用于連桿斷裂剖分前預制裂解槽的激光加工設備制造技術

本發明專利技術涉及連桿斷裂剖分前預制裂解槽的激光加工方法及其專用設備。本方法是將激光切割頭對應于固卡在工作臺上的連桿之大頭孔一側予切割部位上端點；調整激光入射角為０°－７０°，開啟激光，激光切割頭沿垂向向下移動切割至連桿之大頭孔下端點，完成一側溝槽切割；關斷激光，激光切割頭向上回程到初始位置，旋轉激光切割頭使之對應于連桿之大頭孔另一側上端點，再開啟激光，向下移動切割至下端點，完成另一側溝槽切割。本發明專利技術激光加工方法，加工的連桿裂解槽具有切縫窄、深度易于控制、兩側溝槽寬度、深度一致，位置精度高、尺寸精度好。明顯改善后續斷裂加工過程中的斷裂效果，避免斷裂面掉渣、大頭孔變形、失圓等問題。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及連桿斷裂剖分前預制裂解槽的激光加工方法及其專用設備。
技術介紹
如附圖1、2所示，連桿是由連桿體3和連桿蓋2組成的剖分類零件，實際工作時連桿體3與連桿蓋2合裝在一起使用。傳統的連桿制造工藝主要有兩種(1)連桿整體鍛造或粉末燒結成型→切斷分離→機加工桿、蓋接合面→機加工桿、蓋螺栓孔→裝配。(2)連桿體與連桿蓋分別鍛造成型→機加工桿、蓋接合面→機加工桿、蓋螺栓孔→裝配。上述工藝，不僅需對連桿體和蓋的接合面進行拉削、銑削和磨削，還要鉆、鉸連桿蓋與連桿體上的定位銷孔和螺栓孔，以便實現連桿本體與連桿蓋的精確合裝。因此需要較多精加工機床，經過幾十道工序，耗費大量的加工工時。連桿斷裂剖分(也稱裂解、漲斷、脹斷、漲裂、撐斷等)技術是將采用鍛造或粉末燒結成型的整體連桿毛坯經粗加工后，在大頭軸承孔內施加裂解力，在裂解力作用下連桿從大頭孔斷裂分離成連桿體和連桿蓋兩部分。在后續工序中，以具有三維凹凸曲面特征的斷裂面為定位基準，將連桿體與連桿蓋合裝成連桿整體，并在后續的機械加工中對大頭孔進行精鏜。中國專利CN01271935.8、CN1149272A、CN1047463A、美國專利US4768694、US3,818,57、USS5105538A、US4754906、US5169046、日本專利特開平11-245122等公開了連桿裂解制造方法和裝置。主要采用“下拉式”、“上楔入式”、“裝有液壓活塞的裂解塊”、“水平力作用”、“偏心轉軸作用方式”等裂解方法與工裝，實現連桿大頭孔斷裂剖分。為了控制和確定斷裂位置，減小裂解力并使裂解更容易進行，在早期公開的專利中，有的采用電子束淬火使局部脆化、有的采用局部低溫處理脆化。在裂解加工過程中，從脆化區產生裂紋并最終斷裂。更通用的做法是在斷裂加工前在連桿大頭孔柱面上預制兩條很窄的溝槽(見附圖1中1處)，也稱為應力集中槽。在隨后的斷裂加工中，大頭孔內施加的裂解力垂直于應力集中槽，在裂解力作用下，連桿從應力集中槽處產生裂紋、裂紋擴展直至斷裂，分離成連桿體和連桿蓋兩部分。應力集中槽的加工方法主要有兩種，即機械拉削和激光加工。前期公開的涉及連桿應力集中槽加工的專利有美國專利US1630759美國專利US2553935美國專利US4693139美國專利US5974663美國專利US5208979中國專利CN1149272A英國專利GB2320308德國專利DE19534360US1630759、US2553935、US4693139建議機械加工如機械拉削應力集中槽；CN1149272A說明可以采用V形切口拉制、激光蝕刻和燒結鍛造時直接生成應力提高點控制斷裂開始位置。US5974663和GB2320308公開的鑄鐵連桿制造方法中，將鑄鐵連桿放在斜面上，采用YAG固體激光器光束垂直向下對大頭孔加工鋸齒形槽，斷裂后斷裂面呈不規則形狀。US5208979建議采用脈沖激光加工應力集中槽，激光切割槽寬度0.5mm，深度0.8mm。寬度和深度比為5∶8，激光脈沖功率400W、脈沖頻率10Hz，脈沖寬度2.0毫秒，光束移動速度76cm/min。DE19534360建議用一個激光器，通過一分配裝置將一束光束分配到兩個聚光器上，兩個聚光頭器平行布置或交叉90°布置，通過二者各自的向上和向下運動同時對兩個連桿加工，在大頭孔柱面上加工出一系列沿直線排列的圓柱盲孔。機械拉削應力集中槽的缺點是刀具容易磨損，當磨損導致刀尖圓角半徑增大后，應力集中效應降低，需要較大的裂解力才能使大頭孔斷裂，大頭孔明顯失圓或變形較大，對連桿后續加工質量、裝配質量以及發動機工作都能帶來不良的影響。因此，采用機械拉削應力集中槽，需要經常更換或修磨刀具。激光加工可以避免機械加工中的刀具磨損問題。