摘要：連桿是發動機的五大件之一，其質量直接影響著發動機的性能和安全。連桿屬於典型的不規則件且精度要求相對較高，因此加工工藝複雜。本文主要研究發動機連桿漲斷工藝，詳細分析了有關連桿漲斷所涉及的材料、設備、加工工藝等，希望激光漲斷工藝在連桿的發展中的先進性得到更廣泛認識。
前言
一直以來無法精確地加工零件分離后的表面並組合一直是人們難以克服的問題，直到發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，應用於連桿加工的革命性的激光漲斷技術開始應用於歐洲市場。精確的激光刻痕及漲斷力，使得精細的斷裂面能夠完美的組裝到一起。漲斷技術極大的降低了成本並減少了50%的加工工序，與傳統方法相比：機床投資低，材料成本低（僅1個毛坯），整個工藝的加工準備時間短。激光最大的優點在於不需接觸材料表面即可進行加工，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。生產工藝的重複性和穩定性非常高。另外，激光非常靈活，從而使用同一個激光器即能對各種各樣的連桿進行最佳的切口加工。拉刀的壽命大約為400件，而激光光學透鏡的壽命可高達1000000件。
連桿的材料及加工工藝
目前，國外用於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，本文主要採用C70S6BY高碳微合金非調質鋼為連桿材料。鍛鋼連桿尺寸精度高、組織結構與力學性能好，尤其適用於大負荷、高轉速的發動機，以及對連桿具有高疲勞強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%）；
機械性能：抗拉強度900-1050N/mm；
屈服強度：≥520N/mm；
延伸率：≥10%
斷面收縮率：20%-40%；
化學成分（按重量百分比%）見圖１NSE連桿的加工工藝流程：
NSE連桿生產線佔地約1000m2，共有7道工序，現有設備6台，其中包括：德國Alfing多工位專機3台，德貨Diskus卧式雙面磨磨床1台，德國MTM清洗機1台，義大利MARPOSS綜合測量機1台，生產線的工序間的自動輸送鏈由德國的AMT公司製造。目前已形成一期產能100萬件/年，二期規劃產能將達到168萬件/年（見圖2）。連桿生產線採用了激光切割漲斷工藝，節省了連桿蓋和連桿體結合面的加工，保證了連桿蓋和連桿體在裝配時的重複定位精度；採用了雙面磨工藝連桿在加工時，不再需要翻面而進行二次裝夾，生產效率高；半精鏜、精鏜連桿的大小頭孔時，機床上除了配置了主動測量系統，還配置了鏜孔尺寸的自動補償系統，保證了加工尺寸的精度；綜合測量機除了能100%地全尺寸檢查成品連桿，還兼有自動稱重和分組功能；生產線上大量的採用了德國的MAPAL公司的複合刀具，優化了加工工藝，提高了生產節拍；生產線上的在線檢具均有德國的HOMMEL公司製造，使用方便，測量精度高，測量結果及時上傳與資料庫連接並及時更新，並能對關鍵尺寸進行SPC控制。
漲斷裝配專機
設備製造商：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，液壓缸帶動斜鐵向上移動，推動漲斷套徑向漲開，連桿蓋和連桿體瞬間被漲開，在漲開的同時有兩個動作：1，壓縮空氣打開，吹在漲斷面上；2，大頭外側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齊。2、漲斷工位介紹（圖6）：漲斷軸插入連桿的大頭孔內，液壓缸帶動斜鐵向上移動，推動漲斷套徑向漲開，連桿蓋和連桿體瞬間被漲開，在漲開的同時有兩個動作：1，壓縮空氣打開，吹在漲斷面上；2，大頭外側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齊。3、預擰緊工位介紹（圖7）：
螺栓預擰緊工位主要由氣動螺栓輸入裝置、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，振動鐵屑；4，定值扭矩擰緊螺栓（扭矩：14NM）；5，定值角度擰緊螺栓（80°）激光漲斷優點與激光加工注意事項
