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गढ़ाई फोर्जिंग का तात्पर्य धातु के बिलेट पर दबाव डालकर प्लास्टिक विरूपण को बढ़ावा देने के लिए फोर्जिंग मशीनरी के उपयोग से है, जिससे विशिष्ट यांत्रिक गुण, विशिष्ट आकार और आकृति प्राप्त होती है। यह फोर्जिंग (फोर्जिंग और स्टैम्पिंग सहित) के दो प्रमुख घटकों में से एक है। फोर्जिंग के माध्यम से, धातु के पिघलने जैसी खामियों को दूर किया जा सकता है और सूक्ष्म संरचना को अनुकूलित किया जा सकता है। साथ ही, धातु की संपूर्ण सुव्यवस्थितता बरकरार रहने के कारण, फोर्जिंग के यांत्रिक गुण आमतौर पर समान सामग्री की ढलाई की तुलना में बेहतर होते हैं। संबंधित मशीनरी में, उच्च भार और कठोर कार्य परिस्थितियों वाले महत्वपूर्ण भागों के लिए, अपेक्षाकृत सरल आकार वाले भागों को छोड़कर, जिनमें रोल्ड प्लेट, प्रोफाइल या वेल्डिंग भागों का उपयोग किया जा सकता है, अधिकांशतः फोर्जिंग का उपयोग किया जाता है।
- विरूपण तापमान
इस्पात का प्रारंभिक पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान लगभग 727℃ होता है, लेकिन आमतौर पर 800℃ को सीमा रेखा माना जाता है। 800℃ से अधिक तापमान पर की जाने वाली फोर्जिंग को हॉट फोर्जिंग कहते हैं; 300 से 800℃ के बीच की फोर्जिंग को वार्म फोर्जिंग या सेमी-हॉट फोर्जिंग कहा जाता है, और कमरे के तापमान पर की जाने वाली फोर्जिंग को कोल्ड फोर्जिंग कहते हैं। अधिकांश उद्योगों में हॉट फोर्जिंग का उपयोग होता है, जबकि वार्म फोर्जिंग और कोल्ड फोर्जिंग का उपयोग मुख्य रूप से ऑटोमोबाइल, सामान्य मशीनरी और अन्य पुर्जों की फोर्जिंग के लिए किया जाता है। वार्म फोर्जिंग और कोल्ड फोर्जिंग से सामग्री की प्रभावी बचत होती है।
- फोर्ज श्रेणी
जैसा कि ऊपर बताया गया है, फोर्जिंग तापमान के आधार पर इसे हॉट फोर्जिंग, वार्म फोर्जिंग और कोल्ड फोर्जिंग में विभाजित किया जा सकता है। निर्माण प्रक्रिया के आधार पर, फोर्जिंग को फ्री फोर्जिंग, डाई फोर्जिंग, ग्राइंडिंग रिंग और स्पेशल फोर्जिंग में विभाजित किया जा सकता है।
1) फ्री फोर्जिंग
फ्री फोर्जिंग विधि में, फोर्जिंग उपकरण के ऊपरी और निचले एनविल के बीच बिलेट पर सरल सार्वभौमिक उपकरणों का उपयोग करके या सीधे बाहरी बल लगाकर, ब्लैंक को विकृत किया जाता है और फोर्जिंग की आवश्यक ज्यामिति और आंतरिक गुणवत्ता प्राप्त की जाती है। फ्री फोर्जिंग विधि से उत्पादित फोर्जिंग को फ्री फोर्जिंग कहा जाता है। फ्री फोर्जिंग मुख्य रूप से छोटे बैच में फोर्जिंग के उत्पादन पर आधारित है, जिसमें फोर्जिंग हैमर, हाइड्रोलिक प्रेस और अन्य फोर्जिंग उपकरणों का उपयोग करके बिलेट को आकार दिया जाता है और संसाधित किया जाता है, जिससे उच्च गुणवत्ता वाली फोर्जिंग प्राप्त होती है। फ्री फोर्जिंग की मूल प्रक्रिया में अपसेटिंग, लेंथनिंग, पंचिंग, कटिंग, बेंडिंग, ट्विस्टिंग, डिसलोकेशन और फोर्जिंग शामिल हैं। फ्री फोर्जिंग की सभी प्रक्रियाएं हॉट फोर्जिंग मोड में अपनाई जाती हैं।
2) मोल्ड फोर्जिंग
