与传统的分体加工技术相比,裂解加工具有工艺流程简单、节省精加工设备、装配质量好,承载能力强等优点,对于降低制造成本、提高发动机性能有重要意义,已成为剖分类零件制造技术的发展方向。发动机连杆和箱体主轴承座属于典型的剖分类零件,箱体前后壁或每个隔板上的轴承座结构形式类似于连杆大头,但多个轴承座(四缸发动机为5个、六缸发动机为7个轴承座)有间隔共线排列并由底座相连形成整体。C70S6微合金非调质钢以其优良的裂解性能广泛应用于连杆生产中,属于韧性材料,仅在德国就有60多种发动机连杆采用,是最早在室温条件下采用裂解加工的锻钢连杆材料,也是我国裂解加工连杆的常用材料。发动机箱体主要采用灰铸铁、蠕墨铸铁等脆性材料,奔驰、菲亚特等轿车的发动机箱体都是由灰铸铁铸造而成。在裂解工艺中,其核心与首要工序就是裂解槽的设计和加工。预制裂解槽的目的是产生缺口效应,提高应力集中系数,使零件沿着预定断裂面发生断裂,并显著降低裂解载荷。目前,裂解槽加工方法主要有机械拉削、线切割、粉末锻造和激光加工。激光加工裂解槽是一个包含激光束、工件、周围环境在内的复杂过程。本文以研究脉冲激光加工裂解槽技术、扩大裂解技术的应用范围、提高裂解加工质量为目标,对连杆材料C70S6钢和箱体材料灰铸铁脉冲激光加工裂解槽进行数值分析和试验研究。论文着重对以下几个方面进行了研究：1.根据激光加工裂解槽的工况,建立了YAG脉冲激光切槽三维瞬态温度场有限元模型。采用APDL语言编写QC*exp(-2*(({x}-x_center)^2+({Z}-z_center)^2)/(rb^2))函数来实现脉冲激光热源的移动加载；采用有条件分支if命令和DO循环命令实现了脉冲作用阶段和间歇阶段高斯热源的定点施加和反复加载；采用“生死单元技术”实现了从温度场到裂解槽形貌的分析。并对材料热物性参数、切槽模拟工艺参数、边界条件、相变潜热、时间步长、离焦量等技术问题进行了分析,完成了温度场数值模拟的前处理过程。2.对典型材料C70S6、灰铸铁脉冲激光切割裂解槽温度场进行了数值模拟,获得不同激光参数及加工参数下温度场分布,给出裂解槽的槽深、槽宽以及的槽的连续性、根部尖锐度变化规律。进行脉冲激光加工裂解槽试验,对模拟结果进行试验验证,并对正负离焦量、激光切槽入射角和激光切割头进给方式对裂解槽加工质量的影响进行了探讨。数值分析与激光切槽试验结果表明：激光参数与加工参数对裂解槽宏观形貌影响明显。调整并合理匹配激光参数与加工参数可以获得理想的裂解槽宏观形貌。在影响槽深的因素中,脉冲功率影响最大,光斑尺寸和脉冲宽度次之,扫描速度最小。在影响槽张角的因素中,光斑尺寸最大,脉冲功率和脉冲宽度次之,扫描速度几乎不产生影响。在影响根部尖锐度的因素中,脉冲宽度影响最大,光斑尺寸次之,其余加工参数影响不大。引起烧蚀现象的主要因素是脉冲功率、脉冲宽度和扫描速度。激光切槽入射角越小,槽深越大,但是排渣不利；激光切割头推动切割优于拖动进给方式。3.在槽深一定的情况下,增加根部尖锐度可以提高应力集中系数,对于提高裂解质量极为重要。根据材料状态、能量平衡和孔形变化,将脉冲激光加工裂解槽孔过程分为起始、准稳定破坏及收尾三个阶段；对脉宽、波形、脉冲频率、扫描速度等影响槽根尖锐度的因素进行了分析；设计一种新的激光脉冲波形,以满足槽根尖锐度的要求。分析及试验结果表明：长脉冲宽度与扫描速度的合理匹配是获得尖锐裂解槽的关键,当脉宽取lms,扫描速度为10mm/s,获得了根部尖锐的裂解槽；对于要求深且尖锐的裂解槽,可增加频率转化为多个长脉冲加工,当频率增加到40Hz,脉宽取0.5ms,得到的裂解槽纵横比大且根部尖锐。裂解槽形貌对比说明,对于脉宽和频率进行优化,可在加工裂解槽孔的各个阶段合理地注入能量,获得高质量的裂解槽。4.对两种典型材料激光加工裂解槽热影响区的微观组织进行了试验研究。结果表明：①在激光光斑作用区附近形成四个区域：裂解槽、重凝区、固态相变区和基体。在重凝区灰铸铁生成了细小的树枝状初晶加莱氏体,C70S6钢形成柱状晶及其边界上的空隙和MnS颗粒。在固态相变区灰铸铁获得了隐针马氏体和残余奥氏体,C70S6钢一部分转变成马氏体,其余以残余奥氏体形式存在。热影响区的马氏体在相变过程中局部被拉裂,两种材料均形成淬火微裂纹。从灰铸铁表面逸出的CO2,在槽表面形成了很多孔洞,即气孔。②激光热影响区组织得到细化,两种材料激光处理后硬度均明显高于母材,硬化效果显著。③槽深与硬化层厚度的存在为后续加工余量的留取提出了要求,随着激光参数不同,灰铁槽深与硬化层厚度之和在0.524～0.885mm之间,C70S6深度之和在0.372～0.761mm之间。机械加工余量的选择应该大于裂解槽深0.1mm左右为宜。5.探讨了常见的定向裂解缺陷、脉冲激光加工裂解槽缺陷并提出控制措施。常见的裂解槽加工缺陷有裂解槽深过大/过小、局部过深、长度不足/过切、连续性差、位置精度差、两侧槽深不一致、烧损现象、根部不尖锐等,这些缺陷可能导致不同的定向裂解缺陷发生。对典型材料断裂面形貌进行了分析,结果表明：激光加工裂解槽过程中的淬火处理,可以有效改善韧性材料C70S6的断裂特性,而且显著提高灰铸铁对缺口的敏感性；一定厚度淬硬层的生成,保证了C70S6钢脆性断裂的发生。