摘要：連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的五大件之一，其質(zhì)量直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和安全。連桿屬于典型的不規(guī)則件且精度要求相對(duì)較高，因此加工工藝復(fù)雜。本文主要研究發(fā)動(dòng)機(jī)連桿漲斷工藝，詳細(xì)分析了有關(guān)連桿漲斷所涉及的材料、設(shè)備、加工工藝等，希望激光漲斷工藝在連桿的發(fā)展中的先進(jìn)性得到更廣泛認(rèn)識(shí)。 

前言 

        一直以來無法精確地加工零件分離后的表面并組合一直是人們難以克服的問題，直到發(fā)明了漲斷這種工藝方法，使得精確吻合及螺栓擰緊兩斷裂面成為可能。1995年，應(yīng)用于連桿加工的革命性的激光漲斷技術(shù)開始應(yīng)用于歐洲市場。精確的激光刻痕及漲斷力，使得精細(xì)的斷裂面能夠完美的組裝到一起。漲斷技術(shù)極大的降低了成本并減少了50%的加工工序，與傳統(tǒng)方法相比：機(jī)床投資低，材料成本低（僅1個(gè)毛坯），整個(gè)工藝的加工準(zhǔn)備時(shí)間短。激光最大的優(yōu)點(diǎn)在于不需接觸材料表面即可進(jìn)行加工，與拉削相比，激光不必接觸工件就能為漲斷工藝刻出所需的斷裂線，因此沒有任何道具的磨損。生產(chǎn)工藝的重復(fù)性和穩(wěn)定性非常高。另外，激光非常靈活，從而使用同一個(gè)激光器即能對(duì)各種各樣的連桿進(jìn)行最佳的切口加工。拉刀的壽命大約為400件，而激光光學(xué)透鏡的壽命可高達(dá)1000000件。 

連桿的材料及加工工藝 

       目前，國外用于裂解加工的材料主要有：粉末冶金、高碳鋼、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等，本文主要采用C70S6BY高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼為連桿材料。鍛鋼連桿尺寸精度高、組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能好，尤其適用于大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及對(duì)連桿具有高疲勞強(qiáng)度和高可靠性要求的場合。 

材料硬度：HB269-302； 

金相組織 ：鐵素體＋珠光體（鐵素體≤10%） ； 

機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度 900-1050N/mm； 

屈服強(qiáng)度：≥520N/mm； 

延伸率：≥10% 

斷面收縮率：20%-40%； 

化學(xué)成分（按重量百分比%）見圖１NSE連桿的加工工藝流程：

       NSE連桿生產(chǎn)線占地約1000m2，共有7道工序，現(xiàn)有設(shè)備6臺(tái)，其中包括：德國Alfing多工位專機(jī)3臺(tái)，德貨Diskus臥式雙面磨磨床1臺(tái)，德國MTM清洗機(jī)1臺(tái)，意大利MARPOSS綜合測(cè)量機(jī)1臺(tái)，生產(chǎn)線的工序間的自動(dòng)輸送鏈由德國的AMT公司制造。目前已形成一期產(chǎn)能100萬件/年，二期規(guī)劃產(chǎn)能將達(dá)到168萬件/年（見圖2）。

       連桿生產(chǎn)線采用了激光切割漲斷工藝，節(jié)省了連桿蓋和連桿體結(jié)合面的加工，保證了連桿蓋和連桿體在裝配時(shí)的重復(fù)定位精度；采用了雙面磨工藝連桿在加工時(shí)，不再需要翻面而進(jìn)行二次裝夾，生產(chǎn)效率高；半精鏜、精鏜連桿的大小頭孔時(shí)，機(jī)床上除了配置了主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，還配置了鏜孔尺寸的自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，保證了加工尺寸的精度；綜合測(cè)量機(jī)除了能100%地全尺寸檢查成品連桿，還兼有自動(dòng)稱重和分組功能；生產(chǎn)線上大量的采用了德國的MAPAL公司的復(fù)合刀具，優(yōu)化了加工工藝，提高了生產(chǎn)節(jié)拍；生產(chǎn)線上的在線檢具均有德國的HOMMEL公司制造，使用方便，測(cè)量精度高，測(cè)量結(jié)果及時(shí)上傳與數(shù)據(jù)庫連接并及時(shí)更新，并能對(duì)關(guān)鍵尺寸進(jìn)行SPC控制。 

漲斷裝配專機(jī) 

