[0001] 本发明属于连杆加工技术领域，具体涉及一种拉断连杆及其加工装置与方法。

[0002] 连杆是发动机、变速器、悬挂系统等部件中的一个重要零件，在汽车、飞机、船舶、摩托车、农业机械、工程机械等各种装备中应用广泛。连杆的主要作用是连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传递给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，因此连杆是部件运转中的一个极其关键的传动零件。

[0003] 连杆通常是将整体连杆件的完整大头通过加工断开获得的，包括大头、杆身和小头。其中，完整大头上有完整大头孔；大头是由两个分别呈半月形的连杆大头结构体(即大头上端盖和大头下端盖)构成，在两侧螺栓孔采用两根螺栓来实现连接；小头上有小头孔。目前的连杆加工技术主要包括连杆切断技术和连杆胀断技术。

[0004] 连杆切断技术(也称连杆分切技术)是基于机械加工原理加工连杆的，是一种传统的连杆加工方法，通常以整体连杆件或分体连杆件为坯料，通过机加工获得连杆。采用连杆切断技术加工得到的连杆称作切断连杆，为第一代连杆。在以整体连杆件为坯料的连杆切断加工工艺中，两个呈半月形的连杆大头结构体的加工方法是，通常对整体连杆件的完整大头孔首先进行机械粗加工，使其成为略微椭圆形的完整内孔，然后采用铣削、磨削、拉削或切割等机加工方式来分离整体连杆件的完整大头，最终将大头上端盖从整体连杆体上分离开来。但是，采用连杆切断技术加工切断连杆时存在着残余应力大、宏观断裂面(又称“分离面”)结合紧密度较差、极端情况下宏观断裂面易发生位移、生产工序复杂以及生产成本高等问题。

[0005] 连杆胀断技术(也称连杆裂解技术)是基于膨胀断裂原理加工连杆的，是20世纪90年代初发展起来的一种新型的连杆加工方法，在工艺与装置方面从根本上改变了传统的连杆加工方法，是对连杆切断技术的重大变革。采用连杆胀断技术加工得到的连杆称作胀断连杆，为第二代连杆，是目前应用最广泛的先进连杆。在连杆胀断技术中，两个呈半月形的连杆大头结构体的加工方法是，将大头上端盖从整体连杆体上通过直接膨胀断裂而分离开来。该技术无需采用铣削、磨削、拉削或切割等传统机加工方法，而是在与所设计的宏观断裂面处对应的完整大头孔的孔壁内侧事先人为加工出两条对称的预制裂纹槽(或在制造整体连杆件时就做出沟槽)，形成宏观裂纹缺口，利用材料对缺口显著的敏感性使大头在预制裂纹槽的根部形成高度应力集中，然后通过楔形压头的垂直移动进入完整大头孔中，使楔形压头在垂直移动过程中由内向外对完整大头孔的孔壁施加垂直于所设计的宏观断裂面的径向力，在完整大头孔的孔壁内部产生外向力矩，导致完整大头孔的孔壁在预制裂纹槽处开始出现裂缝，在由内向外径向力的继续作用下，裂缝快速扩展，在几乎不发生塑性变形的情况下最终产生崩裂，从而将呈半月形的大头上端盖从整体连杆体上分离开来。但是，采用连杆胀断技术加工胀断连杆时存在着整体连杆件每次的固定位置精度及重复性难以保证，所设计的宏观断裂面或预制裂纹槽受力不均匀、胀断过程中完整大头孔变形大，楔形压头或剖分式胀套在胀断过程中发生挤压变形导致加工稳定性变差，宏观断裂面容易产生掉渣、爆口、台阶、剥落或凸起严重以及宏观断裂面偏离预定位置等缺陷，而且操作不方便、加工效率偏低，成品率不高、产品质量稳定性较差，生产成本高、产品可靠性难以保障等问题。

[0006] 随着现代装备的高速发展，对连杆质量的要求越来越高。因此，迫切需要开发一种低成本、高效率、预制裂纹槽始终受力均匀、重复性好且成品率高的连杆加工新方法，快捷加工出宏观断裂面无缺陷、结合紧密度高且不易发生位移的高质量高性能连杆。