मोल्ड फोर्जिंग को ओपन डाई फोर्जिंग और क्लोज्ड डाई फोर्जिंग में विभाजित किया गया है। धातु के बिलेट को फोर्जिंग डाई चैम्बर में संपीड़ित और विकृत करके एक निश्चित आकार दिया जाता है, जिससे फोर्जिंग पार्ट्स प्राप्त होते हैं। डाई फोर्जिंग का उपयोग आमतौर पर कम वजन और बड़ी मात्रा में पार्ट्स के उत्पादन के लिए किया जाता है। मोल्ड फोर्जिंग को हॉट डाई फोर्जिंग, वार्म फोर्जिंग और कोल्ड फोर्जिंग में विभाजित किया जा सकता है। वार्म फोर्जिंग और कोल्ड फोर्जिंग, डाई फोर्जिंग की भविष्य की विकास दिशाएं हैं और ये फोर्जिंग तकनीक के स्तर को भी दर्शाती हैं।
सामग्री के आधार पर, डाई फोर्जिंग को लौह धातु डाई फोर्जिंग, अलौह धातु डाई फोर्जिंग और पाउडर उत्पाद निर्माण में भी विभाजित किया जा सकता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, इसमें प्रयुक्त सामग्री लौह धातुएँ होती हैं, जैसे कि... कार्बन स्टीलअलौह धातुएँ जैसे तांबा और एल्युमीनियम, और पाउडर धातुकर्म सामग्री।
एक्सट्रूज़न को डाई फोर्जिंग के अंतर्गत माना जाना चाहिए, और इसे भारी धातु एक्सट्रूज़न और हल्की धातु एक्सट्रूज़न में विभाजित किया जा सकता है।
क्लोज्ड डाई फोर्जिंग और क्लोज्ड हेडिंग फोर्जिंग, डाई फोर्जिंग की दो उन्नत प्रक्रियाएं हैं। इनमें फ्लाइंग एज न होने के कारण सामग्री की उपयोग दर अधिक होती है। जटिल फोर्जिंग को एक या कई प्रक्रियाओं में पूरा किया जा सकता है। फ्लाइंग एज न होने के कारण फोर्जिंग का तनाव क्षेत्र कम हो जाता है और आवश्यक भार भी कम हो जाता है। हालांकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि बिलेट को पूरी तरह से सीमित न किया जाए, इसलिए बिलेट के आयतन को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए, फोर्जिंग डाई की सापेक्ष स्थिति और फोर्जिंग के माप पर विशेष ध्यान देना चाहिए और फोर्जिंग डाई के घिसाव को कम करने का प्रयास करना चाहिए।
3) रिंग तक पहुंचें
रिंग मिलिंग से तात्पर्य विशेष उपकरण रिंग मिलिंग मशीन के माध्यम से विभिन्न व्यास के रिंग भागों के उत्पादन से है, जिसका उपयोग कार के पहियों और ट्रेन के पहियों जैसे पहिए के पुर्जों के उत्पादन में भी किया जाता है।
4) विशेष फोर्जिंग
विशेष फोर्जिंग में रोल फोर्जिंग, वेज ट्रांसवर्स रोलिंग, रेडियल फोर्जिंग, लिक्विड डाई फोर्जिंग और अन्य फोर्जिंग विधियाँ शामिल हैं। ये विधियाँ कुछ विशेष आकार के पुर्जों के उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त हैं। उदाहरण के लिए, रोल फोर्जिंग का उपयोग एक प्रभावी प्री-फॉर्मिंग प्रक्रिया के रूप में किया जा सकता है जिससे बाद में लगने वाले दबाव को काफी कम किया जा सकता है; वेज ट्रांसवर्स रोलिंग से स्टील बॉल और ड्राइव शाफ्ट का उत्पादन किया जा सकता है, जबकि रेडियल फोर्जिंग से बंदूक की नली और स्टेप शाफ्ट जैसे बड़े फोर्जिंग का उत्पादन किया जा सकता है।
5) फोर्जिंग मोल्ड
