فورجینگ های گیربکس توربین بادی چگونه ساخته می شوند

آهنگری‌های گیربکس توربین بادی با گرم کردن یک شمش فولادی تا دمای آهنگری کنترل‌شده، سپس شکل‌دهی آن تحت نیروی فشاری بالا با استفاده از قالب باز یا قالب بسته پرس آهنگری، و سپس عملیات حرارتی برای دستیابی به استحکام و چقرمگی مورد نیاز و در نهایت ماشینکاری دقیق برای رسیدن به تحمل‌های ابعادی نهایی تولید می‌شوند. این فرآیند ساختار دانه‌ای متراکم و همسو با جهت را تولید می‌کند که برای اجزای جعبه‌دنده مانند چرخ‌دنده‌های حلقه، حامل‌های سیاره‌ای و شفت‌ها مورد نیاز است، که باید بارگذاری چرخه‌ای مداوم را در داخل یک پیشرانه توربین بادی تحمل کنند. مولفه هایی مانند فورجینگ های گیربکس توربین بادی به طور خاص برای پاسخگویی به این نیازهای مکانیکی و ابعادی در طول دهه‌های کارکرد توربین طراحی شده‌اند.

بخش‌های زیر هر مرحله از فرآیند تولید را به تفصیل شرح می‌دهند، همراه با ملاحظات مواد و کیفیت که اجزای گیربکس آهنگری را برای استفاده طولانی‌مدت از انرژی باد مناسب می‌سازد.

انتخاب مواد خام و تهیه بیلت

فرآیند تولید قبل از هر گونه شکل دهی، با انتخاب دقیق و آماده سازی بیلت فولادی شروع می شود.

انتخاب فولاد آلیاژی

فورجینگ های گیربکس توربین بادی معمولاً از فولادهای کم آلیاژ مانند 42CrMo4 یا گریدهای مشابه تولید می شوند که به دلیل ترکیبی از استحکام، مقاومت در برابر خستگی و سختی پذیری انتخاب می شوند. این ترکیبات آلیاژی به طور خاص انتخاب شده اند زیرا اجزای گیربکس تنش سیکلی پیوسته را در طول عمر عملیاتی توربین تجربه می کنند که اغلب انتظار می رود بیشتر از آن باشد. 20 سال خدمت با توجه به استانداردهای عمر طراحی صنعت بادی عمومی.

برش و بازرسی بیلت

شمش‌های فولادی از قالب‌های ریخته‌گری مداوم یا میله‌های نورد به اندازه بریده می‌شوند، سپس قبل از شروع آهنگری با استفاده از آزمایش اولتراسونیک از نظر عیوب داخلی بررسی می‌شوند. گیر کردن آخال ها یا تخلخل ها در این مرحله از انتقال عیوب به قسمت نهایی جعلی جلوگیری می کند، جایی که تشخیص آنها بسیار دشوارتر و پرهزینه تر است.

گرمایش و فرآیند آهنگری

هنگامی که بیلت از بازرسی عبور کرد، از طریق گرمایش کنترل شده و ترتیب شکل دهی طراحی شده برای دستیابی به ساختار دانه داخلی صحیح حرکت می کند.

گرمایش کوره کنترل شده

شمش در یک کوره تا دمای آهنگری معمولاً در محدوده گرم می شود 1100 تا 1250 درجه سانتیگراد برای فولادهای آلیاژی معمولی، محدوده ای که مواد را به اندازه کافی نرم نگه می دارد تا بدون ترک خوردن تغییر شکل دهد و در عین حال از رشد بیش از حد دانه که می تواند قسمت نهایی را ضعیف کند، جلوگیری می کند.

قالب باز و قالب بسته

بسته به هندسه اجزا، یا قالب باز قالبی که از قالب های مسطح یا ساده استفاده می کند تا شمش را به تدریج به شکل خشن تبدیل کند، یا قالب بسته که از قالب های منطبق برای تشکیل هندسه های دقیق تر در مراحل کمتر استفاده می شود. چرخ‌دنده‌های حلقه‌ای و حلقه‌های گیربکس با قطر بزرگ معمولاً با استفاده از نورد حلقه تولید می‌شوند، یک فرآیند آهنگری تخصصی که یک بیلت سوراخ‌شده را به شکل حلقه‌ای بدون درز با جریان دانه‌ای پیوسته و ناگسستنی در اطراف محیط آن گسترش می‌دهد.

چرا جریان دانه مهم است

آهنگری ساختار دانه های فلزی داخلی را در امتداد شکل قطعه به جای برش در آن تراز می کند، که مزیت مکانیکی کلیدی آهنگری بر جایگزین های ریخته گری یا ماشینکاری شده از میله است. این جریان پیوسته دانه به طور قابل توجهی استحکام خستگی و چقرمگی ضربه را بهبود می بخشد که هر دو ویژگی حیاتی برای اجزای گیربکس تحت بارگذاری چرخشی ثابت هستند.

