การตีเหล็กร้อนสำหรับอุตสาหกรรมลม: อธิบายส่วนประกอบกระปุกเกียร์แบบเจาะลึก

กล่องเกียร์กังหันลมนอกชายฝั่งขนาด 10 เมกะวัตต์ส่งแรงบิดได้มากพอที่จะเคลื่อนย้ายหัวรถจักรขนส่งสินค้าได้ แต่ต้องติดตั้งไว้ภายในห้องโดยสารของกังหันลมที่ความสูงเหนือพื้นดินร้อยเมตร ดาวเคราะห์พาหะ ดาวเคราะห์เกียร์ ซันเกียร์ และวงแหวนเกียร์ภายในกระปุกเกียร์นั้นผลิตขึ้นโดยการตีเหล็กร้อน หากการตีขึ้นรูปอย่างใดอย่างหนึ่งมีข้อบกพร่องภายใน ผลลัพธ์ที่ได้จะไม่ใช่การเปลี่ยนชิ้นส่วนอย่างง่าย นั่นหมายถึงเรือเครน การถอดระบบขับเคลื่อน และการสูญเสียการผลิตพลังงานหลายสัปดาห์ นั่นคือเหตุผลที่การตีเหล็กร้อนสำหรับอุตสาหกรรมลมถือเป็นขั้นตอนที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัย มากกว่างานขึ้นรูปโลหะตามปกติ

ทำไมต้องตีร้อนสำหรับส่วนประกอบลม

การตีร้อนเป็นวิธีที่นิยมใช้สำหรับชิ้นส่วนระบบส่งกำลังของกระปุกเกียร์ลม เนื่องจากจะทำให้มีการไหลของเกรนอย่างต่อเนื่องและปิดช่องว่างภายในซึ่งการหล่อไม่สามารถกำจัดได้อย่างน่าเชื่อถือ

เมื่อเหล็กแข็งตัวในแม่พิมพ์ จะทำให้เกิดโพรงการหดตัว ความพรุนของก๊าซ และการแยกส่วนในท้องถิ่น การตีขึ้นรูปร้อนจะบีบอัดเหล็กแท่งยาวที่อุณหภูมิระหว่าง 1,150 ถึง 1,250 องศาเซลเซียส ทำลายจุดบกพร่องเหล่านั้นและปรับปรุงโครงสร้างของเกรน ผลลัพธ์ที่ได้คือความหนาแน่นที่สูงขึ้น ความต้านทานต่อความล้าที่ดีขึ้น และคุณสมบัติทางกลที่สม่ำเสมอทั่วทั้งส่วนประกอบมากขึ้น ระบบขับเคลื่อนของกังหันลมจะประสบกับวงจรความเค้นที่สมบูรณ์ในทุก ๆ การหมุนของโรเตอร์ ดังนั้นความต้านทานต่อความเมื่อยล้าจะกำหนดอายุการใช้งานมากกว่าความแรงคงที่ การทดสอบกับเหล็กกล้า 42CrMo4 แสดงให้เห็นว่าวัสดุหลอมสามารถให้ขีดจำกัดความล้าได้สูงกว่าเกรดเดียวกันในรูปแบบการหล่อประมาณ 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ อัตรากำไรขั้นต้นนั้นมักจะแยกระบบขับเคลื่อน 20 ปีออกจากความล้มเหลวในวัยกลางคนก่อนวัยอันควร