फोर्जिंग डाई की गति विधि के अनुसार, फोर्जिंग को स्विंग रोलिंग, स्विंग रोटरी फोर्जिंग, रोल फोर्जिंग, वेज ट्रांसवर्स रोलिंग, रोलिंग रिंग और इन्क्लाइंड रोलिंग में विभाजित किया जा सकता है। रोल-रोलिंग, स्विंग-रोटरी फोर्जिंग और रोलिंग रिंग से फाइन फोर्जिंग भी की जा सकती है। सामग्री की उपयोगिता बढ़ाने के लिए, पतली सामग्रियों की प्रारंभिक प्रक्रिया के रूप में रोलिंग फोर्जिंग और ट्रांसवर्स रोलिंग का उपयोग किया जा सकता है। रोटरी फोर्जिंग, फ्री फोर्जिंग की तरह, इस मामले में भी फायदेमंद है कि फोर्जिंग के आकार की तुलना में, इसे कम फोर्जिंग बल के साथ बनाया जा सकता है। फ्री फोर्जिंग सहित फोर्जिंग विधि में, सामग्री को मोल्ड की सतह से मुक्त सतह तक संसाधित किया जाता है, इसलिए सटीकता सुनिश्चित करना मुश्किल होता है। इसलिए, कंप्यूटर नियंत्रण के साथ फोर्जिंग मोल्ड की गति दिशा और रोटरी फोर्जिंग प्रक्रिया का उपयोग करके, जटिल आकार और उच्च परिशुद्धता वाले उत्पादों, जैसे कि विभिन्न प्रकार के स्टीम टरबाइन ब्लेड फोर्जिंग के उत्पादन में कम फोर्जिंग बल का उपयोग किया जा सकता है।
फोर्जिंग उपकरण की मोल्ड गति स्वतंत्रता की डिग्री के अनुरूप नहीं होती है। डेड पॉइंट की विरूपण सीमा विशेषताओं के अनुसार, फोर्जिंग उपकरण को निम्नलिखित चार रूपों में विभाजित किया जा सकता है:
सीमित गढ़ाई बल का स्वरूप: तेल का दबाव सीधे स्लाइड ऑयल प्रेस को संचालित करता है।
क्वासी-स्ट्रोक लिमिट मोड: ऑयल प्रेस क्रैंक लिंकेज मैकेनिज्म के ऑयल प्रेस को संचालित करता है।
स्ट्रोक सीमा: क्रैंक, कनेक्टिंग रॉड और वेज तंत्र द्वारा स्लाइड को चलाने वाला यांत्रिक प्रेस।
ऊर्जा प्रतिबंध मोड: सर्पिल और घर्षण प्रेस के पेंच तंत्र का उपयोग करना।
उच्च सटीकता प्राप्त करने के लिए, निचले डेड पॉइंट पर ओवरलोड को रोकने और गति व डाई की स्थिति को नियंत्रित करने पर विशेष ध्यान देना चाहिए। क्योंकि इनका प्रभाव फोर्जिंग टॉलरेंस, आकार की सटीकता और फोर्जिंग डाई के जीवनकाल पर पड़ता है। इसके अलावा, सटीकता बनाए रखने के लिए, स्लाइडर गाइड रेल क्लीयरेंस को समायोजित करना, कठोरता सुनिश्चित करना, डेड पॉइंट को समायोजित करना और सब्सिडियरी ट्रांसमिशन डिवाइस और अन्य उपायों का उपयोग करना भी आवश्यक है।
स्लाइड की ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज गति भी होती है (पतले पुर्जों की फोर्जिंग, स्नेहन शीतलन और पुर्जों की उच्च गति उत्पादन के लिए), क्षतिपूर्ति उपकरण का उपयोग करके अन्य दिशाओं में गति को बढ़ाया जा सकता है। उपरोक्त विधियाँ भिन्न-भिन्न हैं, आवश्यक फोर्जिंग बल, प्रक्रिया, सामग्री उपयोग, उपज, आकार सहनशीलता और स्नेहन शीतलन विधियाँ भी भिन्न हैं, ये कारक स्वचालन के स्तर को भी प्रभावित करते हैं।
- फोर्ज सामग्री
