फोर्जिंग उत्पादन के लिए प्रमुख डिज़ाइन सिद्धांत

संक्षिप्त में

आघातन उत्पादन के लिए एक भाग के डिज़ाइन में धातु आघातन प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाने के लिए इसकी ज्यामिति की रणनीतिक योजना बनाना शामिल है। इसमें सामग्री के सुचारु प्रवाह सुनिश्चित करने, दोषों को रोकने और डाई से भाग को आसानी से निकालने की अनुमति देने के लिए पार्टिंग लाइन, ड्राफ्ट कोण, कोने की त्रिज्या और दीवार की मोटाई जैसी मुख्य विशेषताओं को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करना शामिल है। उचित डिज़ाइन लागत को कम करता है, प्रसंस्करण के बाद के कार्य को कम करता है और आघातित घटक की अंतर्निहित ताकत को अधिकतम करता है।

आघातन उत्पादन के लिए डिज़ाइन (DFM) के मूल सिद्धांत

धातु प्रकृति निर्माण उत्पादनशीलता (DFM) एक विशेष इंजीनियरिंग प्रथा है जो किसी भाग के डिज़ाइन को धातु प्रकृति प्रक्रिया के लिए अनुकूलित करने पर केंद्रित है। मुख्य उद्देश्य केवल कार्यात्मक ही नहीं, बल्कि उत्पादन में कुशल और लागत प्रभावी घटक बनाना है। आरंभ से ही धातु प्रकृति की सीमाओं और क्षमताओं पर विचार करके, इंजीनियर उत्पादन लागत में काफी कमी कर सकते हैं, अंतिम भाग की गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं और मशीनीकरण जैसे व्यापक द्वितीयक संचालन की आवश्यकता को कम कर सकते हैं। विशेषज्ञों द्वारा विस्तार से बताया गया है कि धातु प्रकृति धातु के दानों के प्रवाह को भाग के आकार के साथ संरेखित करती है, जिससे थकान प्रतिरोधकता और प्रभाव कठोरता जैसे यांत्रिक गुण बढ़ जाते हैं। यह प्रक्रिया ढलाई या मशीनीकरण की तुलना में उत्कृष्ट शक्ति और टिकाऊपन वाले घटक प्रदान करती है .

धातु प्रकृति के लिए DFM के मुख्य उद्देश्य इस प्रकार हैं:

• जटिलता को कम करना: सरल, सममित आकृतियाँ धातु प्रकृति करने में आसान होती हैं, इन्हें कम जटिल उपकरणों की आवश्यकता होती है और इनमें कम दोष आते हैं।
• सामग्री प्रवाह सुनिश्चित करना: डिज़ाइन इस प्रकार होनी चाहिए कि धातु सुचारु रूप से प्रवाहित हो सके और खोल के गुहा को पूरी तरह से भर सके, बिना कोई रिक्त स्थान या अतिव्याप्ति (लैप्स) बनाए।
• घटकों का मानकीकरण: जहाँ संभव हो, मानक आयामों और विशेषताओं का उपयोग उपकरण लागत और उत्पादन समय को कम कर सकता है।
• अपशिष्ट को कम करना: प्रारंभिक बिलेट के आकार और भाग की ज्यामिति का अनुकूलन फोर्जिंग के बाद काटे जाने वाले 'फ्लैश' सहित सामग्री के अपशिष्ट को कम करता है।

इन सिद्धांतों की अनदेखी करने से गंभीर चुनौतियों का सामना करना पड़ सकता है। खराब डिज़ाइन चयन के परिणामस्वरूप निर्माण दोष, उपकरण के अधिक घिसावट, अधिक सामग्री अपशिष्ट और अंततः एक कमजोर, महंगा अंतिम उत्पाद हो सकता है। ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस जैसे मांग वाले क्षेत्रों में काम करने वाली कंपनियों के लिए, एक ज्ञानवान निर्माता के साथ साझेदारी करना महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, ऑटोमोटिव हॉट फोर्जिंग में विशेषज्ञता रखने वाले, जैसे शाओयी मेटल तकनीक , अपनी डाई निर्माण और उत्पादन प्रक्रियाओं में विशेषज्ञता का उपयोग करके यह सुनिश्चित करते हैं कि प्रोटोटाइपिंग से लेकर बड़े पैमाने पर उत्पादन तक डिज़ाइन दोनों प्रदर्शन और दक्षता के लिए अनुकूलित हों।

