فرآیند ساخت فورجینگ گیربکس چیست؟

فرآیند تولید برای آهنگری گیربکس شش مرحله اصلی را دنبال می کند: برش و گرم کردن بیلت، آهنگری خشن، عملیات حرارتی، ماشینکاری خشن، ماشینکاری تکمیل دقیق، و بازرسی نهایی. اجزای گیربکس فورج شده معمولاً به الگوهای جریان دانه ای می رسند که از خطوط قطعه پیروی می کنند ، که به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خستگی را در مقایسه با قطعاتی که مستقیماً از ریخته گری یا میله ماشین کاری می شوند، بهبود می بخشد. این تراز دانه یکی از دلایل اصلی ترجیح آهنگری نسبت به ریخته گری برای قطعات گیربکس با بار بالا است که در کاربردهای ماشین آلات دریایی، صنعتی و بندری استفاده می شود.

هر مرحله در این فرآیند مستقیماً بر خواص مکانیکی قطعه نهایی تأثیر می‌گذارد و پرش یا عجله در هر مرحله، به‌ویژه عملیات حرارتی، می‌تواند استحکام و دوام مورد نیاز قطعه گیربکس برای تحمل گشتاور پایدار و بارگذاری چرخه‌ای در سرویس را به خطر بیندازد.

انتخاب مواد خام و تهیه بیلت

این فرآیند با انتخاب یک نوع فولاد مناسب بر اساس کاربرد گیربکس شروع می شود، معمولاً فولادهای آلیاژی مانند 42CrMo4 یا گریدهای مشابه برای استحکام و چقرمگی آنها پس از عملیات حرارتی انتخاب می شوند. شمش خام قبل از برش به طول صحیح برای آهنگری خاص با استفاده از آزمایش اولتراسونیک از نظر عیوب داخلی بررسی می شود.

بررسی های کلیدی در طول آماده سازی مواد

• تأیید ترکیب شیمیایی در برابر درجه فولاد مشخص شده
• تست اولتراسونیک برای تشخیص حفره‌های داخلی یا آخال‌ها قبل از آهنگری
• برش دقیق بیلت برای به حداقل رساندن ضایعات مواد در مرحله آهنگری

هر گونه نقص داخلی موجود در بیلت خام در این مرحله به آهنگری تمام شده منتقل می شود، بنابراین این مرحله بازرسی به عنوان یک دروازه کیفیت اجباری به جای یک بررسی اختیاری توسط اکثر تاسیسات آهنگری به دنبال شیوه های مدیریت کیفیت ISO 9001 تلقی می شود.

گرمایش و آهنگری خشن

شمش در یک کوره تا محدوده دمایی مخصوص آهنگری گرم می شود، معمولاً بین 1100 تا 1250 درجه سانتیگراد برای اجزای جعبه دنده فولاد آلیاژی، بسته به نوع فولاد مورد استفاده دقیق. در این دما، فلز به اندازه ای پلاستیکی می شود که بدون ترک خوردگی شکل می گیرد، در حالی که هنوز به اندازه کافی سرد است تا از رشد بیش از حد دانه جلوگیری شود.

روش های رایج آهنگری که برای اجزای گیربکس استفاده می شود

در طول آهنگری قالب بسته، شمش گرم شده بین قالب‌هایی که به شکل هندسی قسمت ناهموار است، فشرده می‌شود، و ساختار دانه داخلی فلز را مجبور می‌کند تا در امتداد خطوط قطعه به جای بریده شدن جریان پیدا کند، که این مبنای مکانیکی برای بهبود مقاومت در برابر خستگی است که قطعات آهنگری به آن معروف هستند.

درمان حرارتی برای استحکام و استحکام

پس از آهنگری، قطعه تحت عملیات حرارتی کنترل شده قرار می گیرد تا تعادل سختی و چقرمگی مورد نیاز حاصل شود. این معمولاً شامل نرمال سازی برای اصلاح ساختار دانه و به دنبال آن خاموش کردن و تمپر کردن برای رسیدن به خواص مکانیکی هدف مشخص شده برای کاربرد گیربکس است.

