大型往复压缩机6M80（50）机身曲轴加工

吕爱敏，孙 岩，李艳玲

（沈阳鼓风机集团有限公司，辽宁沈阳110869）

大型往复压缩机6M80（50）机身曲轴加工

吕爱敏，孙 岩，李艳玲

（沈阳鼓风机集团有限公司，辽宁沈阳110869）

现代往复压缩机的以大容量、高压力、结构紧凑、低能耗、低噪声、高效率的方向发展，大型往复压缩机更是压缩机行业重点发展的关键产品，也是大型石化项目的关键设备。为了满足市场大处理量流程的需要，大型往复压缩机的开发势在必行。6M80-650.46/7-81.68/6-26-BX型联合气压缩机正是在这样的背景下研制的，本文介绍了大型往复压缩机6M80（50）基础件机身、曲轴的结构特点及切削加工特点，分析了机身、曲轴加工的工艺方案。

机身；曲轴；工艺方案；工艺路线；定位基准

1 引言

近年来我国大炼油、煤化工和化肥行业的飞速发展，对压缩机设备的大型化、低耗能、高效率的要求越来越高，为了满足市场大处理量流程的需要，6M80-650.46/7-81.68/6-26-BX型联合气压缩机正是在这样的背景下研制的。该机是在2D80和4M80基础上开发的新系列产品，为6列4级双作用水冷往复活塞式对称平衡型结构压缩机，首次自行设计、制造。工艺研制的关键是基础件的加工，重点是机身、曲轴的加工，其外形尺寸超大超重给生产加工带来了很大的难度。

2 机身加工

2.1 机身的结构特点和技术要求分析

机身如图1所示，属于箱体零件，由它将轴承、曲轴等零部件组装在一起，并确保这些零部件之间的相互位置关系，6M80机身是M型卧式对动式，由3个2列机身组合而成（注油侧机身、中间机身、驱动侧机身）。每2个机身以4-Φ25H7销定位用螺栓联接在一起，它由我公司装配车间组装好并定位以保证主轴承的同轴度要求。

机身是压缩机的基础，是传动机构的定位与导向部分并承受作用力，机身的加工质量，直接影响机器的精度、工作性能和使用寿命。要求机身在刚度上要有足够的保证，否则它的变形将导致所有摩擦副之间的偏磨和损坏。

图1 机身

外形尺寸（长×宽×高）：

3314 mm×1875 mm×1530 mm（注油侧、驱动侧）

3314 mm×2000 mm×1530 mm（中间机身）

重量：20477 kg

轴承孔直径Φ400H6，滑道孔直径Φ540H7，机身二轴承孔同轴度Φ0.02，轴承孔的圆柱度Φ0.018，两滑道间平行度0.048，与轴承孔垂直度0.05，轴承孔粗糙度Ra0.8，滑道孔粗糙度Ra0.4。

材料：HT250，因铸铁具有良好的耐磨性、切削性、吸振性及经济性等优点。

轴承孔和滑道孔的尺寸精度，直接影响轴承与机身、十字头与机身的配合质量，轴承孔的圆度误差将会引起轴承外圆变形，影响曲轴的回转精度，二轴承孔的同轴度误差，直接影响轴承的寿命和曲轴的回转精度。底面是装配基准和加工中的定位基准，直接影响精加工时的定位精度和总装时的相互位置精度。

2.2 机身工艺路线分析

机身属于单件小批生产，毛坯质量不高，注意外形要求进行划线，加工时按划线找正，加工时应遵循如下原则：

先面后孔原则：所谓面是指机身的底平面；孔是指轴承孔、十字头滑道孔。相比之下，孔的加工要比平面难，所以，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工其它部位。这样不仅保证孔的加工余量均匀，又为孔和其它加工部位提供稳定、可靠的基准。

粗、精分开的原则：M型机身类似开口的箱体，其结构复杂、刚性差，所以，将粗、精加工分开，可以使粗加工夹紧力产生的弹性变形得到恢复、切削产生的热得充分冷却。粗加工后进行一次振动时效处理，可消除切削应力、切削热产生的变形。对于加工质量要求较高的加工表面，将粗、精加工分开，可以合理使用设备，便于安排热处理工序，便于及时发现工件缺陷。

先主后次的原则：所谓主是指一些重要的加工表面，如：机身的底平面、对接平面、轴承孔、十字头滑道孔等。作为安装基面的底面其加工精度和表面光洁度要求较高，次是指次要的加工表面，如：方窗法兰面、光孔、螺孔、沟槽等加工部位。而这些表面一般都与主要表面有一定的相对位置要求，应以主要表面作为基准进行加工。一般次要表面的加工随着主要表面的加工顺序插入其中。