แผนภูมิเรดาร์ด้านบนเปรียบเทียบการทุบขึ้นรูปร้อนและการหล่อโดยใช้เกณฑ์หกประการที่สำคัญสำหรับชิ้นส่วนระบบขับเคลื่อนด้วยลม เหล็กหลอมมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในด้านความต้านทานความล้าและโครงสร้างเกรน เนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนรูปจะจัดแนวการไหลของโลหะให้สอดคล้องกับเส้นทางการรับน้ำหนัก ความสมบูรณ์ภายในยังดีกว่าในการตีขึ้นรูป เนื่องจากขั้นตอนการเชื่อมอัดจะปิดรูพรุนของการหดตัวที่ยังคงอยู่ในส่วนหล่อ คะแนนการหล่อสูงกว่าในด้านประสิทธิภาพด้านต้นทุนและระยะเวลารอคอยสินค้า ซึ่งเป็นสาเหตุที่ว่าทำไมตัวเรือนกระปุกเกียร์ขนาดใหญ่และฝาครอบที่ไม่โหลดจึงยังคงผลิตเป็นการหล่อ อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบที่รับแรงบิดและแรงดัดงอจะถูกระบุว่าเป็นการตีขึ้นรูปเสมอ หากคุณจัดอันดับเกณฑ์เหล่านี้ตามผลกระทบต่อความพร้อมของกังหัน เส้นทางปลอมแปลงจะชนะสำหรับชิ้นส่วนระบบส่งกำลัง

ส่วนประกอบปลอมแปลงภายในกล่องเกียร์ลม

กล่องเกียร์ลมส่วนใหญ่ใช้การออกแบบดาวเคราะห์เพื่อเพิ่มความเร็วของโรเตอร์จากประมาณ 10 รอบต่อนาทีเป็น 1,000 รอบต่อนาทีที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องการ ชิ้นส่วนปลอมแปลงจะกระจุกตัวอยู่ในระยะดาวเคราะห์ซึ่งมีแรงบิดสูงสุด

ผู้ให้บริการดาวเคราะห์

ผู้ให้บริการดาวเคราะห์เป็นแกนโครงสร้างของแต่ละระยะของดาวเคราะห์ โดยยึดเพลาเฟืองดาวเคราะห์สามถึงหกตัวในตำแหน่งรัศมีที่แม่นยำ ขณะเดียวกันก็ส่งแรงบิดกังหันเต็มกำลัง ในกระปุกเกียร์ขนาด 5 ถึง 10 เมกะวัตต์ โดยทั่วไปแล้วผู้ให้บริการดาวเคราะห์ปลอมแปลงจะมีน้ำหนักระหว่าง 1,200 ถึง 2,800 กิโลกรัม กระบวนการตีจะต้องสร้างการไหลของเกรนที่สม่ำเสมอรอบๆ รูพิน เนื่องจากพื้นที่เหล่านั้นมีความเครียดแบบวนสูงสุด โครงเหล็กปลอมแปลงชิ้นเดียวช่วยหลีกเลี่ยงตะเข็บเชื่อมที่อาจกลายเป็นจุดเริ่มต้นของความล้า

ผู้ให้บริการดาวเคราะห์ปลอมแปลงสำหรับกระปุกเกียร์กังหันลมขนาด 3-10 เมกะวัตต์ โครงเหล็กปลอมแปลงชิ้นเดียวนี้เหมาะกับระยะกระปุกเกียร์ขนาด 5-10 เมกะวัตต์ โดยมีเกรนที่สม่ำเสมอรอบๆ พินรูเพื่อจัดการกับความเค้นแบบวนสูง สำรวจระบบขับเคลื่อนกังหันความจุสูงที่เชื่อถือได้ ดูผลิตภัณฑ์ →

แพลนเน็ตเกียร์และซันเกียร์

เฟืองดาวเคราะห์จะประกบกันกับเฟืองดวงอาทิตย์และเฟืองวงแหวนในเวลาเดียวกัน ซึ่งจะแยกโหลดที่ส่งผ่านหน้าสัมผัสฟันหลาย ๆ อัน ในกังหันขนาด 5 ถึง 10 เมกะวัตต์ เฟืองดาวเคราะห์ขั้นแรกจะมีแรงบิดสูงสุดที่ความเร็วต่ำสุด ซันเกียร์หมุนเร็วขึ้นและต้องใช้เหล็กชุบแข็งเพื่อต้านทานการสึกหรอบริเวณด้านข้างของฟัน โดยปกติส่วนประกอบทั้งสองจะถูกหลอมจาก 18CrNiMo7-6 หรือเกรดคาร์บูไรซิ่งที่เทียบเท่ากัน แผ่นเปล่าปลอมแปลงนั้นผ่านการกลึงหยาบ ตัดเฟือง ชุบแข็งกล่อง และกราวด์จนถึงโปรไฟล์สุดท้าย

