大型往復(fù)壓縮機6M80（50）機身曲軸加工

呂愛敏，孫 巖，李艷玲

（沈陽鼓風機集團有限公司，遼寧沈陽110869）

大型往復(fù)壓縮機6M80（50）機身曲軸加工

呂愛敏，孫 巖，李艷玲

（沈陽鼓風機集團有限公司，遼寧沈陽110869）

現(xiàn)代往復(fù)壓縮機的以大容量、高壓力、結(jié)構(gòu)緊湊、低能耗、低噪聲、高效率的方向發(fā)展，大型往復(fù)壓縮機更是壓縮機行業(yè)重點發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，也是大型石化項目的關(guān)鍵設(shè)備。為了滿足市場大處理量流程的需要，大型往復(fù)壓縮機的開發(fā)勢在必行。6M80-650.46/7-81.68/6-26-BX型聯(lián)合氣壓縮機正是在這樣的背景下研制的，本文介紹了大型往復(fù)壓縮機6M80（50）基礎(chǔ)件機身、曲軸的結(jié)構(gòu)特點及切削加工特點，分析了機身、曲軸加工的工藝方案。

機身；曲軸；工藝方案；工藝路線；定位基準

1 引言

近年來我國大煉油、煤化工和化肥行業(yè)的飛速發(fā)展，對壓縮機設(shè)備的大型化、低耗能、高效率的要求越來越高，為了滿足市場大處理量流程的需要，6M80-650.46/7-81.68/6-26-BX型聯(lián)合氣壓縮機正是在這樣的背景下研制的。該機是在2D80和4M80基礎(chǔ)上開發(fā)的新系列產(chǎn)品，為6列4級雙作用水冷往復(fù)活塞式對稱平衡型結(jié)構(gòu)壓縮機，首次自行設(shè)計、制造。工藝研制的關(guān)鍵是基礎(chǔ)件的加工，重點是機身、曲軸的加工，其外形尺寸超大超重給生產(chǎn)加工帶來了很大的難度。

2 機身加工

2.1 機身的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求分析

機身如圖1所示，屬于箱體零件，由它將軸承、曲軸等零部件組裝在一起，并確保這些零部件之間的相互位置關(guān)系，6M80機身是M型臥式對動式，由3個2列機身組合而成（注油側(cè)機身、中間機身、驅(qū)動側(cè)機身）。每2個機身以4-Φ25H7銷定位用螺栓聯(lián)接在一起，它由我公司裝配車間組裝好并定位以保證主軸承的同軸度要求。

機身是壓縮機的基礎(chǔ)，是傳動機構(gòu)的定位與導(dǎo)向部分并承受作用力，機身的加工質(zhì)量，直接影響機器的精度、工作性能和使用壽命。要求機身在剛度上要有足夠的保證，否則它的變形將導(dǎo)致所有摩擦副之間的偏磨和損壞。

圖1 機身

外形尺寸（長×寬×高）：

3314 mm×1875 mm×1530 mm（注油側(cè)、驅(qū)動側(cè)）

3314 mm×2000 mm×1530 mm（中間機身）

重量：20477 kg

軸承孔直徑Φ400H6，滑道孔直徑Φ540H7，機身二軸承孔同軸度Φ0.02，軸承孔的圓柱度Φ0.018，兩滑道間平行度0.048，與軸承孔垂直度0.05，軸承孔粗糙度Ra0.8，滑道孔粗糙度Ra0.4。

材料：HT250，因鑄鐵具有良好的耐磨性、切削性、吸振性及經(jīng)濟性等優(yōu)點。

軸承孔和滑道孔的尺寸精度，直接影響軸承與機身、十字頭與機身的配合質(zhì)量，軸承孔的圓度誤差將會引起軸承外圓變形，影響曲軸的回轉(zhuǎn)精度，二軸承孔的同軸度誤差，直接影響軸承的壽命和曲軸的回轉(zhuǎn)精度。底面是裝配基準和加工中的定位基準，直接影響精加工時的定位精度和總裝時的相互位置精度。

2.2 機身工藝路線分析

機身屬于單件小批生產(chǎn)，毛坯質(zhì)量不高，注意外形要求進行劃線，加工時按劃線找正，加工時應(yīng)遵循如下原則：

先面后孔原則：所謂面是指機身的底平面；孔是指軸承孔、十字頭滑道孔。相比之下，孔的加工要比平面難，所以，先以孔為粗基準加工平面，再以平面為精基準加工其它部位。這樣不僅保證孔的加工余量均勻，又為孔和其它加工部位提供穩(wěn)定、可靠的基準。

粗、精分開的原則：M型機身類似開口的箱體，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性差，所以，將粗、精加工分開，可以使粗加工夾緊力產(chǎn)生的彈性變形得到恢復(fù)、切削產(chǎn)生的熱得充分冷卻。粗加工后進行一次振動時效處理，可消除切削應(yīng)力、切削熱產(chǎn)生的變形。對于加工質(zhì)量要求較高的加工表面，將粗、精加工分開，可以合理使用設(shè)備，便于安排熱處理工序，便于及時發(fā)現(xiàn)工件缺陷。

