सामान्य यांत्रिक भागों के लिए सामग्री चयन और प्रसंस्करण तकनीकें

 

यांत्रिक डिजाइन और विनिर्माण के क्षेत्र में, यांत्रिक भागों के प्रदर्शन, गुणवत्ता और लागत-प्रभावशीलता को सुनिश्चित करने के लिए उपयुक्त सामग्री और उपयुक्त प्रसंस्करण तकनीकों का चयन करना महत्वपूर्ण है। यह लेख सामान्य यांत्रिक भागों के लिए सामग्री चयन सिद्धांतों, सामग्री के प्रकार और प्रसंस्करण तकनीकों का गहन विश्लेषण प्रदान करता है, जिसका उद्देश्य मैकेनिकल इंजीनियरों और संबंधित पेशेवरों के लिए मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करना है।

 

 

Iसामग्री चयन सिद्धांत

 

यांत्रिक भागों के लिए सामग्री के चयन के लिए प्रदर्शन आवश्यकताओं, प्रक्रियाशीलता और आर्थिक दक्षता सहित कई कारकों पर व्यापक विचार की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, सामग्री चयन के मुख्य सिद्धांतों में निम्नलिखित शामिल हैं:

 

1. प्रदर्शन आवश्यकताएँ

सामग्री को पहले भाग की परिचालन स्थितियों के तहत विशिष्ट प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करना होगा, जैसे ताकत, कठोरता, पहनने के प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और थकान प्रतिरोध। इसके लिए डिज़ाइनर को भाग की कामकाजी स्थितियों की पूरी समझ होनी चाहिए, जिसमें उन ताकतों का सामना करना पड़ेगा, काम करने का माहौल (जैसे तापमान, आर्द्रता और कुछ पदार्थों के संपर्क में), और किसी विशेष आवश्यकता (जैसे तापीय चालकता) , विद्युत चालकता, और चुंबकीय गुण)।

 

2. प्रक्रियात्मकता

सामग्री की प्रक्रियात्मकता सीधे विनिर्माण, उत्पादन दक्षता और लागत में आसानी को प्रभावित करती है। अच्छी प्रक्रियाशीलता में फोर्जेबिलिटी, वेल्डेबिलिटी और मशीनेबिलिटी जैसे कारक शामिल होते हैं, जो विनिर्माण कठिनाई और लागत को कम करने और उत्पादन दक्षता में सुधार करने में मदद करते हैं।

 

3. आर्थिक दक्षता

प्रदर्शन और प्रक्रियात्मकता आवश्यकताओं को पूरा करते समय, ऐसी सामग्रियों का चयन करना महत्वपूर्ण है जो समग्र उत्पाद लागत को कम करने के लिए यथासंभव लागत प्रभावी हों। इसके लिए डिजाइनरों को सामग्री की कीमतों, प्रसंस्करण लागत और उसके बाद के रखरखाव और उपयोग की लागत पर व्यापक रूप से विचार करने की आवश्यकता होती है।

 

 

▲ यांत्रिक भागों में सामग्री चयन के चरण

 

 

II सामग्री के सामान्य प्रकार

 

यांत्रिक भागों के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में मुख्य रूप से निम्नलिखित श्रेणियां शामिल हैं:

 

1. स्टील

स्टील यांत्रिक भागों के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक है, जो उच्च शक्ति, अच्छी प्लास्टिसिटी और क्रूरता के साथ-साथ उत्कृष्ट मशीनिंग प्रदर्शन की विशेषता है। अनुप्रयोग और प्रदर्शन आवश्यकताओं के आधार पर, स्टील को साधारण कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील, उच्च गुणवत्ता वाले कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील, मिश्र धातु स्ट्रक्चरल स्टील और कास्ट स्टील सहित अन्य में विभाजित किया जा सकता है।

 

2. कच्चा लोहा

कच्चा लोहा में अच्छी ढलाई क्षमता, कंपन अवमंदन और पहनने का प्रतिरोध होता है, लेकिन इसकी ताकत और कठोरता अपेक्षाकृत कम होती है। इसलिए, कच्चा लोहा अक्सर उन हिस्सों के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है जो स्थैतिक भार और घर्षण घर्षण सहन करते हैं, जैसे मशीन टूल बेड और हाउसिंग।

 

3. अलौह धातुएँ

अलौह धातुओं, जैसे तांबा और तांबा मिश्र धातु, एल्यूमीनियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातु में कम घनत्व और अच्छी विद्युत और थर्मल चालकता होती है, जिससे उन्हें विद्युत, इलेक्ट्रॉनिक और एयरोस्पेस क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यांत्रिक भागों में, अलौह धातुओं का उपयोग अक्सर हल्के संरचनात्मक घटकों, स्लाइडिंग बीयरिंग आदि के निर्माण के लिए किया जाता है।

 

4. इंजीनियरिंग प्लास्टिक

सामग्री विज्ञान के विकास के साथ, यांत्रिक भागों में इंजीनियरिंग प्लास्टिक का अनुप्रयोग तेजी से व्यापक होता जा रहा है। इंजीनियरिंग प्लास्टिक हल्के, संक्षारण प्रतिरोधी होते हैं, और इनमें अच्छे इन्सुलेशन गुण होते हैं, जो उन्हें गैर-लोड-असर, संक्षारण प्रतिरोधी या इंसुलेटेड भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाते हैं।