設(shè)備制造商：ALFING（圖3）

漲斷工序的各工位照片（圖4）

１、激光割槽工位介紹（圖5）： 

       漲斷軸插入連桿的大頭孔內(nèi)，液壓缸帶動(dòng)斜鐵向上移動(dòng)，推動(dòng)漲斷套徑向漲開，連桿蓋和連桿體瞬間被漲開，在漲開的同時(shí)有兩個(gè)動(dòng)作：1，壓縮空氣打開，吹在漲斷面上；2，大頭外側(cè)始終受到外部給予的背壓力，使得漲開的連桿蓋和連桿體被迅速對(duì)齊。

2、漲斷工位介紹（圖6）：漲斷軸插入連桿的大頭孔內(nèi)，液壓缸帶動(dòng)斜鐵向上移動(dòng)，推動(dòng)漲斷套徑向漲開，連桿蓋和連桿體瞬間被漲開，在漲開的同時(shí)有兩個(gè)動(dòng)作：1，壓縮空氣打開，吹在漲斷面上；2，大頭外側(cè)始終受到外部給予的背壓力，使得漲開的連桿蓋和連桿體被迅速對(duì)齊。

3、預(yù)擰緊工位介紹（圖7）： 

       螺栓預(yù)擰緊工位主要由氣動(dòng)螺栓輸入裝置、Bosch擰緊槍、螺栓孔吹氣裝置、小頭孔定位裝置等組成。工作過程是 ：1，氣動(dòng)輸入螺栓 ；2，擰入螺栓（扭矩 ：7NM） ；3，擰緊螺栓（扭矩：12NM ）。

４、終擰緊工位介紹（圖8） ：螺栓終擰緊工位主要由Bosch擰緊槍、連桿體和連桿蓋的分離裝置、震屑裝置、小頭孔定位裝置等組成。工作過程是：1，松螺栓（角度：-1140°）；2，分離連桿體和連桿蓋；3，振動(dòng)鐵屑；4，定值扭矩?cái)Q緊螺栓（扭矩：14NM ）；5，定值角度擰緊螺栓（80 °）

激光漲斷優(yōu)點(diǎn)與激光加工注意事項(xiàng) 

一、采用激光漲斷加工的優(yōu)點(diǎn)： 

1、節(jié)省了連桿蓋與連桿體的結(jié)合面的加工； 
2、節(jié)省了螺栓定位孔的加工； 
3、節(jié)省了連桿蓋的單獨(dú)輸送； 
4、凹凸不平的漲斷面增大了連桿蓋與連桿體的結(jié)合面的面積,這樣增強(qiáng)了連桿總成在裝機(jī)后的承載能力和抗剪切能力; 
5、連桿體和連桿蓋通過自然形成的漲斷面組合裝配，不但重復(fù)精度和定位精度好, 連桿大頭孔的形狀公差的精度（圓度、圓柱度）也保持得好。 
6、通過統(tǒng)計(jì)和計(jì)算:與傳統(tǒng)連桿加工方法相比，激光漲斷技術(shù)可節(jié)省機(jī)床設(shè)備投資5%，減少機(jī)加工工序50%-60%，降低生產(chǎn)成本5%- 20%。 

二、激光加工的注意事項(xiàng)： 

1、激光割槽原理：激光諧振器產(chǎn)出的激光束經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)中的鏡片的反射、聚集后，成為功率密度極高的光束，該光束通過光纖電纜和噴嘴照射在連桿大頭孔需要漲斷的部位，金屬開始熔化蒸發(fā)，形成激光割槽。 

2、工藝參數(shù)的調(diào)整：我們通常通過調(diào)節(jié)激光的聚集點(diǎn)、脈沖波長和功率來控制激光割槽的深度及寬度。要定期檢查激光割槽的深度，否則將影響漲斷質(zhì)量并加速漲斷軸的磨損。 

3、激光的性質(zhì)：由于所用激光的強(qiáng)度等級(jí)為4級(jí)，是不可見光，容易灼傷皮膚和眼睛，在調(diào)整激光裝置時(shí)應(yīng)注意安全，必須佩帶防護(hù)眼鏡、穿白色工作服，以減少激光的漫反射的影響。 

4、激光割槽對(duì)后續(xù)加工的影響：在激光割槽的過程中，由于激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對(duì)非激光照射部位影響極小，熱影響區(qū)也就小，所以，工件的熱變形小,對(duì)后續(xù)加工（精繽、珩磨）的影響就很小。 