先主后次的原則：所謂主是指一些重要的加工表面，如：機身的底平面、對接平面、軸承孔、十字頭滑道孔等。作為安裝基面的底面其加工精度和表面光潔度要求較高，次是指次要的加工表面，如：方窗法蘭面、光孔、螺孔、溝槽等加工部位。而這些表面一般都與主要表面有一定的相對位置要求，應(yīng)以主要表面作為基準進行加工。一般次要表面的加工隨著主要表面的加工順序插入其中。

2.3 機身工藝方案分析

機身加工重點是保證兩軸承孔同軸，聯(lián)結(jié)面與軸承孔的垂直，滑道與軸承孔的垂直，兩滑道的平行，滑道與端面的垂直及軸承孔和滑道孔尺寸公差。

重點和關(guān)鍵工序分析：

（1）機身粗加工在數(shù)控龍門鏜銑床MPB-3000進行，加工上下平面及瓦口平面，確保良好的粗加工基準。

（2）機身進行2次時效處理，鑄造后一次，粗加工后一次，以消除鑄造內(nèi)應(yīng)力和加工應(yīng)力，防止變形，然后再精加工。為了防止產(chǎn)生加工變形，嚴格控制各部加工尺寸。

（3）在MPB-3000數(shù)控龍門鏜銑床上精鏜底平面作為精加工基準。

（4）機身主要部位加工在MPB-3000數(shù)控龍門鏜銑床上進行并且保證兩軸承孔、滑道孔、對接面的加工一次裝夾完成。次要部位在PAMA上完成。

（5）機身對接面、U型面、滑道法蘭面連接孔均在MPB-3000數(shù)控鏜銑床上進行，頂面孔、油孔在Z3080上進行，精加工后機身加工不再翻轉(zhuǎn)，以防止變形及磕碰。

3 曲軸加工

3.1 曲軸的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)條件分析

曲軸如圖2所示，在壓縮機中是重要的運動件，它接受原動機以扭矩形式輸入的動力，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)作用力壓縮氣體而做功，它周期性地承受氣體壓力和慣性力，因而產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，兼有旋轉(zhuǎn)摩擦，所以它的強度、剛度、耐磨性上要求很高。

圖2 曲軸

6M80（50）曲軸其結(jié)構(gòu)為6拐實心，主軸直徑Φ360 mm；拐徑Φ360 mm；粗糙度Ra0.4；主軸徑同軸度Φ0.02，曲柄銷軸線與主軸軸線平行度為0.02；長度5892 mm；拐矩180±0.2 mm；凈重8600 kg，有較高的機械性能要求，并要求超聲波探傷和磁粉探傷。

曲軸加工屬于單件小批生產(chǎn)，由鍛鋼制成，材料：35CrMo，屬于合金結(jié)構(gòu)鋼，鍛后正火處理，熱鍛后材料的金屬組織致密，從而獲得較高的抗拉、抗彎和抗扭的強度，調(diào)質(zhì)后具有較高的綜合機械性能，以滿足使用要求。

3.2 曲軸工藝路線分析

（1）根據(jù)曲軸主要加工表面的精度和粗糙度要求，曲軸加工基本上可劃分為3個階段：

粗加工階段（粗車主軸徑、拐徑、粗鏜拐臂），半精加工階段（半精車主軸徑），精加工階段（精車主軸徑、粗精鏜拐臂、精車拐徑、磨主軸徑、拐徑），粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理。

（2）曲軸加工定位基準選擇：主軸徑的粗加工基準為外圓和頂尖孔，精加工基準為兩端的頂尖孔，拐徑的粗、加工基準均為兩端主軸徑外圓。

頂尖孔要承受曲軸的重量和切削力的作用，常易磨損，尤其在粗加工過程中，并且曲軸在熱處理時，頂尖也會變形，為了防止由于頂尖孔的質(zhì)量而引起的誤差，在粗加工工序及熱處理之后及磨削之前，分別插入修整頂尖工序，頂尖孔的修整一般采用研磨的方法。

（3）曲軸加工原則：曲軸拐數(shù)越多軸越長、形狀越復(fù)雜、剛性越差、越容易變形、加工難度越大。所以，加工重點應(yīng)放在增加支承，減少變形上。曲軸的加工質(zhì)量將直接影響到整機的工作質(zhì)量和壽命，嚴重時會造成斷裂事故。所以，在加工時要保證各軸、拐徑的圓柱度誤差，以免與軸瓦因配合間隙不均勻而破壞油膜，使磨損加劇、油溫升高、甚致“咬死”。同時，也要保證各拐徑與軸徑公共軸心線的平行度，以保證連桿、活塞的運動方向與缸體中心線一致，減少活塞在氣缸中的“偏磨”。