درمان حرارتی برای استحکام و استحکام

پس از آهنگری، قطعه تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد تا خواص مکانیکی مورد نیاز برای شرایط سرویس گیربکس ایجاد شود.

این توالی یک روش استاندارد در تولید قطعات آهنگری است که در دستورالعمل‌های پردازش متالورژیکی عمومی به آن اشاره شده است، و پارامترهای دما و زمان دقیق معمولاً بر اساس درجه آلیاژ خاص و ضخامت اجزا تنظیم می‌شوند.

ماشینکاری خشن و کنترل ابعادی

پس از عملیات حرارتی، آهنگری از شکل نهایی قابل استفاده خود فاصله دارد و برای رسیدن به تحمل تولید به چندین مرحله ماشینکاری نیاز دارد.

1. ماشینکاری خشن مواد اضافی را حذف می کند و سطوح مرجع اساسی را ایجاد می کند
2. ماشینکاری نیمه تمام، قطعه را به ابعاد نهایی نزدیک می کند و در عین حال مواد را برای تکمیل باقی می گذارد
3. ماشینکاری نهایی به تحمل نهایی، اغلب در کسری از میلی متر در سطوح جفت گیری بحرانی دست می یابد.
4. برش چرخ دنده یا شکل دهی دندان در جایی اعمال می شود که آهنگری تبدیل به یک چرخ دنده می شود که به هندسه دقیق دندان نیاز دارد.

دقت ابعادی در این مرحله بسیار مهم است، زیرا اجزای گیربکس باید دقیقاً با قطعات جفت شونده مطابقت داشته باشند تا از توزیع ناهموار بار که می‌تواند باعث تسریع سایش یا خرابی زودرس داخل مجموعه گیربکس شود، جلوگیری شود.

تست کیفیت و بازرسی قبل از تحویل

از آنجایی که فورجینگ های گیربکس تحت فشار مکانیکی مداوم در مکانی دشوار برای دسترسی در بالای برج توربین بادی کار می کنند، بازرسی کامل قبل از تحویل ضروری است.

• تست اولتراسونیک عیوب داخلی را که ممکن است در حین آهنگری یا عملیات حرارتی ایجاد شده باشد بررسی می کند
• بازرسی ذرات مغناطیسی ترک های سطحی و نزدیک سطح را شناسایی می کند
• تست سختی تایید می کند که قطعه به اهداف خاصیت مکانیکی مشخص می رسد
• بازرسی ابعادی با استفاده از تجهیزات اندازه گیری مختصات، تحمل نهایی را در برابر نقشه های مهندسی تأیید می کند.

تولید کنندگان قطعاتی مانند فورجینگ های گیربکس توربین بادی معمولاً این مراحل بازرسی را به دقت دنبال کنید، زیرا نقصی که پس از نصب بر روی توربین کشف می‌شود، می‌تواند به دلیل دشواری دسترسی به اجزای گیربکس در ارتفاع، هزینه‌های تعمیر قابل‌توجهی بالاتری داشته باشد.

چرا آهنگری برای قطعات گیربکس بر ریخته گری ترجیح داده می شود؟

اجزای گیربکس توربین بادی از نظر تئوری می توانند از طریق ریخته گری تولید شوند، اما آهنگری به دلایل مکانیکی خاص استاندارد صنعتی برای قطعات باربر بحرانی باقی می ماند.

این مقایسه کلی منعکس کننده اصول متالورژیکی شناخته شده در مورد عملکرد اجزای آهنگری در مقابل ریختگی در شرایط بارگذاری چرخه ای است، به همین دلیل است که حلقه های گیربکس، شفت ها و حامل ها در پیشرانه های توربین بادی تقریباً به طور جهانی از طریق آهنگری به جای ریخته گری تولید می شوند.

خلاصه

ساخت آهنگری های گیربکس توربین بادی شامل یک توالی کنترل شده دقیق از آماده سازی بیلت، آهنگری در دمای بالا، عملیات حرارتی، ماشینکاری دقیق و بازرسی دقیق است. هر مرحله به ساختار دانه تراز و خواص مکانیکی کمک می کند که به این اجزا اجازه می دهد چندین دهه بارگذاری چرخه ای مداوم را در داخل یک جعبه دنده توربین تحمل کنند. به همین دلیل است که قطعات فورج شده انتخاب استانداردی نسبت به جایگزین های ریخته گری برای قطعات حیاتی پیشرانه باقی می مانند که مقاومت در برابر خستگی و قابلیت اطمینان طولانی مدت ضروری است.