斷裂剖分工藝是一種為了部件裝配的需要,將一整體件通過(guò)沖擊的方法而斷裂剖分為二個(gè)構(gòu)件的新工藝。這種工藝與傳統(tǒng)切削剖分的工藝或構(gòu)件通過(guò)單個(gè)制造的方法相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)是剖分的兩個(gè)構(gòu)件不需加工剖分面而可直接進(jìn)行合裝，并具有可重復(fù)的*定位精度和承載能力，以及構(gòu)件的生產(chǎn)只需較少的加工工序，從而顯著節(jié)約設(shè)備投資和降低生產(chǎn)成本。這種新工藝具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
目前，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，這種新工藝已較普遍地應(yīng)用于連桿和曲軸箱—主軸承蓋的剖分上。
圖1:不同材質(zhì)連桿的斷裂剖分面
圖2:曲軸箱—主軸承蓋斷裂剖分的原理（ex-cell-o公司）
連桿的斷裂剖分
在傳統(tǒng)的連桿生產(chǎn)流程中，連桿剖分為連桿體和連桿頂蓋是通過(guò)鋸削或銑削來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用這種工藝剖分的連桿，不僅需對(duì)連桿體和連桿頂蓋的剖分面進(jìn)行磨削，并且在剖分面上還要鉆鉸螺栓定位孔和攻螺紋孔或切制端面齒、鉆鉸定位銷孔和鉆螺栓孔等，以便使連桿體和連桿頂蓋能實(shí)現(xiàn)合裝。從這里可以看出，連桿從“剖分 ”為兩件到能地“合裝”成一體，需經(jīng)過(guò)好多道加工工序。為此，需要較多的機(jī)床和相應(yīng)多的作業(yè)面積。
針對(duì)連桿傳統(tǒng)切削剖分工藝的缺點(diǎn)，在上世紀(jì)80年代末人們開發(fā)出連桿斷裂剖分新工藝，這種新工藝旨在通過(guò)連桿的斷裂剖分，使剖分的連桿體和連桿頂蓋，在其剖分面不經(jīng)加工的情況下而直接進(jìn)行合裝，免去傳統(tǒng)工藝為實(shí)現(xiàn)連桿體和其頂蓋合裝所需的那些后繼加工，以達(dá)到減少加工工序和減少機(jī)床的目的。
根據(jù)斷裂剖分工藝的要求，連桿在進(jìn)行斷裂剖分之前，先粗鏜連桿大頭孔、鉆螺栓孔和攻螺紋孔，以及在大頭孔預(yù)定斷裂處切出兩個(gè)對(duì)置的三角槽，此三角槽也可以在鍛造連桿毛坯時(shí)作出。連桿在斷裂剖分之前還需鉆出螺栓孔，這樣安排，一方面，連桿在斷裂剖分后，就可在下一工位接著進(jìn)行連桿體和連桿頂蓋的合裝，另一方面，由于加工出螺栓孔，可減少連桿的斷裂截面積，由此降低連桿斷裂剖分時(shí)所需的沖擊力。
圖3
連桿斷裂剖分時(shí)，先將連桿大頭孔套裝在斷裂剖分設(shè)備（圖1）的兩個(gè)對(duì)半分開的芯軸上，連桿進(jìn)行定位和夾緊。然后，用來(lái)漲裂連桿的楔通過(guò)
液壓驅(qū)動(dòng)插入兩個(gè)半芯軸形成的方孔中，并施以一定的沖擊力。此時(shí)，在楔的沖擊下，連桿在大頭孔的三角槽處被斷裂剖分為連桿體和連桿頂蓋。在剖分處則產(chǎn)生一種晶粒狀表面（圖2）。這種凹凸不平的剖分面具有很高的配合精度，當(dāng)連桿體和其頂蓋用螺栓擰緊合裝后，人們甚至可鍛鑄鐵（左），鍛鋼（中），燒結(jié)合金（右）看不出這兩件的裝配接縫。
連桿在斷裂剖分后，需用壓縮空氣將剖分面吹凈，然后引入螺栓進(jìn)行合裝，并相繼進(jìn)行連桿兩側(cè)面的精磨和大小頭孔的精鏜等終加工工序。
從上述介紹中可以看出，斷裂剖分工藝的應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了連桿的生產(chǎn)工藝流程。傳統(tǒng)的連桿生產(chǎn)工藝流程一般需14道切削加工工序，而應(yīng)用斷裂剖分工藝，只需6道切削加工工序就夠了。
通過(guò)檢測(cè)表明，斷裂剖分后重又合裝的連桿，其大頭孔在精加工后，即使經(jīng)多次拆卸和合裝，孔仍能保持很高的圓度，*位于所要求的公差范圍內(nèi)。圖3所示是黑心可鍛鑄鐵gts70（系德國(guó)材料牌號(hào)，相當(dāng)于中國(guó)材料牌號(hào)kth700—02）連桿在斷裂剖分和合裝前后其大頭孔在兩個(gè)平面上所測(cè)得的不圓度。連桿在斷裂剖分前，大頭孔經(jīng)粗鏜后其不圓度約為12μm。
a）斷裂剖分前 ， b）斷裂剖分后， c）精加工后 ， d）連桿蓋經(jīng)拆卸和重新用螺栓擰緊后。
圖4
連桿在斷裂剖分后進(jìn)行合裝，此時(shí)在大頭孔上所測(cè)得的不圓度約達(dá)到40μm。不圓度變大是由于在斷裂剖分時(shí)連桿產(chǎn)生一定的變形所致。孔再經(jīng)精加工后，這時(shí)孔的不圓度減少到約3μm。接著，連桿經(jīng)多次拆卸和合裝，此時(shí)孔的不圓度則穩(wěn)定保持在4μm左右，此不圓度與精加工后直接測(cè)得的不圓度只有1μm左右的變化，這表明，采用斷裂剖分工藝一保證連桿體和其頂蓋合裝的可重復(fù)的高精度。