3.3 曲軸工藝方案分析

曲軸在機器中作旋轉(zhuǎn)運動并傳遞動力，其加工質(zhì)量的好壞，直接影響壓縮機運行的平穩(wěn)性、可靠性。由于此曲軸是目前為止最長最重的，其尺寸精度、位置精度、表面粗糙度要求較高，又要具備良好的機械性能，所以加工難度很大，尤其是位置精度和表面粗糙度不易保證。

加工重點是保證各段主軸徑的同軸，拐徑相對于主軸徑的平行，法蘭面與主軸徑的垂直，軸徑、拐徑尺寸公差。

重點和關(guān)鍵工序分析：

（1）毛坯重（鍛件重25210 kg，試料重400 kg）小頭端夾頭150 mm，法蘭端夾頭及試料550 mm，粗車、半精車主軸徑、粗車拐徑都安排在C681（10M車床）上，粗車主軸徑時單邊留量15 mm，半精車主軸徑時單邊留量10 mm，此機床加工最大直徑Φ2000 mm，加工最大長度10000 mm，允許工件最大重量55 t。加工主軸徑機床沒有問題。粗車拐徑時單邊留量10 mm，需要用曲軸夾具，以現(xiàn)有的4M80（50）曲軸夾具已不能滿足加工要求，強度及配重都已達到極限，必須重新設(shè)計曲軸夾具及計算配重。

增加一次復(fù)檢，在受力較大的曲拐處取試樣，檢查金相組織，以確保曲軸具有良好的組織結(jié)構(gòu)。

（2）粗加工后進行超聲波探傷，防止裂紋和內(nèi)部缺陷。

（3）粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理，保證曲軸具有較好的機械性能。

（4）調(diào)質(zhì)后，曲軸產(chǎn)生彎曲變形，故以外圓為基準重打頂尖孔，提高精度，使加工余量均勻。

（5）精車主軸徑在C61160/1進行（加工最大直徑Φ1600 mm，加工最大長度6000 mm，允許工件最大重量20 t），用滾輪式中心架支撐，留1.8～2.0磨削量，調(diào)質(zhì)處理后法蘭端300 mm長試料已切掉，總長度為6192 mm（曲軸長+前后夾頭），重量大約為10.6 t。

（6）拐徑安排在重型臥式車床C61160D（8M車床）上，留1.8～2.0磨量。C61160D加工最大直徑Φ1600 mm，加工最大長度8000 mm，允許工件最大重量25 t。以在C61160D上精車主軸徑?jīng)]有問題。精車完主軸徑后刨拐臂上下平面、兩側(cè)面，然后半精車、精車拐徑。4M80（50）曲軸夾具總長1215 mm（頭部680 mm；尾部535 mm），曲軸長度可含在前后彎板中500 mm，車拐徑時，曲軸夾具和曲軸的總長度為6907 mm。此時拐徑、拐臂平面有10 mm余量，前后夾頭各長100 mm、200 mm，曲軸重量大約為10 t，曲軸夾具重量大約為5 t，配重大約為5 t，總重量將近20 t，沒有超出機床允許承重，故在C61160D上精車拐徑工藝方案可行。但曲軸夾具強度及配重已不能滿足要求，須改進曲軸夾具及重新配重。

（7）主軸徑、拐徑粗糙度Ra0.4，需要上磨床磨削，我公司的大型曲軸磨床M82-125最大工作長度8000 mm，最大工作回轉(zhuǎn)直徑1350 mm，最大承重10 t，能磨主軸徑，而磨拐徑時曲軸加前后夾頭和拐徑處余量重約9.6 t，再加配重就超出機床極限，故以我廠現(xiàn)有設(shè)備無法實現(xiàn)磨削，只能外協(xié)加工。

（8）曲軸精磨后對主軸徑、拐徑拋光求得更高的表面質(zhì)量。

（9）磨削后主軸徑、拐徑進行磁粉探傷檢查，檢查表面質(zhì)量。

4 結(jié)語

大型往復(fù)壓縮機的研制帶動了企業(yè)主要產(chǎn)品系列的拓展改進，可靠性進一步提高，在制造技術(shù)上取得了重大突破，該機組的研制成功也將為社會創(chuàng)造更大的價值，為企業(yè)創(chuàng)造更多的利潤，完全可以替代進口，對推動民族工業(yè)的發(fā)展及重大關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化有著深遠的意義。

［1］熊萬武.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1991.

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［3］陳永江.容積式壓縮機原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.西安：西安交通大學(xué)，1985.

［4］談榮生.金屬工藝學(xué)［M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1981.

［5］趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)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

呂愛敏，女，高級工程師，現(xiàn)在沈陽鼓風機集團有限公司往復(fù)技術(shù)部工作，從事往復(fù)機工藝設(shè)計。

2014-06-09