 

 

III मशीनिंग प्रक्रियाओं का विश्लेषण

 

यांत्रिक भागों के लिए मशीनिंग प्रक्रियाएं विविध हैं, जिनमें आमतौर पर टर्निंग, मिलिंग, ड्रिलिंग, ग्राइंडिंग, फोर्जिंग और इंजेक्शन मोल्डिंग शामिल हैं। अलग-अलग सामग्रियों और भाग के आकार के लिए अलग-अलग मशीनिंग प्रक्रियाएं उपयुक्त होती हैं, जिन्हें नीचे अलग से पेश किया जाएगा।

 

1. मुड़ना

टर्निंग मशीनिंग की एक विधि है जहां वर्कपीस को घूमने वाले होल्डिंग डिवाइस में तय किया जाता है, और वांछित आकार और आकार प्राप्त करने के लिए उपकरण धीरे-धीरे वर्कपीस से सामग्री को काटते हैं। टर्निंग शाफ्ट और स्लीव्स जैसे बेलनाकार भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त है। मोड़ने की सटीकता और सतह का खुरदरापन उपकरण की पसंद और काटने के मापदंडों की सेटिंग पर निर्भर करता है।

 

2. मिलिंग

मिलिंग मशीनिंग की एक विधि है जो सपाट सतहों, अवतल और उत्तल सतहों, गियर और अन्य जटिल आकार के हिस्सों के निर्माण के लिए एक घूर्णन उपकरण का उपयोग करके वर्कपीस की सतह से सामग्री को काटती है। मिलिंग को फेस मिलिंग, वर्टिकल मिलिंग, एंड मिलिंग, गियर मिलिंग और कंटूर मिलिंग जैसे प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है, प्रत्येक प्रकार विभिन्न मशीनिंग आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है।

 

3. ड्रिलिंग

ड्रिलिंग एक मशीनिंग विधि है जो आवश्यक व्यास और गहराई के छेद बनाने के लिए एक घूर्णन ड्रिल बिट का उपयोग करके वर्कपीस से सामग्री को काटती है। ड्रिलिंग का उपयोग आमतौर पर छेद-प्रकार के हिस्सों, जैसे बोल्ट छेद और बीयरिंग छेद के निर्माण के लिए किया जाता है। ड्रिलिंग की सटीकता और दक्षता ड्रिल बिट्स के चयन, कटिंग मापदंडों की सेटिंग और शीतलन और स्नेहन उपायों के कार्यान्वयन पर निर्भर करती है।

 

4. पीसना

पीसना मशीनिंग की एक विधि है जो वांछित आकार, आकार और सतह की गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए अपघर्षक उपकरणों का उपयोग करके वर्कपीस की सतह से सामग्री को धीरे-धीरे काटती या पीसती है। पीसना उच्च परिशुद्धता और सतह की गुणवत्ता की आवश्यकताओं वाले मशीनिंग भागों, जैसे कि मोल्ड, सटीक यांत्रिक भागों और उपकरणों के लिए उपयुक्त है। पीसने की सटीकता और सतह की गुणवत्ता अपघर्षक उपकरणों की पसंद, पीसने के मापदंडों की सेटिंग और वर्कपीस की क्लैंपिंग विधि पर निर्भर करती है।

 

5. फोर्जिंग

फोर्जिंग एक धातु प्रसंस्करण विधि है जो गर्म-प्रसंस्कृत धातु सामग्री को दबाने के माध्यम से वांछित आकार में आकार देती है। फोर्जिंग जटिल आकार और उच्च यांत्रिक प्रदर्शन आवश्यकताओं जैसे गियर और शाफ्ट वाले भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त है। फोर्जिंग सामग्रियों की आंतरिक संगठनात्मक संरचना में सुधार कर सकती है, भागों की ताकत और कठोरता को बढ़ा सकती है।

 

6. इंजेक्शन मोल्डिंग

इंजेक्शन मोल्डिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें पिघले हुए प्लास्टिक को एक सांचे में इंजेक्ट किया जाता है और आवश्यक भागों का उत्पादन करने के लिए ठोस बनाया जाता है। इंजेक्शन मोल्डिंग बड़ी मात्रा में जटिल आकार के प्लास्टिक भागों, जैसे मोबाइल फोन केस और ऑटोमोटिव घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त है। इंजेक्शन मोल्डिंग की सटीकता और सतह की गुणवत्ता मोल्ड के डिजाइन, इंजेक्शन मोल्डिंग मशीन के प्रदर्शन और प्लास्टिक सामग्री की पसंद पर निर्भर करती है।

 

 

IV विशिष्ट धनुष और तीर प्रक्रिया मार्गों का विस्तृत डिज़ाइन

 

दस्ता भाग

 