การตีขึ้นรูปเฟืองดาวเคราะห์แบบแข็งตัวสำหรับกระปุกเกียร์ขนาด 5-10 MW เกียร์ดาวเคราะห์ระยะแรกมีแรงบิดสูงสุดที่ความเร็วต่ำ ดังนั้นฟันปลอม 18CrNiMo7-6 ที่มีพื้นผิวคาร์บูไรซ์จึงเป็นสิ่งจำเป็น ผลิตภัณฑ์นี้ครอบคลุมดาวเคราะห์ทั้งสามระยะ ดูผลิตภัณฑ์ →

ริงเกียร์

วงแหวนเฟืองเป็นวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่พร้อมฟันภายใน สามารถผลิตได้ทั้งแบบแหวนตีขึ้นรูปชิ้นเดียวหรือแบบเชื่อมแบบแบ่งส่วน แต่การตีขึ้นรูปแบบชิ้นเดียวจะกระจายโหลดได้ดีกว่าเนื่องจากไม่มีรอยเชื่อมข้ามโซนความเค้น การกลิ้งวงแหวนบนโรงสีวงแหวนแนวตั้งจะสร้างการวางแนวของเกรนตามทิศทางของรากฟัน ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการโค้งงอเมื่อยล้า วงแหวนเกียร์ว่างของกระปุกเกียร์ขนาด 5 ถึง 10 MW สามารถมีน้ำหนักได้ตั้งแต่ 1,800 ถึง 3,500 กก. ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมของกระปุกเกียร์

การตีขึ้นรูปแหวนเกียร์ชิ้นเดียวสำหรับกังหันลมขนาด 5-10 เมกะวัตต์ เฟืองวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่รองรับน้ำหนักได้ถึง 3,500 กก. ได้รับประโยชน์จากการวางแนวเกรนของวงแหวนและไม่มีตะเข็บเชื่อม ผลิตภัณฑ์ นี้ รองรับการส่งกำลังสูงด้วยฟันภายในที่มีการกราวด์อย่างแม่นยำ ดูผลิตภัณฑ์ →

แผนภูมิแท่งแนวนอนด้านบนแสดงน้ำหนักเปล่าปลอมแปลงทั่วไปสำหรับส่วนประกอบหลักที่หมุนอยู่ในกระปุกเกียร์ลมขนาด 5 ถึง 10 เมกะวัตต์ เฟืองวงแหวนเป็นชิ้นงานที่หนักที่สุดในชุด โดยมักจะมีน้ำหนักเกิน 3,500 กก. ก่อนการอบชุบด้วยความร้อนและการตัดเฉือนหยาบ พาหะดาวเคราะห์เป็นกลุ่มที่หนักเป็นอันดับสองเนื่องจากเป็นจานจานเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่มีรูพินหลายอัน เพลาเกียร์จะอยู่ในช่วงกลาง ในขณะที่เกียร์ดาวเคราะห์และดวงอาทิตย์มีน้ำหนักเบากว่าแต่ยังคงต้องการเหล็กกล้าโลหะผสมสูงและลดการตีขึ้นรูปอย่างระมัดระวัง น้ำหนักเหล่านี้จะกำหนดความจุของค้อนหรือแรงกด ขนาดของเตาให้ความร้อน และกรอบการตัดเฉือนที่ต้องการ ซัพพลายเออร์ที่มีกำลังการผลิตค้อน 15 ตันและโรงรีดวงแหวนยาว 1.5 เมตรสามารถครอบคลุมผลิตภัณฑ์ทั้งหมดได้โดยไม่ต้องแยกคำสั่งซื้อจากผู้จำหน่ายหลายราย