توالی عملیات حرارتی معمولی

1. عادی سازی برای کاهش تنش های داخلی از فرآیند آهنگری
2. کوئنچ در روغن یا آب برای رسیدن به سطح سختی مورد نظر
3. تعدیل برای کاهش شکنندگی و در عین حال حفظ استحکام
4. تست سختی برای تأیید این که قطعه مطابق با مشخصات است، معمولاً در محدوده 220 تا 280 HB برای آهنگری گیربکس

انجام صحیح این مرحله بسیار مهم است، زیرا خاموش کردن نامناسب می تواند باعث ایجاد ترک یا تنش پسماند بیش از حد شود، در حالی که تلطیف ناکافی قطعه را برای شرایط بارگذاری چرخه ای معمول در عملکرد گیربکس بسیار شکننده می کند.

ماشینکاری خشن و کاهش استرس

پس از عملیات حرارتی، آهنگری به سمت ماشینکاری ناهموار حرکت می کند، جایی که مواد اضافی حذف می شود تا قطعه به ابعاد نهایی خود نزدیک شود و در عین حال برای ماشینکاری نهایی باقی بماند. این مرحله اغلب شامل یک درمان کاهش تنش اضافی در صورت حذف مواد قابل توجه است، زیرا ماشینکاری خود می تواند تنش های داخلی جدیدی ایجاد کند.

گذاشتن مقدار مناسب ماشینکاری، معمولاً 3 تا 5 میلی متر در سطوح بحرانی ، تضمین می کند که هر گونه کربن زدایی از سطح ناشی از عملیات حرارتی به طور کامل در حین ماشینکاری نهایی حذف می شود و سختی طراحی شده مواد را تا سطح نهایی حفظ می کند.

ماشینکاری تکمیل دقیق

ماشینکاری تکمیل، آهنگری گیربکس را به تحمل ابعاد نهایی خود می رساند، از جمله برش دندانه های چرخ دنده در صورت لزوم، تکمیل صندلی بلبرینگ و سنگ زنی ژورنال شفت. در این مرحله معمولاً از مراکز ماشینکاری CNC برای دستیابی به تلورانس های محکمی که اجزای گیربکس برای مش بندی مناسب و تناسب بلبرینگ نیاز دارند، استفاده می شود.

ابعاد بحرانی در حین ماشین کاری بررسی می شود

• قطر سوراخ و گرد بودن برای سطوح نشیمنگاهی
• دقت پروفیل دندان دنده برای مش مناسب با اجزای جفت
• کیفیت پرداخت سطح در سطوح تماس باربر
• تمرکز کلی بین محورهای دوار

تولید کنندگان در حال تولید آهنگری گیربکس مانند مواردی که توسط Ace Process برای کاربردهای ماشین‌آلات کشتی و بندر ساخته شده است، در این مرحله به تجهیزات CNC دقیق برای حفظ تلورانس‌های مناسب برای مجموعه‌های گیربکس دریایی با بار بالا تکیه می‌کنند.

بازرسی نهایی و تست کیفیت

قبل از اینکه یک گیربکس آهنگری از کارخانه خارج شود، یک دور کامل بازرسی برای تأیید دقت ابعاد و یکپارچگی مواد داخلی انجام می شود. این معمولاً شامل بررسی ابعادی در برابر نقشه مهندسی، تأیید سختی و آزمایش غیر مخرب برای تأیید عدم وجود ترک یا حفره داخلی است.

تنها قطعاتی که هر مرحله از این توالی بازرسی را پشت سر می گذارند برای حمل و نقل آزاد می شوند، زیرا اجزای گیربکس تحت بارهای چرخه ای پایدار کار می کنند که حتی یک نقص داخلی کوچک می تواند منجر به خرابی خستگی زودرس در سرویس شود.

چرا آهنگری بهتر از ریخته گری برای اجزای گیربکس است؟

قطعات گیربکس ریخته گری را می توان سریعتر و با هزینه اولیه کمتر تولید کرد، اما معمولاً نمی توانند با استحکام خستگی یک قطعه آهنگری مناسب مطابقت داشته باشند. ریخته‌گری ساختار دانه‌های داخلی تصادفی‌تری را ایجاد می‌کند، در حالی که آهنگری جریان دانه را در امتداد مسیرهای تنشی که قطعه در حین کار تجربه می‌کند، تراز می‌کند.

برای کاربردهای گیربکس در ماشین‌های دریایی و بندری، که در آن قطعات با گشتاور معکوس ثابت و بارگذاری چرخه‌ای سنگین مواجه می‌شوند، این تفاوت در طول عمر خستگی، قطعات آهنگری را به انتخاب استاندارد برای قطعات حیاتی پیشرانه تبدیل می‌کند، حتی با هزینه‌های تولید اولیه بالاتر.