断裂剖分机理
1.脆性断裂
该工艺的理论基础是断裂力学中的脆性断裂理论。据断裂力学可知,断裂过程中裂纹表面一般有三种位移形式,即张开型、前后滑移型、平面剪切型。当物体受垂直于断裂平面的正应力拉力时,属张开型断裂,这是脆性断裂产生的形式和条件。脆性断裂具有以下发生特征:1)断裂时承受的工作应力较低,一般远远低于材料的屈服强度,塑性变形小;2)断裂受温度影响较大;3)断口方向与正应力相垂直。
连杆断剖工艺正是根据脆性断裂的上述特征,通过在连杆大头内侧开出V型槽,然后施加垂直于预定断裂面的正应力,满足脆性断裂的发生条件,使连杆体一盖在不发生塑性变形的状况下被分离。应关注以下几个问题:1)毛坯材料;2)V型槽形状与所需应力关系;3)操作温度。
2.毛坯材料
由于脆性材料更易发生脆性断裂,适于使用断剖工艺制造的连杆,主要使用下述三种材料的毛坯:1)粉末锻造毛坯;2)可锻铸铁;3)70高碳钢。这三种材质的毛坯,室温下可达成脆性断裂,连杆大头孔不产生明显塑性变形,其变形量≤40μm,经机加工后,其圆度误差可减为3μm。此外,45~55锻钢毛坯也可采用断剖技术进行连杆制造,但需要保证在-40℃时,才可达成脆性断裂,保证胀裂后的变形足够小。
3.温度影响
断裂剖面如同冲压面一样,一般分为三区,由断裂源向外依次可分为纤维区、剪切唇。当断面的放区较宽时,表示材料的塑性差,脆性较大。反之,纤维区较大,表明材料的塑性及韧性较好。怎么样加强放区宽度,缩小纤维区宽度,是达成脆性断裂的条件。
4.沟槽深度a与断裂强度的关系
裂纹(V形槽)深度与断裂强度σc成反比,即对于肯定的应力值,存在着一个临界的裂纹深度ac,当裂纹深度小于此值时,裂纹是稳定的,只有大于此值时,裂纹失稳,裂纹愈深,材料的临界断裂应力愈低。
当带缺口的结构受外力时,在裂纹端附近产生一应力强度因子KIC(又称材料断裂韧性值)控制的应力。当外力增加时,裂纹端的应力强度因子随之增加,当KI达到某一临界值KIC时,裂纹发生失稳,结构脆性断裂,即KI≥KIC。
对于肯定的材料,KIC为一常值,可查表求出,也可通过检测办法确定(愈加准确)。KIC值越低,越易发生脆性断裂。因而对KIC值的检测计算,应是研究断剖机理的重点。
依据KIC原理,对于一个给定尺寸的缺口可以计算出功效应力。反之,对于给定功效应力的构件,可以预测临界裂纹尺寸。这一原理为连杆断裂剖分供应了设计依据。