मूल ज्यामितीय विचार 1: पार्टिंग लाइन और ड्राफ्ट कोण

डिजाइन निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण तत्वों में से एक पार्टिंग लाइन और ड्राफ्ट कोण हैं। ये विशेषताएँ सीधे डाई की जटिलता, सामग्री प्रवाह और उपकरण से तैयार भाग को निकालने की सुविधा को प्रभावित करती हैं। इन पहलुओं के लिए एक अच्छी तरह से योजना बनाई गई दृष्टिकोण सफल और कुशल निर्माण संचालन के लिए मौलिक है।

पार्टिंग लाइन

पार्टिंग लाइन वह सतह है जहाँ निर्माण डाई के दो हिस्से मिलते हैं। डिजाइन प्रक्रिया में इसका स्थान एक महत्वपूर्ण निर्णय है और इसे किसी भी निर्माण आरेख पर स्पष्ट रूप से दर्शाया जाना चाहिए। आदर्शतः, पार्टिंग लाइन एक ही तल में स्थित होनी चाहिए और भाग के सबसे बड़े प्रक्षेपित क्षेत्र के चारों ओर स्थित होनी चाहिए। इससे संतुलित सामग्री प्रवाह सुनिश्चित करने और घटक को बनाने के लिए आवश्यक बलों को कम करने में मदद मिलती है। इंजीनियर्स एज के दिशानिर्देशों के अनुसार , एक उचित ढंग से स्थित पार्टिंग लाइन धातु के प्रवाह की दिशा को नियंत्रित करने में भी सहायता करती है और अंडरकट को रोकती है, जिसके कारण डाई से भाग को बाहर निकालना असंभव हो जाएगा।

द्रष्टि कोण

ढाल कोण छोटे झुकाव होते हैं जो उस सभी ऊर्ध्वाधर सतहों पर लागू किए जाते हैं जो डाई की गति के समानांतर होती हैं। इनका प्राथमिक उद्देश्य आकार देने के बाद भाग को डाई से आसानी से निकालने में सुगमता प्रदान करना होता है। पर्याप्त ढाल के अभाव में, भाग चिपक सकता है, जिससे घटक और महंगी डाई दोनों को नुकसान हो सकता है। आवश्यक ढाल कोण भाग की जटिलता और उपयोग की जा रही सामग्री पर निर्भर करता है, लेकिन इस्पात फोर्जिंग के लिए आम ढाल कोण 3 से 7 डिग्री के बीच होते हैं अपर्याप्त ढाल दोष पैदा कर सकता है, डाई पर घर्षण बढ़ा सकता है, और उत्पादन चक्र को धीमा कर सकता है।

मुख्य ज्यामितीय विचार 2: रिब्स, वेब्स और वक्रता

समग्र आकार के अलावा, प्रबलित करने वाले तत्वों, वेब, और कोनों और फिलेट की त्रिज्या जैसी विशिष्ट विशेषताओं के डिज़ाइन का निर्माण के लिहाज से महत्व होता है। इन तत्वों को इस प्रकार डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि वे सामग्री के सुचारु प्रवाह को बढ़ावा दें और सामान्य फोर्जिंग दोषों को रोकें, साथ ही अंतिम घटक की संरचनात्मक बनावट सुनिश्चित करें।

प्रबलित करने वाले तत्व और वेब

प्रबलित करने वाले तत्व (रिब्स) संकीर्ण, उठे हुए भाग होते हैं जो अत्यधिक वजन बढ़ाए बिना किसी भाग में मजबूती और कठोरता जोड़ने के लिए अक्सर उपयोग किए जाते हैं। वेब उन पतले सामग्री के भाग होते हैं जो प्रबलित करने वाले तत्वों और अन्य विशेषताओं को जोड़ते हैं। इनके डिज़ाइन करते समय उनके आनुपातिक आकार का प्रबंधन करना महत्वपूर्ण होता है। लंबे, संकरे प्रबलित करने वाले तत्वों को सामग्री से भरना मुश्किल हो सकता है, जिससे दोष उत्पन्न हो सकते हैं। एक सामान्य नियम यह है कि प्रबलित करने वाले तत्व की ऊंचाई उसकी मोटाई की छह गुना से अधिक नहीं होनी चाहिए। इसके अतिरिक्त, प्रक्रिया संबंधी समस्याओं को रोकने के लिए प्रबलित करने वाले तत्व की मोटाई वेब की मोटाई के बराबर या उससे कम होनी चाहिए।