US5974663和GB2320308只是提及將鑄鐵連桿放在斜面上用YAG固體激光器切割鋸齒形應力集中槽。US5208979采用脈沖激光加工應力集中槽，確定了具體參數，但脈沖頻率較低、光束移動速度慢，從而激光熔化金屬時間較長，槽寬較大，槽寬深比較大。DE19534360將一束激光分置于兩個聚光器，同時加工兩個連桿，并在聚光器(激光頭)的上下運動中加工兩條溝槽，優點是加工效率高，節省激光源。但加工中激光功率很低(100W)，并采用不連續切割方法，以一系列不連續的圓柱盲孔代替溝槽使得后續斷裂加工過程中，斷面容易掉渣(也稱爆口)。此外在聚光器向下的工作行程中加工一側溝槽而在聚光器向上的回程中加工另一側溝槽，當光束不垂直于被加工表面時，存在推動加工和拖動加工的問題，二者加工的溝槽有區別。激光頭的運動方向與激光頭軸線夾角大于90°時為推動加工，激光頭的運動方向與激光頭軸線夾角小于90°時為拖動加工。與拖動加工相比，推動加工時切縫前沿被預熱，激光能量損失小，切割容易進行，且槽深較大、切縫較窄、槽底比較尖銳。當一個連桿兩側溝槽不一致時，斷裂加工中兩側不是同時開裂，后斷裂一側往往被撕裂，斷裂面掉渣并變形，斷裂面嚙合性差，影響后續大頭孔加工精度以及連桿體與連桿蓋裝配質量。
技術實現思路
本專利技術的目的是為克服目前對連桿斷裂剖分前預制裂解槽加工存在的上述缺點，提出一種改進的連桿斷裂剖分前預制裂解槽激光加工方法及其激光加工設備。本專利技術連桿斷裂剖分前預制裂解槽激光加工方法，其特征在于按以下步驟進行a.將激光加工設備之激光切割頭對應于固卡在工作臺上的連桿之大頭孔一側予切割部位上端點；b.調整激光切割頭使激光入射角為0°-70°，開啟激光，激光切割頭沿垂向向下移動切割至連桿之大頭孔下端點，完成一側溝槽切割； c.切完上述一側溝槽后，關斷激光，激光切割頭向上回程到初始位置，旋轉激光切割頭使之對應于連桿之大頭孔另一側上端點，并調整激光切割頭使激光入射角為0°-70°，再開啟激光，激光切割頭沿垂向向下移動切割至連桿之大頭孔下端點，完成另一側溝槽切割。激光脈沖頻率為34-45赫茲、激光切割頭移動速度為15-20毫米/每秒。上述所說的激光入射角即為激光束與被切割工件表面法線的夾角。本專利技術提供了一種完全新穎的應力集中槽激光加工方法，加工的連桿裂解槽具有切縫窄、深度易于控制、兩側溝槽寬度、深度一致，位置精度高、尺寸精度好。明顯改善后續斷裂加工過程中的斷裂效果，避免斷裂面掉渣、大頭孔變形、失圓等問題。一種用于上述的連桿斷裂剖分前預制裂解槽激光加工方法的激光加工設備，包括主機和YAG固體激光器及激光器相連接的激光切割頭，其特征在于所述的主機按如下方式組成在一框架式機架下部設有可沿x、y軸平移的工作臺，工作臺上固設工件卡盤，在工作臺上方設有一沿機架內側壁上的直線導軌上下移動的滑塊，所述的激光切割頭通過回轉機構和微調機構設置在滑塊上。本專利技術激光加工設備的結構特點及運動特征是(1)本專利技術激光加工設備為三軸順序動作。在一個工作循環內，工作臺x、y軸移動，激光切割頭沿z軸運動并旋轉。其主運動為切割頭的上下移動，切割頭的旋轉與工作臺的運動為輔助運動。(2)兩個交流伺服電機分別驅動工作臺沿x、y軸雙坐標移動，以調整連桿加工位置。(3)切割頭隨同滑塊由交流伺服電機驅動經滾珠絲杠傳動沿z軸方向運動；由擺動液壓油缸控制切割頭旋轉運動。(4)工件卡盤用于固定和夾持連桿。在切割加工前，連桿卡裝于工件卡盤上。(5)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種連桿斷裂剖分前預制裂解槽激光加工方法，其特征在于按以下步驟進行：　　　　ａ．將激光加工設備之激光切割頭對應于固卡在工作臺上的連桿之大頭孔一側予切割部位上端（Ａ）點；　　　　ｂ．調整激光切割頭使激光入射角（α）為０°－７０°，開啟激光，激光切割頭沿垂向向下移動切割至連桿之大頭孔下端（Ｂ）點，完成一側溝槽（ＡＢ）切割；　　　　ｃ．切完上述一側溝槽（ＡＢ）后，關斷激光，激光切割頭向上回程到初始位置，旋轉激光切割頭使之對應于連桿之大頭孔另一側上端（Ｃ）點，并．調整激光切割頭使激光入射角（α）為０－７０°，再開啟激光，激光切割頭沿垂向向下移動切割至連桿之大頭孔下端（Ｄ）點，完成另一側溝槽（ＣＤ）切割。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：寇淑清，楊慎華，趙勇，金文明，張弛，鄧春萍，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：82[中國|長春]