连杆胀断裂解加工由于加工工艺简单、装配质量高、加工速度快、成本低等优点,已经逐渐取代传统的平切加工方式,迅速占领连杆加工市场。胀断连杆加工的关键工序是裂解槽的加工,激光加工出的连杆裂解槽形貌优异,连杆裂解槽呈“V”形,有利于裂解胀断,胀断后的三维形貌装配质量高,且激光加工效率高、精度高、加工一致性好、无刀具磨损,使用激光加工连杆裂解槽已成为连杆裂解槽的主要加工方式。激光加工发动机连杆裂解槽装备是光、电、机一体的尖端产品,我国激光加工连杆裂解槽装备发展起步较晚,大部分的激光加工裂解槽设备主要依靠进口。开发激光加工连杆裂解槽设备的重点和难点在于激光光路的设计、激光头的设计和连杆夹具的设计等。本文主要围绕光纤脉冲激光加工连杆裂解槽装备研发的关键技术及加工工艺进行研究,主要研究内容包括以下几个方面:(1)阐述了连杆裂解加工技术和激光加工裂解槽原理;对激光器进行选型,采用脉冲光纤激光更适合连杆裂解槽的加工。(2)设计开发具有自主知识产权的双工位激光加工连杆裂解槽装备。采用双工位结构,节省了上下料等待的时间,提高了设备的安全性能;对激光入射角进行优选,采用0°入射角垂直加工,可减少激光反射,节约能量,且可以同时加工2～3条叠加放置的连杆,提高了加工效率;对激光头进行设计,包括可调节镜架、调焦机构和调光治具等结构的设计,简化了激光光路的调试,保证激光传输的稳定性;设计了一套定位稳定、通用性强的多功能夹具;根据激光设备工作的实际工况,设计了相配套的集尘、气路及电气系统。(3)针对激光加工裂解槽加工工艺参数,设计合理的试验方案,研究工艺参数对裂解槽质量的影响。通过激光加工工艺参数单因素试验发现:激光器参数的峰值功率、脉冲宽度和脉冲频率对裂解槽尺寸影响显著,随着激光器参数的增大,裂解槽的深度、槽宽、曲率半径都随之增大,张角变化不明显;对于机械控制的切割速度和离焦量参数,随着切割速度的增加,裂解槽深度和宽度减小,曲率半径增加,张角变化不明显,对于离焦量的选择,相比于正离焦位置加工,负离量焦加工时,能得到较大的裂解槽的槽深,一般选择负离焦位置进行加工。(4)采用正交实验法,研究激光工艺参数对裂解槽的槽深、槽宽、张角、曲率半径的影响程度。通过极差分析,得到影响裂解槽槽深的因素依次为:峰值功率>脉冲宽度>切割速度>脉冲频率;影响裂解槽槽宽的因素依次为:脉冲宽度>峰值功率>切割速度>脉冲频率;影响裂解槽张角的因素依次为:峰值功率>脉冲宽度>切割速度>脉冲频率;影响裂解槽曲率半径的因素依次为:切割速度>峰值功率>脉冲宽度>脉冲频率。根据实验结果并结合实际连杆制造工艺,以裂解槽的槽深为主要优化目标,得到一组加工工艺的优化参数:峰值功率700W、脉冲频率600Hz、切割速度为1.5m/min、脉冲宽度180us,负离焦2mm以及0.5MPa的压缩空气辅助气体,加工出的裂解槽:槽深0.582mm、槽宽0.238mm、张角23.35°、曲率半径19.86 um,得到较好的胀断效果。