部的凹陷部21，能有效利用已经存在的螺栓孔9并使裂纹最先从V槽部17的确定的位置行进。而且，就应力集中部19而言，仅在容易进行加工作业的V槽部17的底部形成凹陷部21即可，以简单且成本上负担也少的方式进行。

另一方面，结束断裂后，对工件B进行精加工。

在此，首先，将在主体部15a的断裂面上产生的凹凸和盖部15b的断裂面上产生的凹凸用于定位，如图10所示，恢复为原来的状态。

即，将在各断裂面上产生的凹凸用于定位来将盖部15b装配至主体部15a。然后，在高精度地定位了的状态下，通过连杆螺栓11，将盖部15b紧固于主体部15a。

然后，例如通过机械加工等如图10中的双点划线所示地对曲柄销孔5a的内周面实施各种精加工，对曲柄销孔5a的内周面如图10中的双点划线所示地进行切削并加工成没有凹凸的内周面，或者在曲柄销孔5a加工油孔等。通过对工件B实施这样的各种精加工，制造出作为产品的如图1所示的具有光滑的内周面的连杆1。需要说明的是，图1中的“1a”表示结束精加工后的曲柄销孔5a的内周面。

图11表示本发明的第二实施方式。

本实施方式不是像第一实施方式那样设有位于曲柄销孔5a的侧方的一对螺栓孔9的连杆1，而是沿着曲柄销孔5a的轴向并排地配置有多个螺栓孔9的连杆，例如，以应用于设有位于曲柄销孔5a的侧方的两对螺栓孔9的连杆1的情况为例进行举例示出。

即，在本实施方式中，如图11中的“δ1、δ2”所示，分别在与各螺栓孔9与V槽部17之间的距离最小L1的部位相对应的V槽部17的底部分别形成成为应力集中部19的凹陷部21。

像这样，通过根据螺栓孔9的位置来形成凹陷部21，即使是具有多个螺栓孔9(单侧)的连杆1，也能发挥与第一实施方式相同的效果。当然，即使是三对以上的螺栓孔9，也是同样的。

其中，在图11中，对与上述的第一实施方式相同的部分标注同一附图标记，省略其说明。

需要说明的是，本发明不限定于上述的实施方式，可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变化并实施。例如在上述实施方式中，举例示出将连杆作为金属制零件的例子，但不限定于此，本发明也可应用于缸体、缸盖等其他零件的断裂。

附图标记说明：

1：连杆(连杆)；

5：大端部；

5a：曲柄销孔(贯通孔)；

17：V槽部(槽部)；

21：凹陷部(应力集中部)；

A：内径扩张装置；

B：工件(金属制零件)；

δ、δ1、δ2：使应力集中的位置。

Claims (6)

1.一种金属制零件的断裂方法，

具有带有规定的贯通孔的金属制零件，在所述贯通孔的内周面的相对位置，形成从所述贯通孔的第一开口端至第二开口端连续的槽部，能使所述金属制零件从槽部断裂，所述金属制零件的断裂方法的特征在于，

在所述金属制零件的槽部中，确定在所述金属制零件的断裂开始时使应力集中的位置，

为了将所述槽部的确定的位置设为破坏起点，在与该确定的位置相对应的槽部的底部的位置形成应力集中部，

在所述金属制零件的断裂开始时，与所述槽部的各部相比最先从所述槽部上的应力集中部产生裂纹，使裂纹从所述槽部的各部进展。

2.根据权利要求1所述的金属制零件的断裂方法，其特征在于，

所述应力集中部由凹陷部形成。

3.一种连杆的断裂方法，

对于具备具有贯通孔的大端部的连杆，在所述贯通孔的内周面的相对位置，形成从所述贯通孔的第一开口端至第二开口端连续的槽部，能使所述大端部从所述槽部断裂，所述连杆的断裂方法的特征在于，

在所述大端部的槽部中，确定在该大端部的断裂开始时使应力集中的位置，

为了将所述槽部上的确定的位置设为破坏起点，在与该确定的位置相对应的槽部的底部的位置形成应力集中部，

在所述大端部的断裂开始时，与所述槽部的各部相比最先从所述槽部上的应力集中部产生裂纹，使裂纹从所述槽部的各部进展。

4.根据权利要求3所述的连杆的断裂方法，其特征在于，

所述大端部在所述贯通孔的侧方具有沿与该贯通孔正交的方向延伸的螺栓孔，

所述应力集中部形成于与所述螺栓孔和槽部之间的距离最小的部位相对应的槽部的底部的位置。

5.根据权利要求4所述的连杆的断裂方法，其特征在于，

沿着贯通孔的轴向并排配置有多个所述螺栓孔，

所述应力集中部分别形成于与各螺栓孔和槽部之间的距离最小的各部位相对应的槽部的底部的位置。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的连杆的断裂方法，其特征在于，

所述应力集中部由凹陷部形成。

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