随着现代汽车工业的飞速发展,发动机连杆裂解技术已有逐步替代传统连杆加工方式的趋势。连杆裂解技术是国际上最新的连杆加工技术,具有加工工序少,减少设备投资;材料损耗少,节材节能;产品质量高,提高连杆承载能力等诸多优点。其关键技术包括连杆裂解槽加工、连杆定向裂解、定扭矩装配螺栓。但国内并无同类设备,对于小型连杆生产企业,花费巨额资金进口设备改造传统连杆生产线是不现实的,对连杆裂解技术的国产化要求迫切。连杆裂解槽加工作为裂解技术的首道关键核心工序,其加工方法和加工质量对连杆裂解质量起至关重要的作用。加工裂解槽的目的是制造缺口效应,大幅度提高应力集中系数,使其满足张开型断裂条件。确保断裂发生在预定位置,并能够有效降低裂解加工载荷,减少大头孔变形,满足连杆加工质量要求。因此,合理的设计和加工连杆裂解槽是连杆裂解加工工艺实施的先决条件。本文结合国家“863”计划“发动机连杆裂解加工技术与装备”,国家自然科学基金项目“剖分类零件断裂剖分动态行为与裂解加工关键技术研究”和吉林省重点科技攻关项目“发动机连杆裂解槽激光加工自动化机床研制”等项目,对连杆裂解槽激光加工技术及自动化设备进行研究,开发具有自主知识产权的连杆裂解槽激光加工自动化设备。本文通过理论分析和试验研究,对连杆裂解槽激光加工进行了深入探讨,在此基础上设计开发了国内第一台连杆裂解槽激光加工自动化设备,并与连杆裂解主机、定扭矩装配螺栓集成为连杆裂解半自动化生产线。这对加速连杆裂解技术在我国的发展与应用,促进发动机行业技术更新具有重要意义。研究工作主要内容和结论总结如下:1.运用断裂力学知识分析了断裂应力与裂纹长度的关系。应用ABAQUS软件对裂解槽几何参数进行数值模拟正交试验,分析槽深h ,张角α,曲率半径对裂解载荷影响显著性。实验结果显示,槽深对裂解载荷的影响最为显著。用52D连杆加工试样,分别采用机械拉削、线切割和激光切割三种方法加工裂解槽,对试样进行拉伸试验,对断裂力、断裂面微观形貌进行分析。试验表明,机械拉削和线切割方式加工的裂解槽,断裂时会发生塑性变形,而激光切割方式加工裂解槽断裂时为准解理断裂,观察断口微观形貌时可发现激光加工裂解槽根部存在材料淬火脆化,微裂纹、针rh状晶体等有利于裂解的特征。通过试验确定了连杆裂解槽激光加工的优势。2.应用激光与金属材料的相互作用理论,探讨基模、高斯分布的激光束光源打孔过程的温度分布,对裂解槽激光加工过程合理假设,应用ANSYS软件对连杆裂解槽激光加工的过程进行温度场模拟,利用生死单元技术使激光加工过程材料融化和气化过程直观的在温度场分布云图上显示,并可测得裂解槽的深度和宽度。从裂解槽深度和宽度,脉冲打孔连续性三个方面分析工件表面聚焦半径、切割速度、峰值功率、脉冲时间四个加工参数的裂解槽形态,通过试验对数值模拟的结果进行比较,验证了数值模拟的有效性和准确性。TEM003.分析峰值功率、脉冲时间、脉冲频率、切割速度、辅助气体类型、辅助气体压力、工件表面粗糙度、激光入射角、切割方式、离焦方式因素对连杆裂解槽激光加工过程的影响,通过正交试验,判定裂解槽加工过程对裂解槽深度和宽度影响因素的主次,绘制影响因素效应图,直观的显示了各因素对裂解槽深度和宽度的影响。并通过正交试验的峰值功率和脉冲时间交互作用表为52D和M0406两种型号的连杆进行激光加工参数优化,经过实际应用验证优化后参数能够满足连杆裂解工艺要求。合理的选择峰值功率、脉冲时间、脉冲频率、切割速度,既能满足裂解工艺的要求,又可提高加工效率。4.研究设计国内第一台利用大功率Nd:YAG激光器加工连杆裂解槽,集光、机、电一体化的连杆裂解槽激光加工自动化设备。激光系统的选择、机械系统和电控系统的设计充分考虑了设备的适用范围,使连杆裂解槽激光加工自动化设备能为多品种、多型号连杆加工裂解槽。由于激光切割头内部有聚焦镜和折射镜等精密光学元件,设计过程中,为避免激光切割头与工件、工作台等发生刮擦碰撞,通过程序中的延时等待、Z轴限位接近开关、数控软限位等方式保障设备运行的安全性和稳定性。该设备经过多品种、多型号连杆的裂解槽加工,能够满足连杆裂解工艺的要求,故将其与裂解主机、定扭矩装配螺栓设备集成为连杆裂解半自动化生产线,并正式投入裂解技术的连杆批量生产,产品质量得到厂家的认可。5.裂解槽激光加工自动化设备在实际应用中,能够减少爆口、夹渣等裂解缺陷,并可以通过改变激光切割参数,改善硬度处于裂解工艺要求下限的连杆的裂解质量。对连杆裂解槽激光加工自动化设备在小批量连杆裂解槽加工实验过程中存在的问题进行设计方案改进,使裂解槽激光加工设备的激光切割头摆角更便于调整,进一步提高裂激光切槽的精度;不同品种的连杆夹具更换更为方便;去除液压系统的设备结构更加紧凑。