[0042] 以下结合实施例对本发明进行具体描述，需指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员可以根据本发明内容做出非本质的改进和调整。

[0043] 本发明技术方案首先提供一种拉断连杆加工装置，用于对整体连杆件进行处理获得拉断连杆，包括：

[0044] 驱动系统，用于提供动力；

[0045] 测量系统，用于在线测量力和位移；

[0046] 控制系统，用于控制运作；

[0047] 支撑结构，用于安装和支撑；

[0048] 拉伸机构和约束机构，用于夹紧及施加载荷；

[0049] 定位机构，用于调整所述整体连杆件拉断前摆放姿势。

[0050] 在一个优选的实施例中，所述驱动系统、所述测量系统、所述控制系统、所述拉伸机构、所述约束机构和所述定位机构都安装在支撑结构上。在一个优选的实施例中，所述拉伸机构和所述约束机构对称布置，所述定位机构安装在所述拉伸机构和所述约束机构之间；所述驱动系统、测量系统以及控制系统的位置可以根据实际情况设置、调整。

[0051] 在一个优选的实施例中，整体连杆件包括完整大头、杆身和小头，完整大头上有完整大头孔；完整大头是由两个分别呈半月形的连杆大头结构体构成，包括大头上端盖和大头下端盖，在两侧螺栓孔采用两根螺栓来实现连接；小头上有小头孔。

[0052] 在一个优选的实施例中，所述拉伸机构包括拉伸杆和拉伸夹具，所述约束机构包括约束杆和约束夹具。

[0053] 在一个优选的实施例中，所述拉伸杆和所述约束杆在拉断过程中不直接与整体连杆件接触，只起到传递载荷并调整运动方向的作用；所述拉伸夹具和所述约束夹具分别直接与所述整体连杆件的完整大头孔的大头上端盖和大头下端盖接触，起到夹紧及施加载荷的作用。

[0054] 本发明技术方案还提供一种拉断连杆加工方法。该拉断连杆加工方法包括如下步骤：

[0055] 步骤1：在所述整体连杆件的完整大头上确定所需加工得到的宏观断裂面。

[0056] 步骤2：在所述整体连杆件的所述完整大头孔的第一孔壁(例如为左孔壁)和第二孔壁(例如为右孔壁)各自的内侧分别加工对称的预制裂纹槽，所述预制裂纹槽位于所述宏观断裂面上。

[0057] 在一个优选的实施例中，所述预制裂纹槽为4个，分别开设在所述整体连杆件的所述完整大头孔的所述左孔壁和所述右孔壁各自的内侧对称位置和外侧对应位置。

[0058] 在一个优选的实施例中，所述预制裂纹槽的加工方式为激光加工、机加工、线切割或高压水加工。

[0059] 步骤3：利用所述定位机构调整所述整体连杆件的姿势。

[0060] 步骤4：通过所述拉伸夹具夹紧所述完整大头孔的无所述预制裂纹槽部位的第三孔壁(例如为上孔壁)或所述上孔壁内侧，通过所述约束夹具夹紧所述完整大头孔的无所述预制裂纹槽部位的第四孔壁(例如为下孔壁)或所述下孔壁内侧。

[0061] 在一个优选的实施例中，所述上孔壁或所述上孔壁内侧与所述下孔壁或所述下孔壁内侧分别位于所述宏观断裂面的两侧；其中，所述上孔壁与所述下孔壁是对称的，所述上孔壁内侧与所述下孔壁内侧是对称的。

[0062] 步骤5：开启所述加工装置。

[0063] 步骤6：通过所述拉伸机构或所述约束机构中的至少一个机构的移动，给所述完整大头施加拉伸力，对所述完整大头进行拉伸；所述拉伸力的作用方向垂直于所述宏观断裂面。

[0064] 步骤7：将所述完整大头拉伸断裂后，关闭所述加工装置。

[0065] 步骤8：松开所述拉伸夹具和所述约束夹具，卸下加工完毕的拉断连杆。

[0066] 在一个优选的实施例中，所述拉断连杆的材质是烧结粉末金属、碳钢、不锈钢、球墨铸铁、可锻铸铁、铝合金、镁合金、钛合金和金属基复合材料中的至少一种。

[0067] 本发明技术方案又提供一种高质量高性能拉断连杆，所述拉断连杆采用根据以上所述的加工方法加工获得。

[0068] 实施例1：

[0069] 高质量高性能C70S6非调质钢拉断连杆加工。

[0070] 如图1所示，拉断连杆加工装置包括：驱动系统、测量系统、控制系统、支撑结构、拉伸机1构、约束机构7以及定位机构。拉伸机构包括拉伸杆和拉伸夹具，所述约束机构包括约束杆和约束夹具。