在歐洲汽車工業(yè)中，寶馬汽車廠是zui早（1992年）應(yīng)用斷裂剖分工藝來(lái)制造v8汽油機(jī)燒結(jié)—鍛造連桿的廠家，我國(guó)長(zhǎng)春*汽車廠也早已引進(jìn)了應(yīng)用斷裂剖分工藝的連桿生產(chǎn)設(shè)備。這種新工藝的應(yīng)用表明，連桿的加工設(shè)備投資可節(jié)約25%。
曲軸箱的斷裂剖分
鑒于斷裂剖分工藝在連桿生產(chǎn)上的成功應(yīng)用，促使人們將這一新工藝推廣應(yīng)用于曲軸箱體和曲軸主軸承蓋的制造上。在發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)生產(chǎn)中，曲軸箱體和曲軸主軸承蓋都是單獨(dú)鑄造和進(jìn)行加工的，無(wú)疑需要采用較多的加工工序和加工設(shè)備。為在曲軸箱制造上應(yīng)用這一新工藝，首先需將曲軸箱體與曲軸主軸承蓋鑄成一體，然后，通過(guò)斷裂剖分又將曲軸箱剖分為曲軸箱體和曲軸主軸承蓋，從而免去了曲軸箱體和曲軸主軸承蓋的接合面及其相關(guān)基面的輔助加工，由此獲得像斷裂剖分連桿那樣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
圖5
在這里特別要指出的是，對(duì)于v型發(fā)動(dòng)機(jī)，其點(diǎn)火所產(chǎn)生的爆發(fā)力是傾斜作用在曲軸主軸承蓋與曲軸箱體的接合面上，這個(gè)力會(huì)使軸承蓋相對(duì)曲軸箱體產(chǎn)生微小的位移。這種位移可能會(huì)在曲軸箱體和曲軸主軸承蓋之間引起顯微焊接，由此就有可能導(dǎo)致曲軸箱體產(chǎn)生振動(dòng)疲勞斷裂。因此，在傳統(tǒng)生產(chǎn)中，曲軸箱體和軸承蓋的接合面要求加工得很平，軸承蓋需有高的剛性，并定位和牢固夾緊在曲軸箱體上，但即使如此，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中由于構(gòu)件的微小變形，還是不能*消除這種微小位移。
生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過(guò)曲軸箱—主軸承蓋的斷裂剖分，由于在兩個(gè)構(gòu)件的剖分面上產(chǎn)生具有匹配的凹凸?fàn)畋砻娼Y(jié)構(gòu)，兩個(gè)構(gòu)件用螺栓夾緊合裝后，可以有效地防止由傾斜作用的點(diǎn)火爆發(fā)力所引起的微小位移。
圖 4是曲軸箱—主軸承蓋斷裂剖分的原理。為減小剖分力，同連桿斷裂剖分工藝一樣，需在預(yù)定的剖分處加工出盡可能尖銳的三角槽。近年來(lái)為了減輕汽車重量和降低能耗，曲軸箱材質(zhì)大多采用蠕墨鑄鐵，而這種材質(zhì)中的鈦合金元素會(huì)嚴(yán)重影響到其切削性能，所以在這種材料的曲軸箱上機(jī)械加工三角槽時(shí)，刀具很快就會(huì)磨損，致使三角槽底*半徑變大。這樣，在批量生產(chǎn)中，就難于獲得可重復(fù)的斷裂剖分效果。為克服這一缺點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)廠轉(zhuǎn)而與鑄造廠進(jìn)行合作，采用經(jīng)過(guò)專門涂料處理的三角形砂芯，在鑄造時(shí)將其澆鑄在曲軸箱的孔中，在斷裂剖分時(shí)以起到切口作用，從而確保穩(wěn)定的斷裂效果。為了提高曲軸箱體與主軸承蓋合裝的可靠性，位于曲軸箱上的鑄造冒口，其位置的安排和尺寸的確定必須保證斷裂剖分區(qū)的冷卻要慢于周圍鑄件體的冷卻速度，以便獲得粗顆粒的斷裂表面結(jié)構(gòu)（圖5）。這對(duì)于軸承蓋的重復(fù)定位是一重要條件。
在曲軸箱的生產(chǎn)中，應(yīng)用斷裂剖分工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益也是很明顯的。根據(jù)寶馬汽車廠的資料，如在四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)灰鑄鐵材質(zhì)的曲軸箱生產(chǎn)中，由于采用了斷裂剖分工藝，使設(shè)備投資減少了2.5%，作業(yè)面積節(jié)約12.5%，而設(shè)備操作人員減少了10%。然而對(duì)于v8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱生產(chǎn)，由于采用了斷裂剖分技術(shù)，可靠消除了由于傾斜作用于曲軸箱體與主軸承蓋接合面上的點(diǎn)火爆發(fā)力而引起的微小位移，從而更能確保發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。
綜上所述，不論是連桿斷裂剖分還是曲軸箱—主軸承蓋的斷裂剖分，與傳統(tǒng)工藝相比，這種新工藝具有后繼加工工序少、設(shè)備投資低、所占作業(yè)面積少以及構(gòu)件配合精度和承載能力高等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用這種工藝可以顯著降低連桿和曲軸箱的制造成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，無(wú)疑具有十分顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。