กระบวนการตีขึ้นรูปร้อนจาก Billet ไปจนถึง Blank

การแปลงเหล็กแท่งเล็กให้กลายเป็นกล่องเกียร์ลมที่ผ่านการรับรองแล้ว การปลอมแปลงเป็นไปตามลำดับการควบคุมที่รวมการเสียรูป การบำบัดความร้อน และการตรวจสอบ

1. การตรวจสอบบิลเล็ต การทดสอบอัลตราโซนิกจะดำเนินการกับบิลเล็ตที่เข้ามาเพื่อยืนยันความสมบูรณ์ภายในก่อนที่งานใดๆ จะเริ่มต้นขึ้น
2. เครื่องทำความร้อน บิลเล็ตจะถูกอุ่นอย่างช้าๆ จากนั้นนำไปแช่ที่อุณหภูมิ 1150 ถึง 1250 องศาเซลเซียสในเตาเผาที่ใช้แก๊ส
3. อารมณ์เสีย การบีบอัดตามแนวแกนทำให้โครงสร้างการหล่อแตกตัวและทำให้เกรนละเอียดขึ้น
4. การขึ้นรูปล่วงหน้า การวาดออกและการบล็อกจะสร้างเรขาคณิตระดับกลางใกล้กับช่องว่างสุดท้าย
5. การตีขึ้นรูปขั้นสุดท้าย การสร้างรูปร่างแบบแม่พิมพ์ปิดหรือแบบเปิดจะสร้างรูปร่างภายนอกและความหนาวิกฤต
6. แหวนกลิ้ง. สำหรับเฟืองวงแหวนและชิ้นส่วนวงแหวนอื่นๆ โรงรีดวงแหวนแนวตั้งจะขยายผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางและหน้าตัดที่ต้องการ
7. ควบคุมความเย็นได้ การระบายความร้อนที่ช้าและสม่ำเสมอช่วยป้องกันการหลุดล่อนและความเครียดที่ตกค้าง
8. การตัดเฉือนหยาบและการตรวจสอบซ้ำ ชิ้นงานจะถูกหมุนอย่างหยาบเพื่อขจัดคราบตะกรันและข้อบกพร่องที่พื้นผิว ตามด้วยการผ่านอัลตราโซนิกอีกครั้ง

แผนภูมิเส้นด้านบนแสดงให้เห็นว่ากำลังการผลิตจัดอันดับของกังหันลมนอกชายฝั่งเพิ่มขึ้นจาก 4 เมกะวัตต์ในปี 2559 เป็น 12 เมกะวัตต์ในปี 2569 ได้อย่างไร ทุกๆ ขั้นที่เพิ่มขึ้นในการจัดอันดับกังหันจะบังคับให้กระปุกเกียร์ส่งแรงบิดมากขึ้นผ่านขอบเขตทางกายภาพเดียวกัน แรงบิดที่มากขึ้นหมายถึงพาหะดาวเคราะห์ที่ใหญ่ขึ้น เฟืองวงแหวนที่ใหญ่ขึ้น และช่องว่างปลอมแปลงที่หนักขึ้น ซัพพลายเออร์งานตีโลหะจึงต้องลงทุนในค้อนขนาดใหญ่ โรงสีวงแหวนขนาดใหญ่ และเตาบำบัดความร้อนที่ลึกขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามแนวโน้มนี้ ผู้ซื้อที่วางแผนแพลตฟอร์มขนาด 12 เมกะวัตต์ควรตรวจสอบว่าพันธมิตรการปลอมแปลงของตนสามารถรองรับช่องว่างที่มีน้ำหนักเกิน 4,000 กิโลกรัมได้ การตรวจสอบความจุนี้มีความสำคัญมากกว่าราคาเมื่อการออกแบบระบบขับเคลื่อนขึ้นอยู่กับมัน