[0071] 整体连杆件包括完整大头、杆身8和小头，完整大头上有完整大头孔5；完整大头是由两个分别呈半月形的连杆大头结构体构成，包括大头上端盖2和大头下端盖6，在两侧螺栓孔3采用两根螺栓来实现连接；小头10上有小头孔9。

[0072] 首先设计在C70S6非调质钢整体连杆件的完整大头上所需加工得到的宏观断裂面，然后采用激光加工在C70S6非调质钢整体连杆件的完整大头上的完整大头孔的左孔壁和右孔壁各自的内侧分别加工对称的位于宏观断裂面上的预制裂纹槽4，接着利用定位机构调整C70S6非调质钢整体连杆件的姿势，并通过拉伸夹具夹紧完整大头孔的无预制裂纹槽部位的上孔壁内侧，通过约束夹具夹紧完整大头孔的无预制裂纹槽部位的下孔壁内侧，随后开启加工装置，通过拉伸机构的移动给完整大头施加作用方向垂直于宏观断裂面的拉伸力，对完整大头进行拉伸，当完整大头拉伸断裂后关闭加工装置，最后松开拉伸夹具和约束夹具，卸下加工完毕的高质量高性能的C70S6非调质钢拉断连杆。

[0073] 实施例2：

[0074] 高质量高性能46MnVS6非调质钢拉断连杆加工。

[0075] 如图2所示，首先设计在46MnVS6非调质钢整体连杆件的完整大头上所需加工得到的宏观断裂面，然后采用激光加工在46MnVS6非调质钢整体连杆件的完整大头上的完整大头孔的左孔壁和右孔壁各自的内侧分别加工对称的位于宏观断裂面上的预制裂纹槽，接着利用定位机构调整46MnVS6非调质钢整体连杆件的姿势，并通过拉伸夹具夹紧完整大头孔的无预制裂纹槽部位的上孔壁内侧，通过约束夹具夹紧完整大头孔的无预制裂纹槽部位的下孔壁内侧，随后开启加工装置，通过拉伸机构的移动给完整大头施加作用方向垂直于宏观断裂面的拉伸力，对完整大头进行拉伸，当完整大头拉伸断裂后关闭加工装置，最后松开拉伸夹具和约束夹具，卸下加工完毕的高质量高性能的46MnVS6非调质钢拉断连杆。

[0076] 实施例3：

[0077] 高质量高性能AZ31镁合金拉断连杆加工。

[0078] 首先设计在AZ31镁合金整体连杆件的完整大头上所需加工得到的宏观断裂面，然后采用机加工在AZ31镁合金整体连杆件的完整大头上的完整大头孔的左孔壁和右孔壁各自的内侧对称位置和外侧对应位置分别加工对称的位于宏观断裂面上的预制裂纹槽，接着利用定位机构调整AZ31镁合金整体连杆件的姿势，并通过拉伸夹具夹紧完整大头孔的无预制裂纹槽部位的上孔壁，通过约束夹具夹紧完整大头孔的无预制裂纹槽部位的下孔壁，随后开启加工装置，通过约束机构的移动给完整大头施加作用方向垂直于宏观断裂面的拉伸力，对完整大头进行拉伸，当完整大头拉伸断裂后关闭加工装置，最后松开拉伸夹具和约束夹具，卸下加工完毕的高质量高性能的AZ31镁合金拉断连杆。

[0079] 综上，本发明采用拉伸断裂方式加工连杆，设备结构简单、易于操作，预制裂纹槽始终受力均匀，加工重复性好，宏观断裂面无缺陷且结合紧密度高，成品率和可靠性高，生产成本低，拉断连杆的质量高、性能优。

[0080] 以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护不限于此，任何本领域的技术人员所能想到本技术方案特征的等同的变化或替代，都涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。