发动机连杆初始裂纹槽的预制是连杆裂纹加工的关键技术。介绍了机械加工、线切割和激光加工连杆初始裂纹槽的方法，并对R机械拉削、线切割、光纤传输激光切割和常规光束传输激光切割的优缺点进行了对比分析。介绍了连杆初裂槽的加工工艺及其在国内外的应用现状。简介连杆裂解加工是一种新型的连杆加工技术，采用三维凹凸断面代替传统的加工面，保证结合面的精确接合，不需要加工结合面，大大简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺。它具有加工工序少、设备投资少、制造成本低、产品质量好、装配精度高、承载能力强、生产效率高等诸多优点，已成为连杆加工的发展方向。在开裂过程中，需要在连杆大端孔的适当位置设计预制开裂槽(或缺口)，形成初始开裂源。当施加开裂载荷时，开裂槽根部会形成较高的应力集中，局部应力迅速上升到断裂应力，使连杆沿开裂槽断裂而不发生塑性变形。因此，初裂罐的预制不仅是初裂的首要工序，也是初裂的技术关键。因此，本文将对连杆初裂槽的加工工艺、加工方法和加工质量进行研究。2预制初裂槽初裂槽的形状和尺寸由槽深、槽长、开口角度和曲率半径四个参数决定。在开裂过程中，开裂槽应尖、深、窄，其开口角度应小，以提高应力集中系数，有效降低开裂载荷，从而减少开裂过程中塑性变形引起的连杆大端孔倒圆，避免开裂缺陷，保证开裂质量。因此，初裂槽的合理设计可以有效改善切口效应和应力集中系数，进而降低开裂力，提高开裂效率和质量。初裂槽的加工方法主要有机械加工、线切割和激光加工。2.1加工裂解槽主要采用推/拉加工，如图1所示.切削过程中，安装在手柄上的刀具逐层切削劈槽，手柄上每层刀具的增量为距离拉刀末端0.1毫米。刀片的数量根据分劈槽的深度确定，分劈槽的张开角度和曲率半径通过推/拉刀具的刃口来确定。图1加工开裂槽示意图2.2 WEDM WEDM电火花开裂槽是用WEDM在连杆大头孔中分面上切割开裂应力槽(见图2)。裂解槽的开口角度和曲率半径均由钼丝直径决定，在线切割设备上安装相应夹具即可加工出初始裂解槽。图2线切割裂解槽示意图2.3激光加工激光加工连杆裂解槽的原理是利用激光束与金属材料相互作用的特性进行精密切割。由于连杆初裂槽属于窄盲槽，其加工精度和坡口表面质量要求非常高，一般的CO2激光无法满足加工精度和坡口表面质量要求。Nd: YAG固体激光器具有输出波长短、与金属耦合效率高、加工性能好、结构紧凑、重量轻、时分功分多路系统等优点，便于灵活远距离激光加工，因此成为加工连杆裂解槽的首选光源。当使用Nd: YAG固体激光器加工裂纹槽时，首先将Nd: YAG激光发生器发出的激光束聚焦成高功率激光束
激光切割槽一般有两种：单激光切割头和双激光切割头。当用一个切割头加工时。激光分时输出到两个90度排列的聚光镜上，两个裂解槽依次切割，即一次移动只切割一个裂解槽。当使用双激光切割头加工开裂槽时，使用功率分割的方法将光束同时分配到两个成90度布置的聚光器，通过一次向下移动就可以同时切割两个开裂槽。图3 YAG激光切割开裂槽示意图nextpage3加工工艺对比分析3.1开裂槽不同加工工艺对比当采用机械加工预制开裂槽时，由于开裂材料的屈服强度低、硬度大，刀具会磨损较快。在加工过程中，推/拉式切削刃的钝圆半径必然增大，导致开裂槽根部曲率半径增大，加工深度变浅，应力集中系数逐渐减小，开裂力增大，进而导致大孔变形超差等开裂不良率增加。因此，在生产中需要经常检查裂解槽的大小和裂解质量，根据刀具磨损情况适时更换刀具，或者用专用的切刀修整器对拉刀进行修整，增加后续投入。线切割加工裂解槽时，由于连杆的大端孔是封闭孔，每个连杆都需要重新定位和攻丝，导致劳动强度大，加工精度低，生产效率低。另外，在加工时，以导线与连杆大端孔的接触放电为基准计算加工深度，将废屑和毛刺有机加工时，会造成加工深度误差和开裂槽的形状误差。此外，钼丝的松紧也会影响裂解槽深度的均匀性，甚至造成偏斜，从而影响连杆的裂解质量。因此，线切割和放电