2.3 机身工艺方案分析

机身加工重点是保证两轴承孔同轴，联结面与轴承孔的垂直，滑道与轴承孔的垂直，两滑道的平行，滑道与端面的垂直及轴承孔和滑道孔尺寸公差。

重点和关键工序分析：

（1）机身粗加工在数控龙门镗铣床MPB-3000进行，加工上下平面及瓦口平面，确保良好的粗加工基准。

（2）机身进行2次时效处理，铸造后一次，粗加工后一次，以消除铸造内应力和加工应力，防止变形，然后再精加工。为了防止产生加工变形，严格控制各部加工尺寸。

（3）在MPB-3000数控龙门镗铣床上精镗底平面作为精加工基准。

（4）机身主要部位加工在MPB-3000数控龙门镗铣床上进行并且保证两轴承孔、滑道孔、对接面的加工一次装夹完成。次要部位在PAMA上完成。

（5）机身对接面、U型面、滑道法兰面连接孔均在MPB-3000数控镗铣床上进行，顶面孔、油孔在Z3080上进行，精加工后机身加工不再翻转，以防止变形及磕碰。

3 曲轴加工

3.1 曲轴的结构特点及技术条件分析

曲轴如图2所示，在压缩机中是重要的运动件，它接受原动机以扭矩形式输入的动力，并把它转变为活塞的往复作用力压缩气体而做功，它周期性地承受气体压力和惯性力，因而产生交变的弯曲应力及扭转应力，兼有旋转摩擦，所以它的强度、刚度、耐磨性上要求很高。

图2 曲轴

6M80（50）曲轴其结构为6拐实心，主轴直径Φ360 mm；拐径Φ360 mm；粗糙度Ra0.4；主轴径同轴度Φ0.02，曲柄销轴线与主轴轴线平行度为0.02；长度5892 mm；拐矩180±0.2 mm；净重8600 kg，有较高的机械性能要求，并要求超声波探伤和磁粉探伤。

曲轴加工属于单件小批生产，由锻钢制成，材料：35CrMo，属于合金结构钢，锻后正火处理，热锻后材料的金属组织致密，从而获得较高的抗拉、抗弯和抗扭的强度，调质后具有较高的综合机械性能，以满足使用要求。

3.2 曲轴工艺路线分析

（1）根据曲轴主要加工表面的精度和粗糙度要求，曲轴加工基本上可划分为3个阶段：

粗加工阶段（粗车主轴径、拐径、粗镗拐臂），半精加工阶段（半精车主轴径），精加工阶段（精车主轴径、粗精镗拐臂、精车拐径、磨主轴径、拐径），粗加工后进行调质处理。

（2）曲轴加工定位基准选择：主轴径的粗加工基准为外圆和顶尖孔，精加工基准为两端的顶尖孔，拐径的粗、加工基准均为两端主轴径外圆。

顶尖孔要承受曲轴的重量和切削力的作用，常易磨损，尤其在粗加工过程中，并且曲轴在热处理时，顶尖也会变形，为了防止由于顶尖孔的质量而引起的误差，在粗加工工序及热处理之后及磨削之前，分别插入修整顶尖工序，顶尖孔的修整一般采用研磨的方法。

（3）曲轴加工原则：曲轴拐数越多轴越长、形状越复杂、刚性越差、越容易变形、加工难度越大。所以，加工重点应放在增加支承，减少变形上。曲轴的加工质量将直接影响到整机的工作质量和寿命，严重时会造成断裂事故。所以，在加工时要保证各轴、拐径的圆柱度误差，以免与轴瓦因配合间隙不均匀而破坏油膜，使磨损加剧、油温升高、甚致“咬死”。同时，也要保证各拐径与轴径公共轴心线的平行度，以保证连杆、活塞的运动方向与缸体中心线一致，减少活塞在气缸中的“偏磨”。

3.3 曲轴工艺方案分析

曲轴在机器中作旋转运动并传递动力，其加工质量的好坏，直接影响压缩机运行的平稳性、可靠性。由于此曲轴是目前为止最长最重的，其尺寸精度、位置精度、表面粗糙度要求较高，又要具备良好的机械性能，所以加工难度很大，尤其是位置精度和表面粗糙度不易保证。