5、NSE連桿的激光漲斷工藝尺寸與質(zhì)量缺陷類型 

一、NSE連桿的激光漲斷工藝尺寸（圖9、圖10） 

激光槽寬度為０.３-0.6mm，深度為０.3-0.5mm，激光槽尺寸對(duì)于激光漲斷的質(zhì)量影響很大。激光槽深度的測(cè)量操作步驟如下： 

1、打開顯微鏡電源（圖11） 
2、選擇顯微鏡M5/0.1鏡頭。 
3、將連桿桿身放在檢驗(yàn)位置，斷裂面對(duì)準(zhǔn)鏡頭（先檢驗(yàn)連桿凸瘤面，見圖11）。 
4、調(diào)節(jié)顯微鏡燈光至桿身凸瘤面激光割槽部位。 
5、通過微調(diào)調(diào)節(jié)鏡頭至割槽部位清晰。

6、調(diào)節(jié)桿身位置，使鏡頭坐標(biāo)Y軸軸線對(duì)準(zhǔn)激光槽起始位置（圖12）。 
7、按清零鍵將X軸顯示的位置數(shù)據(jù)清零。 
8、調(diào)節(jié)連桿位置至激光割槽深度測(cè)量結(jié)束（平均）位置（圖12）。 
9、讀取位置刻度數(shù)據(jù)（割槽深度），數(shù)據(jù)記錄在記錄表上。 
10、重復(fù)1－9步驟檢驗(yàn)連桿非凸瘤面割槽部位深度。

激光割槽寬度的測(cè)量操作步驟如下（圖13）： 

1、打開顯微鏡電源（圖13）。 
2、選擇顯微鏡M5/0.1鏡頭。 
3、將連桿桿身放在檢驗(yàn)位置，斷裂面對(duì)準(zhǔn)鏡頭（先檢驗(yàn)連桿凸瘤面，見圖11）。 
4、調(diào)節(jié)顯微鏡燈光至桿身凸瘤面激光割槽部位。 
5、通過微調(diào)調(diào)節(jié)鏡頭至割槽部位清晰。 #p#分頁標(biāo)題#e#
6、調(diào)節(jié)桿身位置，使鏡頭坐標(biāo)X軸軸線對(duì)準(zhǔn)激光槽起始位置（圖13）。 
7、按清零鍵將Y軸顯示的位置數(shù)據(jù)清零。 
8、調(diào)節(jié)連桿位置至激光割槽寬度測(cè)量結(jié)束位置（圖13）。 
9、讀取位置刻度數(shù)據(jù)（割槽寬度），數(shù)據(jù)記錄在記錄表上。 
10、重復(fù)1－9步驟檢驗(yàn)連桿非凸瘤面割槽部位寬度。 

二、NSE連桿的激光漲斷質(zhì)量缺陷類型 

在連桿漲斷加工過程中一些主要缺陷為： 

1、連桿外輪廓大面積掉渣（俗稱爆口）； 
2、因裂紋分叉導(dǎo)致斷裂面夾渣（包夾）；斷裂面嚙合性差； 
3、因裂紋擴(kuò)展偏移引起斷裂面偏離預(yù)定位置； 
4、由于一側(cè)裂紋槽迅速啟裂而引起的單邊斷裂； 
5、裂解過程中塑性變形較大而引起的大頭孔失圓等。 

        因此為了保證裂解質(zhì)量，在裂解材料選擇時(shí)必須注意：首先要保證鍛造空冷后有足夠的強(qiáng)度，以滿足連桿使用性能的需要 ；其次要求在保證強(qiáng)韌綜合性能指標(biāo)的前提下，呈現(xiàn)脆性斷裂特征，且其斷裂面應(yīng)有良好的嚙合性。另外還應(yīng)該注意裂解槽的加工以及槽的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)還有裂解載荷選擇，加載速度控制。 

結(jié)束語 

展望未來，發(fā)動(dòng)機(jī)連桿漲斷裂解加工技術(shù)裝備朝著如下方向發(fā)展： 

1) 柔性化。在一臺(tái)單機(jī)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)不同中心距、不同大頭孔尺寸連桿的切槽和漲斷加工，滿足不同排量發(fā)動(dòng)機(jī)連桿生產(chǎn)的需要。 
2) 低成本。降低設(shè)備投入，減少設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，從而降低整個(gè)連桿加工成本。 
3) 簡單化。便于設(shè)備維護(hù)、檢修。