一、採用激光漲斷加工的優點：
1、節省了連桿蓋與連桿體的結合面的加工；
2、節省了螺栓定位孔的加工；
3、節省了連桿蓋的單獨輸送；
4、凹凸不平的漲斷面增大了連桿蓋與連桿體的結合面的面積,這樣增強了連桿總成在裝機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，不但重複精度和定位精度好,連桿大頭孔的形狀公差的精度（圓度、圓柱度）也保持得好。
6、通過統計和計算:與傳統連桿加工方法相比，激光漲斷技術可節省機床設備投資5%，減少機加工工序50%-60%，降低生產成本5%-20%。
二、激光加工的注意事項：
1、激光割槽原理：激光諧振器產出的激光束經導光系統中的鏡片的反射、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，形成激光割槽。
2、工藝參數的調整：我們通常通過調節激光的聚集點、脈衝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，否則將影響漲斷質量並加速漲斷軸的磨損。
3、激光的性質：由於所用激光的強度等級為4級，是不可見光，容易灼傷皮膚和眼睛，在調整激光裝置時應注意安全，必須佩帶防護眼鏡、穿白色工作服，以減少激光的漫反射的影響。
4、激光割槽對後續加工的影響：在激光割槽的過程中，由於激光束能量密度高，加工速度快，並且是局部加工，對非激光照射部位影響極小，熱影響區也就小，所以，工件的熱變形小,對後續加工（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，激光槽尺寸對於激光漲斷的質量影響很大。激光槽深度的測量操作步驟如下：
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位置，斷裂面對準鏡頭（先檢驗連桿凸瘤面，見圖11）。
4、調節顯微鏡燈光至桿身凸瘤面激光割槽部位。
5、通過微調調節鏡頭至割槽部位清晰。6、調節桿身位置，使鏡頭坐標Y軸軸線對準激光槽起始位置（圖12）。
7、按清零鍵將X軸顯示的位置數據清零。
8、調節連桿位置至激光割槽深度測量結束（平均）位置（圖12）。
9、讀取位置刻度數據（割槽深度），數據記錄在記錄表上。
10、重複1－9步驟檢驗連桿非凸瘤面割槽部位深度。激光割槽寬度的測量操作步驟如下（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位置，斷裂面對準鏡頭（先檢驗連桿凸瘤面，見圖11）。
4、調節顯微鏡燈光至桿身凸瘤面激光割槽部位。
5、通過微調調節鏡頭至割槽部位清晰。
6、調節桿身位置，使鏡頭坐標X軸軸線對準激光槽起始位置（圖13）。
7、按清零鍵將Y軸顯示的位置數據清零。
8、調節連桿位置至激光割槽寬度測量結束位置（圖13）。
9、讀取位置刻度數據（割槽寬度），數據記錄在記錄表上。
10、重複1－9步驟檢驗連桿非凸瘤面割槽部位寬度。
二、NSE連桿的激光漲斷質量缺陷類型
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、因裂紋分叉導致斷裂面夾渣（包夾）；斷裂面嚙合性差；
3、因裂紋擴展偏移引起斷裂面偏離預定位置；
4、由於一側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量，在裂解材料選擇時必須注意：首先要保證鍛造空冷後有足夠的強度，以滿足連桿使用性能的需要；其次要求在保證強韌綜合性能指標的前提下，呈現脆性斷裂特徵，且其斷裂面應有良好的嚙合性。另外還應該注意裂解槽的加工以及槽的各項參數，同時還有裂解載荷選擇，載入速度控制。
結束語
展望未來，發動機連桿漲斷裂解加工技術裝備朝著如下方向發展：
1)柔性化。在一台單機設備上實現不同中心距、不同大頭孔尺寸連桿的切槽和漲斷加工，滿足不同排量發動機連桿生產的需要。
2)低成本。降低設備投入，減少設備運行費用，從而降低整個連桿加工成本。
3)簡單化。便於設備維護、檢修。