การเลือกวัสดุสำหรับการตีขึ้นรูประดับลม

เกรดเหล็กที่ใช้ในการตีขึ้นรูปกระปุกเกียร์ลมเป็นของสองตระกูล: เหล็กกล้าโลหะผสมที่ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวสำหรับตัวรองรับและเพลา และเหล็กชุบแข็งตัวเรือนสำหรับฟันเฟืองที่ต้องการพื้นผิวที่แข็งและทนทานต่อการสึกหรอ

42CrMo4 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับตัวพาดาวเคราะห์และเพลาเกียร์ เนื่องจากมีการผสมผสานความแข็งแกร่งที่ดีเข้ากับการชุบแข็งทะลุผ่านที่มั่นคง การออกแบบความล้าของพื้นที่กระเป๋าพาหะเป็นปัจจัยจำกัด ดังนั้นอัตราส่วนการลดการตีขึ้นรูปจะต้องสูงพอที่จะปรับแต่งโครงสร้างแกนกลางได้ 34CrNiMo6 มีความแข็งแรงสูงกว่าสำหรับเฟืองวงแหวนหนักและเพลาขนาดใหญ่ 18CrNiMo7-6 ได้รับการระบุไว้สำหรับเกียร์ดาวเคราะห์และดวงอาทิตย์ที่ต้องต้านทานความล้าจากการสัมผัสหลังจากการเติมคาร์บอน

แผนภูมิคอลัมน์ด้านบนเปรียบเทียบกำลังรับผลผลิตขั้นต่ำของเกรดทั้งสามในสภาพหลอมและหล่อ เวอร์ชันปลอมแปลงมีข้อได้เปรียบที่สม่ำเสมอประมาณ 230 ถึง 300 MPa เหนือวัสดุหล่อที่มีเคมีเดียวกัน ความแตกต่างดังกล่าวมีความสำคัญในการออกแบบกระปุกเกียร์ เนื่องจากความแข็งแรงของครากจะกำหนดขีดจำกัดสำหรับแรงเค้นดัดงอที่รากฟันและที่รูสลักของตัวพา ความแข็งแรงของผลผลิตที่สูงขึ้นจะทำให้ชุดเกียร์มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นหรือมีความปลอดภัยที่สูงขึ้นในขนาดเดียวกัน การผลิตแบบหล่อจะต้องใช้ส่วนที่หนักกว่าเพื่อให้ได้ความสามารถในการรับน้ำหนักที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งจะเพิ่มมวลกระปุกเกียร์และทำให้โครงสร้างของส่วนท้ายรถซับซ้อนขึ้น นี่คือเหตุผลที่การตรวจสอบการออกแบบกระปุกเกียร์ลมมักจะระบุช่องว่างปลอมแปลงสำหรับทุกชิ้นส่วนในเส้นทางแรงบิด

การอบชุบด้วยความร้อนและเส้นทางสู่คุณสมบัติขั้นสุดท้าย

การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนจะทำให้เกิดช่องว่าง แต่การอบชุบด้วยความร้อนจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกลขั้นสุดท้าย การตีขึ้นรูปกล่องเกียร์ลมมักจะผ่านการทำให้เป็นมาตรฐาน การดับ และการแบ่งเบาบรรเทา และในบางกรณี การแข็งตัวของพื้นผิวของสีข้างฟัน แต่ละขั้นตอนจะต้องได้รับการควบคุมเพื่อให้ความแข็งสม่ำเสมอทั่วทั้งหน้าตัดขนาดใหญ่ ส่วนเฟืองวงแหวนหนา 300 มม. ต้องใช้กระบวนการชุบแข็งซึ่งจะทำให้แกนเย็นลงเร็วพอที่จะไปถึงโครงสร้างมาร์เทนซิติกที่ต้องการโดยไม่สร้างรอยแตกร้าว การโหลดเตา การดับตัวกลาง และวงจรการอบคืนตัว ล้วนส่งผลต่อความเหนียวขั้นสุดท้ายและความเค้นตกค้าง ความรู้เกี่ยวกับการทำงานของ พื้นฐานการรักษาความร้อนด้วยโลหะ ช่วยให้ทีมจัดซื้อหารือเกี่ยวกับพารามิเตอร์เหล่านี้กับซัพพลายเออร์ และตรวจสอบว่ารอบที่วางแผนไว้ตรงกับเกรดและขนาดส่วน

