文／陈孝庆，唐甲浪，王金鹏，关朕，杨永强·宝鸡石油机械有限责任公司

连杆体作为压缩机的主要传动部件连接着曲轴与活塞，在气缸内沿着活塞缸中心平面做往复运动，承受交变载荷和冲击力，主要失效形式是磨损、断裂、腐蚀、过载、疲劳失效等，其机械性能对压缩机运转稳定性具有重要作用。连杆体零件形状较为复杂，锻造工序较多，锻造难度较大，制定合理的锻造工艺保证连杆体锻件内外部质量是本文研究的重点。

初步工艺方案

图1所示的连杆体零件形状较为复杂，大头部分为方形、中间杆部为圆锥形、小头部分为扁球形。锻件成形困难点主要在杆部和小头部分，在自由锻锤上生产，可采用胎模锻工艺。根据零件图先设计锻件图，大头锻制成方形，杆部锻成带锥度的柱形，小头部分先锻成球形，再拍扁成形。此方案工序较多，工艺较为复杂，需使用工装模具生产。

采用胎模锻造，设计锻件图时充分考虑零件固有的形状，以保证零件流线、节约材料和方便锻造为原则，设计锻件图如图2所示。

图1 连杆体零件示意图

图2 胎模锻锻件图

采用此工艺方案生产，下料重量600kg。材料规格根据产品结构来确定，连杆体最大截面在大头方形部分，要根据截面变化计算材料规格。采用圆钢锻造，圆钢由圆变扁方时，参照经验公式D=(2B+H)/3计算材料规格，式中D为原材料规格，B为扁方宽度，H为扁方厚度，从图2看出B=470mm，H=175mm。计算出材料规格D=372mm，结合公司现有圆钢规格情况，选用φ400mm圆钢锻制。

球头部分需用模具锻成球形后拍扁成形，杆部可使用锥度摔子摔成形。设计锻制球头部分的球形模具首先要计算出球形的半径。根据塑性变形体积不变原则，通过球头部分的质量，计算出球形体积为2.94×106mm3，进一步算出球形半径为140mm，并设计所需模具工装，如图3所示。

胎模锻锻造工艺流程为：加热→拔长→分料→加热→摔球头→摔杆部→球头拍扁→加热→扁方→加热→整形调直，详见表1。

试制试验

胎模锻生产过程，需先用型锤面将φ400mm圆钢拔长到φ280mm，锻后易在端面产生凹心缺陷，如图4(a)所示。如果不去除，在摔制球头过程中，坯料表面金属相比心部在模具里流动较大，表面金属会将心部凹坑包裹从而产生折叠，如图4(b)所示。

改料过程中端面出现凹心缺陷后，一定要先去除，再摔制球头，可将头部用氧气热切割成凸形，如图5所示。在分料过程中需要保证分出的料重量不能小于球头部分重量，否则会因为料不够造成球头在模膛里充填不满。

锻造球头后锻方，由于连杆体大头方块部分重量占比较大，在锻方过程中易造成杆部弯曲，给后续调直造成很大困难。在改料过程中，如果分料有误差，会造成小头和杆部占料偏小，球头所需重量不变，在摔制杆部时，杆部达不到工艺长度，容易造成锻件总长不够。

工艺方案优化

方案制定

图3 模具工装示意图

图4 试制过程缺陷产生情况

图5 去除缺陷后锻造过程

表1 胎模锻工艺过程

经初步方案的试制和试验，发现该方案拔长工序容易造成凹心缺陷，需氧气切割，杆部摔制难度大且锻造过程需更换锤面。为解决上述问题，我们提出先锻方后锻球头的工艺方案，具体流程为：加热→锻方→压痕→拔长→分料→加热→摔球头→摔杆部→球头拍扁→加热→整形调直，详见表2，并采用仿真模拟与试制试验相结合的方法，对优化方案进行验证。

仿真试验

基于DeForm软件，对连杆体整个锻造工艺过程进行了仿真模拟，过程如图6所示，从图中可以看出，该工艺方案成形效果良好。

表2 优化后胎模锻工艺过程

图6 连杆体成形过程应变分布云图

试制试验

采用该方案进行试制试验，试制过程如图7所示，锻件成形效果良好。此方案在锻方过程两端均带圆弧，可以避免端面产生凹心缺陷，省去氧气切割工序，避免材料浪费，单件锻件可减少80kg原材料。整个锻造过程不需更换锤面，生产效率有效提高，而且方块圆弧部分形状在摔制球头时更有利于球头的成形。后续锻造球头和杆部时，由于球头和杆部重量较轻不易产生弯曲等现象，杆部外圆和长度尺寸控制更灵活，总长度尺寸更容易掌控。

图7 优化方案试制过程

结论

综上所述，连杆体胎模锻造工艺，两种工艺方案均可行，但选用先锻方后锻球相比先锻球后锻方，具有以下优点：⑴减少氧气切割工序，提高生产效率，节约原材料；⑵不需更换锤面，降低劳动强度；⑶锻件尺寸更易控制。优化后方案更可行。