कोने और फिलेट त्रिज्या

ढालाई डिज़ाइन में सबसे महत्वपूर्ण नियमों में से एक तीखे आंतरिक और बाहरी कोनों से बचना है। तीखे कोने धातु के प्रवाह में बाधा डालते हैं, जिससे लैप्स और कोल्ड शट्स जैसे दोष उत्पन्न होते हैं, जहाँ सामग्री स्वयं पर मुड़ जाती है। इनसे साँचे और अंतिम भाग दोनों में तनाव केंद्रण भी होता है, जिससे थकान जीवन कम हो सकता है। उदार फिलेट (आंतरिक) और कोने (बाहरी) त्रिज्या का उपयोग आवश्यक है। ये गोलाकार किनारे धातु को साँचे के सभी हिस्सों में सुचारु रूप से प्रवाहित होने में सहायता करते हैं, पूर्ण भराव सुनिश्चित करते हैं और तनाव को अधिक समान रूप से वितरित करते हैं। इससे न केवल भाग की शक्ति में सुधार होता है बल्कि ढालाई साँचों के जीवन को भी घिसाव और दरार के जोखिम को कम करके बढ़ाया जा सकता है।

सामग्री प्रवाह का प्रबंधन: अनुभाग की मोटाई और सममिति

ढालने के मूलभूत भौतिकी में ठोस धातु को एक वांछित आकार में मोटे तरल की तरह प्रवाहित करने के लिए मजबूर करना शामिल है। इसलिए, इस सामग्री प्रवाह के प्रबंधन का दोष-मुक्त भाग बनाने में सर्वोच्च महत्व है। इसकी मुख्य बात समान अनुभाग मोटाई बनाए रखना और जहां भी संभव हो सममिति का उपयोग करना है।

दीवार की मोटाई में अचानक परिवर्तन महत्वपूर्ण समस्याएं पैदा कर सकते हैं। धातु हमेशा न्यूनतम प्रतिरोध के मार्ग का अनुसरण करती है, और मोटे अनुभाग से पतले अनुभाग में अचानक संक्रमण प्रवाह को प्रतिबंधित कर सकता है, जिससे पतला अनुभाग पूरी तरह से भर नहीं पाता। इसके अलावा ठंडा होने के दौरान तापीय ढाल पैदा हो सकता है, जिससे विरूपण या दरार हो सकती है। आदर्श ढालने के डिज़ाइन में भाग के सम्पूर्ण भाग में एकसमान दीवार मोटाई बनाए रखी जाती है। जब परिवर्तन अनिवार्य होते हैं, तो उन्हें सुचारु, ढलान वाले संक्रमण के साथ धीरे-धीरे किया जाना चाहिए। इससे यह सुनिश्चित होता है कि दबाव समान रूप से वितरित हो और धातु साँचे के सभी क्षेत्रों में समान रूप से प्रवाहित हो।

सममिति डिजाइनर के लिए एक अन्य शक्तिशाली उपकरण है। सममित भागों को बनाना आंतरिक रूप से अधिक आसान होता है क्योंकि वे संतुलित सामग्री प्रवाह को बढ़ावा देते हैं और मोल्ड डिजाइन को सरल बनाते हैं। बल अधिक समान रूप से वितरित होते हैं, और भाग फोर्जिंग और उसके बाद के ठंडा होने के दौरान विकृत होने के लिए कम प्रवण होता है। जब भी अनुप्रयोग अनुमति देता है, सरल, सममित आकृतियों की योजना बनाने से लगभग हमेशा एक अधिक मजबूत, लागत प्रभावी निर्माण प्रक्रिया और उच्च गुणवत्ता वाले अंतिम घटक की ओर जाया जाता है।

पोस्ट-प्रोसेसिंग की योजना: मशीनिंग अनुमतियाँ और सहिष्णुताएँ

हालांकि फोर्जिंग अपने अंतिम आकार के बहुत करीब (लगभग नेट आकार) के भागों का उत्पादन कर सकती है, लेकिन कसे हुए सहिष्णुता, विशिष्ट सतह परिष्करण या ऐसी विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए अक्सर कुछ माध्यमिक मशीनिंग की आवश्यकता होती है जिन्हें फोर्ज नहीं किया जा सकता। निर्माण के लिए डिजाइन करते समय इन पोस्ट-प्रोसेसिंग चरणों की योजना शुरुआत से ही बनाना एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