फोर्जिंग के लिए मुख्य रूप से कार्बन स्टील और विभिन्न घटकों के मिश्र धातु स्टील का उपयोग किया जाता है, इसके बाद एल्युमीनियम, मैग्नीशियम, तांबा, टाइटेनियम और उनके मिश्र धातु आते हैं। सामग्री की मूल अवस्था छड़, पिंड, धातु पाउडर और तरल धातु होती है। विरूपण से पहले धातु के अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और विरूपण के बाद उसके अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल के अनुपात को फोर्जिंग अनुपात कहा जाता है। फोर्जिंग अनुपात का सही चुनाव, उचित तापन तापमान और इन्सुलेशन समय, उचित प्रारंभिक फोर्जिंग तापमान और अंतिम फोर्जिंग तापमान, उचित विरूपण और विरूपण गति का उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार और लागत में कमी पर गहरा प्रभाव पड़ता है।
सामान्यतः छोटे और मध्यम आकार के फोर्जिंग में गोल या चौकोर छड़ों का उपयोग बिलेट के रूप में किया जाता है। छड़ की संरचना और यांत्रिक गुण एकसमान होते हैं, आकार और माप सटीक होते हैं, सतह की गुणवत्ता अच्छी होती है, और बड़े पैमाने पर उत्पादन करना आसान होता है। यदि तापन तापमान और विरूपण की स्थितियों को उचित रूप से नियंत्रित किया जाए, तो बिना अधिक विरूपण के उत्कृष्ट प्रदर्शन वाले फोर्जिंग प्राप्त किए जा सकते हैं।
पिंड केवल बड़े आकार की फोर्जिंग के लिए ही उपयुक्त होता है। पिंड एक ढला हुआ ऊतक होता है जिसमें बड़े स्तंभनुमा क्रिस्टल और एक ढीला केंद्र होता है। इसलिए, महीन धातु संरचना और यांत्रिक गुणों को प्राप्त करने के लिए बेलनाकार क्रिस्टलों को बारीक कणों में तोड़ना और ढीला संघनन करना आवश्यक है।
प्रेस्ड और फायर्ड पाउडर मेटलर्जी से तैयार किए गए प्रीफैब्रिकेटेड बिलेट को फ्लाई साइड डाई के बिना गर्म अवस्था में फोर्ज किया जा सकता है। फोर्जिंग पाउडर का घनत्व सामान्य डाई फोर्जिंग के घनत्व के लगभग बराबर होता है, इसके यांत्रिक गुण अच्छे होते हैं और सटीकता उच्च होती है, जिससे बाद में मशीनिंग की आवश्यकता कम हो जाती है। पाउडर फोर्जिंग में कोई पृथक्करण नहीं होता है और इसका उपयोग छोटे गियर जैसे वर्कपीस के निर्माण में किया जा सकता है। हालांकि, पाउडर की कीमत सामान्य बार की कीमत से काफी अधिक होती है, इसलिए उत्पादन में इसका उपयोग कुछ हद तक सीमित है।
मोल्ड चैंबर में डाली गई तरल धातु पर स्थिर दबाव लगाया जाता है, जिससे वह जमने, क्रिस्टलीकरण, प्रवाह, प्लास्टिक विरूपण और दबाव के तहत आकार लेने लगती है, इस प्रकार वांछित आकार और कार्यक्षमता प्राप्त होती है। तरल धातु डाई फोर्जिंग, डाई कास्टिंग और डाई फोर्जिंग के बीच की एक निर्माण विधि है। यह विशेष रूप से जटिल पतली दीवारों वाले पुर्जों के लिए उपयुक्त है जिन्हें सामान्य डाई फोर्जिंग में बनाना मुश्किल होता है।
सामान्य सामग्रियों के अलावा, कार्बन स्टील और मिश्र धातु स्टील के विभिन्न घटकों, जैसे कि एल्युमीनियम, मैग्नीशियम, तांबा, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातु, लौह-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु, निकल-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु, कोबाल्ट-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु को फोर्जिंग या रोलिंग विधि द्वारा रूपांतरित किया जाता है, लेकिन इन मिश्र धातुओं का प्लास्टिक क्षेत्र अपेक्षाकृत संकीर्ण होने के कारण, फोर्जिंग की कठिनाई अपेक्षाकृत अधिक होती है, और विभिन्न सामग्रियों के लिए तापन तापमान, फोर्जिंग तापमान और अंतिम फोर्जिंग तापमान की सख्त आवश्यकताएं होती हैं।
