金属棒料及管料（以下简称棒管料）切断分离的下料工序是装备制造业、汽车工业、轴承工业、航空航天等行业中常用机械零部件制造的第一道工序，主要工业应用领域包括螺栓、螺母等金属标准件，摩托车、自行车链条销，滚动轴承的内外圈和滚子，汽车变速箱中的轴和齿轮，液压、气动管接头等，应用量大面广。

    国内外在棒料及管料切断分离方面的传统下料工艺不同程度存在着"平而不快"（如锯切、盘铣刀切断等，耗时高达上百秒）、"快而不平(圆)"（如冲床剪切）等问题，据中商产业研究院统计，2013年我国生产钢棒及钢管达1.539亿吨，而由于切断分离断面问题造成的材料浪费高达几百万吨。为此，本项目经过27年的持续深入的研究与实践，研发出了低应力疲劳的裂纹可控式精密分离技术及装备，总体工艺流程为首先在棒管料表层预制出应力集中的环形槽，通过热应力快速萌生微裂纹，然后施加较小径向疲劳载荷使裂纹沿着径向可控扩展直至分离。本项目的主要研究成果如下：

    1. 建立了棒管料表层的环状槽的应力集中系数表达式，确定了不同材质与直径棒管料的环形槽的合理特征参数。发明了适用于棒管料批量精密的交流伺服驱动的全自动开槽装备，可实现一次送进同步铣削105个高质量的环形槽，解决了传统车削开槽时棒管料整体旋转产生的料尾甩动造成的高振动、大噪声、低精度，以及只能在棒管料表层逐一加工环形槽的低效率难题。

    2. 发明了利用热应力在棒管料环形槽尖角根部快速制备理想裂纹的新方法，揭示了热应力在该环形槽根部附近萌生微裂纹的损伤力学机理，指出热应力损伤最大点处于环形槽尖角根部的下方，阐明了热应力在棒管料内部靠近环形槽尖角附近产生了一条环形损伤带的机制。发明了热应力快速批量萌生微裂纹的技术与装备，解决了仅靠刀具切削出的环形槽根部应力集中效应小、裂纹萌生时间长、切断分离效率低的难题，有效缩短下料时间26%左右。

    3. 针对预制有环形槽并利用热应力萌生出微裂纹的棒管料的切断分离工序，提出了棒管料不旋转保持静止、而径向载荷旋转的疲劳加载的切断分离新工艺原理。通过数值模拟获得不同材质、几何参数、载荷历程、加载频率、力作用方位与次序对棒管料环形槽根部裂纹的起裂速率、起裂方向、裂纹扩展速率、扩展方向、断面质量与切断分离效率的影响规律，揭示了棒管料在切断分离的疲劳加载过程中环形槽根部裂纹的可控起裂、扩展的机理，新工艺下料力仅为传统下料力的0.3~0.5。

    4. 针对小直径棒料、小直径管料、中大直径棒料、中大直径管料四种类型，分别研发了伺服控制式的离心力变频振动、偏心旋转加载、非对称径向锻冲、气动式多缸弯曲的四套低周疲劳加载的低应力精密分离系列装备并推广应用。当棒管料直径为2~70mm，传统切断分离断面倾斜度高达4°~6°，而本发明≤0.3~0.6°，精度提高5~19倍；传统切断分离及车削平整断面工艺总耗时长达上百秒，而本发明≤7~12秒，效率提高7~13倍；传统切断分离的重量公差高达2.5%，而本发明仅为0.2~0.96%，精度提高1~11倍。

    本项目获得3项国家自然基金，1项863计划、1项国家重大专项资助；已授权国家发明专利30项，实用新型专利5项，计算机软件著作权4项；出版专著7部； SCI/EI收录论文71篇（引用262次）；培养博士生12名、硕士生16名。中国工程院胡正寰院士对该项目评价为"解决了长期困扰棒料及管料下料时的高效与精密的难题"。

    本项目研发的低应力疲劳的裂纹可控式精密分离技术及装备已推广应用到机械制造、电机电器等行业的多家企业，取得了显著的经济和社会效益。