电加工连杆裂解槽只适合于研究、试制，在批量生产中采用较少。 在激光加工裂解槽的过程中，尽管双激光切割头的加工形式减少了切割头的摆动动作，提高了激光入射角精度和生产效率，但激光切割头的角度只能在一定范围内进行有限调整，一般只能对单一品种连杆进行大批量加工。由于连杆大头孔机械加工中有一定的误差，在同时加工2条裂解槽时很难保证同一工件或不同工件的尺寸精度，并且2个聚光器也不适宜切割孔径很小或厚度较大的连杆。 对采用不同加工方法加工初始裂解槽的连杆依次进行裂解加工，裂解后断裂面及裂解槽形貌如图4所示。3.2 激光加工优点 由于在连杆初始裂解槽的预制过程中经激光 加工的裂解槽在其根部附近有淬火效应，使裂解更容易进行，并且试验数据显示激光加工裂解槽比机械拉槽的裂解力降低1/3左右，裂解后连杆大头孔圆度仅是机械拉削的l/4～1/6，裂解变形明显减小，断裂线偏离理论位置的情况也得到改善，因此激光加工在裂解槽的加工质量、生产效率、后续裂解质量及连杆产品质量等方面具有如下优势。 a 加工过程中无刀具磨损和钼丝的损耗，生产工艺重复性和稳定性高，灵活通用；并且切缝窄，槽深及槽宽均匀，尺寸及位置精度高，可保障后续加工质量。 b 加工后的裂解槽易裂解，可显著减少裂解力及大头孔裂解变形，使得后续精加工大、小头孔精度明显提高，从而避免掉渣、错位、夹屑等质量缺陷的出现。 c 激光加工的光束能量密度高、移动速度快，对非激光照射部位没有影响或影响极小，使工件的热变形很小，后续加工量减小。 d 激光加工技术采用干式加工代替湿式加工，省去了线切割过程中乳化液的冷却，减少了环境污染。
图4 不同裂解槽加工方法裂解后的断裂面形貌
3.3 激光切割加工方法比较 激光切割裂解槽可根据光束传输通道的不同分为光纤导光激光切割和常规光束激光切割。其中光纤传输激光切割是由激光器产生的激光通过光纤传输后，经准直镜准直为平行光，在经过聚焦镜聚焦于连杆大头孔表面后实现裂解槽的加工，具有光束质量好、传输稳定、寿命长等优点。常规光束激光切割是通过空气传输通道来实现裂解槽的加工，因此在传输光束时，不便于将激光传输到远距离工位，使得加工柔性降低；当对激光进行分光输出切割时，一般要求激光器功率较大，以避免经分光后加工中激光功率的减小而降低切割裂解槽质量。
4 应用现状
自20世纪90年代开始，汽车工业发达国家便采用连杆裂解新工艺，但因对初始裂解槽加工技术掌握程度的不同，在加工时采用了不同的加工工艺和方法。 机械拉削裂解槽的加工方法首先在德国EX-CELL-O公司研制开发的连杆裂解加工技术装备中得到应用，随后在美国TRY—WAY公司研制的连杆裂解加工半自动生产线中也采用了机械拉削的方式完成初始裂解槽的预制。 德国ALFING公司采用光纤传输、激光切割的方式来完成连杆裂解槽的加工，其中激光器采用了德国TRUMPF公司的YAG固体激光器和光纤传输光束。在切割模式上分别有单激光切割头和双激光切割头模式，双激光切割头采用激光分时输出的方式，对连杆大头孔两侧顺次加工裂解槽。此外，ALFING公司还开发有从连杆毛坯的初加工、精加工乃至产品检验的连杆裂解加工全自动生产线、半自动生产线，并在批量生产中得到应用。 瑞士LASAG公司采用常规光束传输、激光切割的方式进行裂解槽的加工，并研制出连杆裂解槽激光加工机床，其中切割方式有一个激光器和一个切割头的形式以及双激光切割头形式。另外，德国MAUSER公司、美国TRI-WAY公司的连杆裂解生产设备也采用了该公司的激光切割机床进行裂解槽的预制。 我国一汽一大众、上海大众、上海通用、奇瑞汽车公司和华晨汽车公司均先后引进了德国和美国的连杆裂解加工自动线和半自动线，用于轿车连杆的生产。其中，一汽一大众和上海通用采用机械拉削裂解槽的方式，上海大众和沈阳华晨采用光纤导光YAG固体激光切割方式来完成初始裂解槽的加工，奇瑞汽车公司则采用常规光束传输YAG固体激光加工裂解槽。与传统的加工工艺相比，这些公司在引进裂解工艺后使连杆由分体加工变为整体加工，取消杆、盖结合面拉削与磨削等工艺，减化了螺栓孔的加工工序及降低了加工成本，使机加工工序减少60％、设备投资节省25％、刀具费用减少35％、能源节省40％，其经济效益十分显著。 另外，吉林大学在对连杆裂解加工工艺和关键技术进行深入探讨的基础上，自主开发出适合我国国情的连杆裂解槽加工机床、连杆裂解机床及连杆裂解加工自动线及半自动线。其中，连杆裂解槽加工机床采用了光纤传输YAG固体激光切割的方式进行裂解槽的加工。目前，在一汽解放汽车公司发动机分公司、广东四会实力连杆公司、常州远东连杆集团、成都两陵汽车零部件有限公司等企业均采用了国内自行研制的连杆裂解槽加工机床和连杆裂解机床生产裂解连杆，继而替代进口、节约资金，创造了显著的经济效益。
5 结束语
预制初始裂解槽作为连杆裂解生产中的核心工序，直接影响裂解力的大小和裂解质量，影响裂解连杆的使用性能与可靠性。目前，在加工初始裂解槽的众多方法中，机械拉削、光纤导光激光切削和常规光束传输激光切削已成为裂解槽的主要加工方法，在连杆裂解加工中得到了广泛应用。