วิธีการประเมินซัพพลายเออร์การตีขึ้นรูปร้อนสำหรับการใช้งานด้านลม

คู่หูการตีขึ้นรูปร้อนที่มีความสามารถสำหรับส่วนประกอบลมจะต้องแสดงให้เห็นมากกว่าความสามารถในการตีเหล็กแท่งยาว การประเมินควรครอบคลุมห่วงโซ่กระบวนการทั้งหมดและระบบควบคุมโดยรอบ

• ความสามารถในการตีขึ้นรูป ตรวจสอบน้ำหนักของค้อนหรือแท่นอัด ความสามารถในการรีดของวงแหวน และน้ำหนักเหล็กแท่งสูงสุดที่สามารถให้ความร้อนและหลอมได้
• การรักษาความร้อนภายในอาคาร การชุบแข็งและการอบคืนตัวจะต้องกระทำในเตาเผาที่มีการควบคุมซึ่งมีกราฟอุณหภูมิที่บันทึกไว้
• การทดสอบแบบไม่ทำลาย การตรวจสอบอัลตราโซนิกหลังการตีขึ้นรูปและหลังการตัดเฉือนหยาบเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับช่องว่างเกรดลม
• การตรวจสอบย้อนกลับ ทุกช่องว่างควรเชื่อมโยงกับหมายเลขความร้อน บันทึกการปลอม และรายงานการรักษาความร้อน
• ประสบการณ์กับช่องว่างลมขนาดใหญ่ ขอข้อมูลอ้างอิงในส่วนกระปุกเกียร์ 3 ถึง 10 MW

ความสำคัญของการบำบัดความร้อนภายในองค์กรมักถูกประเมินต่ำไปจนกว่าการส่งมอบจะล่าช้าโดยการจ้างจากภายนอก พูดคุยโดยตรงกับวิศวกรกระบวนการ แทนที่จะพูดคุยกับทีมขายเท่านั้น ขอกราฟความร้อนจริงและรายงานอัลตราโซนิกจากคำสั่งการตีลมครั้งก่อน ซัพพลายเออร์เช่น เอซ แมชชินเนอรี่ ครอบคลุมเส้นทางทั้งหมดตั้งแต่การทำความร้อนเหล็กแท่งไปจนถึงว่างเปล่า ซึ่งทำให้สายการสื่อสารสั้นลงและเก็บข้อมูลคุณภาพไว้ในที่เดียว การตรวจสอบความสามารถเหล่านี้ก่อนทำการสั่งซื้อเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการหลีกเลี่ยงปัญหาด้านคุณภาพในภายหลัง

การตีเหล็กร้อนสำหรับอุตสาหกรรมลมยังคงเป็นระเบียบวินัยที่เรียกร้องแต่เป็นที่เข้าใจกันดี ส่วนประกอบมีขนาดใหญ่ โหลดเป็นรอบ และต้นทุนของความล้มเหลวสูงมาก ซัพพลายเออร์ที่มีความจุค้อนเพียงพอ มีการควบคุมความร้อน และการตรวจสอบอย่างเป็นระบบสามารถส่งมอบงานตีขึ้นรูปเกรดลมที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอดอายุการใช้งานการออกแบบทั้งหมดของกังหัน