एक 'मशीनिंग भत्ता' अतिरिक्त सामग्री होती है जिसे जानबूझकर उन सतहों पर फॉर्जिंग में जोड़ा जाता है जिन्हें बाद में मशीन किया जाएगा। इससे यह सुनिश्चित होता है कि अंतिम, सटीक आयाम प्राप्त करने के लिए हटाने के लिए पर्याप्त सामग्री उपलब्ध रहेगी। प्रत्येक सतह के लिए आमतौर पर मशीनिंग भत्ता लगभग 0.06 इंच (1.5 मिमी) हो सकता है, लेकिन यह भाग के आकार और जटिलता के आधार पर भिन्न हो सकता है। इस भत्ते को निर्दिष्ट करते समय डिजाइनर को सबसे खराब स्थिति की सहिष्णुता ढेर-अप और ड्राफ्ट कोणों को ध्यान में रखना चाहिए।

कुदाल में सहिष्णुता स्वाभाविक रूप से सटीक मशीनिंग की तुलना में ढीली होती है। लागत प्रबंधन के लिए जाली के रूप में भाग के लिए यथार्थवादी सहिष्णुता निर्धारित करना महत्वपूर्ण है। फोर्जिंग सहिष्णुता को अनावश्यक रूप से सख्त रखने का प्रयास उपकरण लागत और अस्वीकृति दर में नाटकीय रूप से वृद्धि कर सकता है। इसके बजाय, डिजाइन में महत्वपूर्ण सतहों को अलग करना चाहिए जिन्हें मशीनीकृत किया जाएगा और गैर-महत्वपूर्ण सतहों को जो कि फोर्ज किए जा सकते हैं। इन आवश्यकताओं को स्पष्ट रूप से चित्र पर व्यक्त करके, डिजाइनर एक ऐसा भाग बना सकते हैं जो कि कार्यात्मक और उत्पादन के लिए किफायती दोनों हो, कच्चे फोर्जिंग और तैयार घटक के बीच की खाई को पाट सकता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

1. फोर्जिंग के लिए डिजाइन विचार क्या हैं?

धातु के प्रवाह को सुगम बनाने के लिए उचित सामग्री का चयन, भाग की ज्यामिति को परिभाषित करना और मुख्य विशेषताओं को निर्दिष्ट करना जैसे विभाजन रेखा का स्थान, भाग को निकालने के लिए पर्याप्त ढलान कोण, तनाव संकेंद्रण से बचने के लिए पर्याप्त फ़िलेट और कोने की त्रिज्या, और एकसमान दीवार की मोटाई बनाए रखना। इसके अतिरिक्त, डिजाइनरों को पोस्ट-फोर्जिंग संचालन के लिए मशीनिंग अनुमतियों और वास्तविक सहिष्णुता की योजना बनानी चाहिए।

2. आप निर्माण के लिए भाग कैसे डिजाइन करते हैं?

निर्माण के लिए भाग का डिजाइन करना, या DFM, जटिलता और लागत को कम करने के लिए डिजाइन को सरल बनाने में शामिल है। मुख्य सिद्धांतों में कुल भागों की संख्या को कम करना, जहां संभव हो स्टैंडर्ड घटकों का उपयोग करना, बहुउद्देशीय भागों का डिजाइन करना और प्रसंस्करण में आसान सामग्री का चयन करना शामिल है। विशेष रूप से फोर्जिंग के लिए, इसका अर्थ है समान सामग्री प्रवाह के लिए डिजाइन करना, तीखे कोनों से बचना और द्वितीयक संचालन की आवश्यकता को कम से कम करना।

3. विनिर्माण क्षमता के लिए डिजाइन की विशेषता क्या है?

विनिर्माण क्षमता के लिए डिजाइन (डीएफएम) एक सक्रिय दृष्टिकोण की विशेषता है जहां विनिर्माण प्रक्रिया को डिजाइन चरण में जल्दी विचार किया जाता है। इसके मूल सिद्धांतों में निर्माण में आसानी, लागत प्रभावीता और गुणवत्ता के लिए डिजाइन को अनुकूलित करना शामिल है। इसका अर्थ है कि सामग्री चयन, प्रक्रिया क्षमताओं, मानकीकरण और अंतिम उत्पाद को विश्वसनीय और कुशलता से उत्पादित करने के लिए जटिलता को कम करने जैसे तत्वों पर ध्यान केंद्रित करना।