加工重点是保证各段主轴径的同轴，拐径相对于主轴径的平行，法兰面与主轴径的垂直，轴径、拐径尺寸公差。

重点和关键工序分析：

（1）毛坯重（锻件重25210 kg，试料重400 kg）小头端夹头150 mm，法兰端夹头及试料550 mm，粗车、半精车主轴径、粗车拐径都安排在C681（10M车床）上，粗车主轴径时单边留量15 mm，半精车主轴径时单边留量10 mm，此机床加工最大直径Φ2000 mm，加工最大长度10000 mm，允许工件最大重量55 t。加工主轴径机床没有问题。粗车拐径时单边留量10 mm，需要用曲轴夹具，以现有的4M80（50）曲轴夹具已不能满足加工要求，强度及配重都已达到极限，必须重新设计曲轴夹具及计算配重。

增加一次复检，在受力较大的曲拐处取试样，检查金相组织，以确保曲轴具有良好的组织结构。

（2）粗加工后进行超声波探伤，防止裂纹和内部缺陷。

（3）粗加工后进行调质处理，保证曲轴具有较好的机械性能。

（4）调质后，曲轴产生弯曲变形，故以外圆为基准重打顶尖孔，提高精度，使加工余量均匀。

（5）精车主轴径在C61160/1进行（加工最大直径Φ1600 mm，加工最大长度6000 mm，允许工件最大重量20 t），用滚轮式中心架支撑，留1.8～2.0磨削量，调质处理后法兰端300 mm长试料已切掉，总长度为6192 mm（曲轴长+前后夹头），重量大约为10.6 t。

（6）拐径安排在重型卧式车床C61160D（8M车床）上，留1.8～2.0磨量。C61160D加工最大直径Φ1600 mm，加工最大长度8000 mm，允许工件最大重量25 t。以在C61160D上精车主轴径没有问题。精车完主轴径后刨拐臂上下平面、两侧面，然后半精车、精车拐径。4M80（50）曲轴夹具总长1215 mm（头部680 mm；尾部535 mm），曲轴长度可含在前后弯板中500 mm，车拐径时，曲轴夹具和曲轴的总长度为6907 mm。此时拐径、拐臂平面有10 mm余量，前后夹头各长100 mm、200 mm，曲轴重量大约为10 t，曲轴夹具重量大约为5 t，配重大约为5 t，总重量将近20 t，没有超出机床允许承重，故在C61160D上精车拐径工艺方案可行。但曲轴夹具强度及配重已不能满足要求，须改进曲轴夹具及重新配重。

（7）主轴径、拐径粗糙度Ra0.4，需要上磨床磨削，我公司的大型曲轴磨床M82-125最大工作长度8000 mm，最大工作回转直径1350 mm，最大承重10 t，能磨主轴径，而磨拐径时曲轴加前后夹头和拐径处余量重约9.6 t，再加配重就超出机床极限，故以我厂现有设备无法实现磨削，只能外协加工。

（8）曲轴精磨后对主轴径、拐径抛光求得更高的表面质量。

（9）磨削后主轴径、拐径进行磁粉探伤检查，检查表面质量。

4 结语

大型往复压缩机的研制带动了企业主要产品系列的拓展改进，可靠性进一步提高，在制造技术上取得了重大突破，该机组的研制成功也将为社会创造更大的价值，为企业创造更多的利润，完全可以替代进口，对推动民族工业的发展及重大关键设备国产化有着深远的意义。

［1］熊万武.机械加工工艺手册［M］.北京：机械工业出版社，1991.

［2］陈懋圻.机械制造工艺学［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1986.

［3］陈永江.容积式压缩机原理与结构设计［M］.西安：西安交通大学，1985.

［4］谈荣生.金属工艺学［M］.南京：江苏科学技术出版社，1981.

［5］赵如福.金属机械加工工艺人员手册［M］.上海：上海科学技术出版社，1990.

Processing of Large Type Reciprocating Compressor 6M80（50）Frame and Crankshaft

LYU Ai-min，SUN Yan，LI Yan-ling
（Shenyang Blower Works Group Corporation，Shenyang 110869，China）

The development of modern reciprocating compressor directs to large capacity，high pressure，structure compact，low energy consumption，low noise and high efficiency.Large type reciprocating compressor is more the key product with significant development in compressor industry，as well as the key equipment for large petrochemical project.In order to meet the market demand of a large amount of processing process，the development of large type reciprocating compressor is imperative.6M80-650.46/7-81.68/6-26-BX type combined gas compressor is developed under this background.This paper introduces the structure characteristics of the frame and crankshaft and the cutting processing characteristics，and analyzes the process scheme of frame and crankshaft processing.

frame；crankshaft；process scheme；process route；positioning reference

TH457

:B

1006-2971（2014）06-0042-04

吕爱敏，女，高级工程师，现在沈阳鼓风机集团有限公司往复技术部工作，从事往复机工艺设计。

2014-06-09