- प्रक्रिया प्रवाह
विभिन्न फोर्जिंग विधियों की प्रक्रियाएँ भिन्न-भिन्न होती हैं, जिनमें से हॉट डाई फोर्जिंग की तकनीकी प्रक्रिया सबसे लंबी होती है। सामान्य क्रम इस प्रकार है: फोर्जिंग बिलेट फीडिंग; फोर्जिंग हीटिंग; रोलर फोर्जिंग तैयारी; डाई फोर्जिंग; कटिंग एज; पंचिंग; करेक्शन; मध्यवर्ती निरीक्षण, जिसमें फोर्जिंग के आकार और सतह दोषों की जाँच की जाती है; फोर्जिंग तनाव को दूर करने और धातु काटने के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए फोर्जिंग का ताप उपचार; सफाई, मुख्य रूप से सतह पर मौजूद ऑक्सीकरण परत को हटाने के लिए; करेक्शन; निरीक्षण। सामान्य फोर्जिंग की दिखावट और कठोरता की जाँच की जाती है, और महत्वपूर्ण फोर्जिंग का रासायनिक संरचना विश्लेषण, यांत्रिक गुण, अवशिष्ट तनाव और गैर-विनाशकारी परीक्षण के माध्यम से परीक्षण किया जाता है।
- फोर्जिंग की विशेषताएं
ढलाई की तुलना में, धातु अपनी संरचना और यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकती है। ढलाई के बाद धातु के ऊतकों में तापीय प्रसंस्करण द्वारा विरूपण होता है, जिससे धातु का विरूपण और पुनर्क्रिस्टलीकरण होता है। मूल मोटे डेंड्राइट और स्तंभनुमा दाने महीन, एकसमान आकार के अक्षीय पुनर्क्रिस्टलीकरण संगठन में परिवर्तित हो जाते हैं। इससे मूल पृथक्करण, ढीलेपन, छिद्रों और स्लैग का संघनन और वेल्डिंग हो जाती है, जिससे संगठन अधिक सघन हो जाता है और धातु की प्लास्टिसिटी और यांत्रिक गुणों में सुधार होता है।
ढलाई द्वारा निर्मित धातु के यांत्रिक गुण समान सामग्री से निर्मित धातु की फोर्जिंग की तुलना में कम होते हैं। इसके अलावा, फोर्जिंग प्रक्रिया धातु के रेशों की संरचना की निरंतरता सुनिश्चित करती है, जिससे धातु की रेशों की संरचना और आकार पूर्ण होता है, और पुर्जों के यांत्रिक गुण अच्छे होते हैं और उनकी सेवा आयु लंबी होती है। सटीक डाई फोर्जिंग, कोल्ड एक्सट्रूज़न, तापमान एक्सट्रूज़न और अन्य प्रक्रियाओं द्वारा निर्मित फोर्जिंग ढलाई द्वारा निर्मित धातु से अतुलनीय हैं।
फोर्जिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें धातु को दबाव में रखकर वांछित आकार या उपयुक्त संपीड़न बल लगाकर ढाला जाता है। यह बल आमतौर पर हथौड़े या दबाव के प्रयोग से प्राप्त किया जाता है। फोर्जिंग प्रक्रिया से धातु की महीन कण संरचना बनती है और उसके भौतिक गुण बेहतर होते हैं। पुर्जों के वास्तविक उपयोग में, उचित डिज़ाइन से कण मुख्य दबाव की दिशा में प्रवाहित होते हैं। ढलाई विभिन्न ढलाई विधियों द्वारा प्राप्त धातु निर्माण प्रक्रिया है, जैसे कि तरल धातु को पिघलाना, फिर तैयार ढलाई पात्र में धातु डालना, दबाना, चूषण करना या अन्य ढलाई विधियों का प्रयोग करना, रेत से ठंडा करना, सफाई और अन्य उपचार करना, जिससे वस्तु को एक निश्चित आकार, माप और कार्यक्षमता प्राप्त होती है।