शाफ्ट भागों के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सामग्री व्यापक रूप से भिन्न होती है, मुख्य रूप से ताकत, कठोरता, पहनने के प्रतिरोध, विनिर्माण क्षमता और आर्थिक विचारों जैसे कारकों के आधार पर चुनी जाती है। नीचे शाफ्ट भागों और उनकी विशेषताओं के लिए कुछ सामान्य सामग्रियां दी गई हैं:

 

1. कार्बन स्टील

• उच्च गुणवत्ता वाला कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील:जैसे कि ग्रेड 35, 45, 50, आदि, इन स्टील्स में उच्च समग्र यांत्रिक गुण होते हैं और इनका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इनमें से 45 स्टील अपने अच्छे प्रदर्शन के कारण सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। इसके यांत्रिक गुणों को और बढ़ाने के लिए, सामान्यीकरण या शमन और तड़के के उपचार अक्सर किए जाते हैं।
• साधारण कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील:जैसे कि Q235, Q275, आदि, ये स्टील्स उन शाफ्ट के लिए उपयुक्त हैं जो अपेक्षाकृत कम या कम महत्वपूर्ण भार सहन करते हैं।

 

2. मिश्र धातु इस्पात

मिश्र धातु इस्पात में उच्च यांत्रिक गुण होते हैं लेकिन यह अपेक्षाकृत महंगा होता है, आमतौर पर विशेष आवश्यकताओं वाले शाफ्ट के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, उच्च गति, भारी भार या उच्च तापमान की स्थिति में चलने वाले शाफ्ट विशिष्ट प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अक्सर मिश्र धातु इस्पात का उपयोग करते हैं। सामान्य मिश्र धातु स्टील्स में 20Cr, 20CrMnTi, 40CrNi, 38CrMoAlA आदि शामिल हैं, जो कार्बराइजिंग, शमन और अन्य ताप उपचारों के बाद, पहनने के प्रतिरोध, प्रभाव क्रूरता और शाफ्ट की थकान शक्ति को काफी बढ़ा सकते हैं।

 

3. कच्चा लोहा

नमनीय लोहे:इसके अच्छे कास्टिंग प्रदर्शन के कारण, इसे जटिल आकार में ढालना आसान है और इसमें अच्छी कंपन अवमंदन और कम तनाव एकाग्रता संवेदनशीलता है। इसका उपयोग अक्सर जटिल आकार के शाफ्ट के निर्माण के लिए किया जाता है। विशेष रूप से, चीन में विकसित दुर्लभ पृथ्वी-मैग्नीशियम तन्य लौह को इसकी उत्कृष्ट प्रभाव क्रूरता, घर्षण में कमी और कंपन अवशोषण गुणों के कारण ऑटोमोटिव, ट्रैक्टर और मशीन टूल उद्योगों में महत्वपूर्ण शाफ्ट भागों के निर्माण में व्यापक रूप से लागू किया गया है।

 

4. उच्च शक्ति वाला कच्चा लोहा

इसमें अच्छी कास्टिंग और कंपन अवमंदन गुण भी हैं, जो इसे जटिल आकार के शाफ्ट के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाता है।

 

 ▲ 38CrMoAIA उदाहरण

 

 

गियर पार्ट्स

 

गियर सामग्री का चयन एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें लोड आवश्यकताओं, गति, पर्यावरणीय स्थितियों, शोर और कंपन आवश्यकताओं और आर्थिक विचारों सहित विभिन्न कारकों पर विचार करने की आवश्यकता होती है।

 

1. जाली इस्पात

फोर्ज्ड स्टील फोर्जिंग प्रक्रिया के माध्यम से बनाया जाता है और इसमें सामान्य स्टील की तुलना में बेहतर गुण होते हैं। जाली स्टील गियर में उच्च शक्ति, उच्च पहनने का प्रतिरोध और अच्छा प्रभाव प्रतिरोध होता है, जो उन्हें गियर के निर्माण के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक बनाता है। सामान्य जाली स्टील सामग्री में 45 स्टील शामिल है, जिसके यांत्रिक गुणों को गर्मी उपचार के माध्यम से और बढ़ाया जा सकता है।

 

2. कच्चा इस्पात

कास्ट स्टील का उपयोग आमतौर पर बड़े गियर के निर्माण के लिए किया जाता है क्योंकि बड़े व्यास वाले गियर फोर्जिंग के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं। कास्ट स्टील गियर में अच्छी ताकत और कठोरता होती है, लेकिन उनकी आंतरिक संरचना जाली स्टील जितनी घनी नहीं हो सकती है और उनके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए गर्मी उपचार की आवश्यकता हो सकती है।

 

3. मिश्र धातु इस्पात

मिश्र धातु इस्पात साधारण इस्पात में एक निश्चित मात्रा में मिश्र धातु तत्व जोड़कर बनाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च शक्ति और कठोरता होती है। मिश्र धातु इस्पात गियर का उपयोग अक्सर उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जो बड़े भार सहन करते हैं और उच्च गति पर काम करते हैं।

 

4. ग्रे कास्ट आयरन

ग्रे कास्ट आयरन अपेक्षाकृत भंगुर होता है और इसमें प्रभाव प्रतिरोध और घिसाव प्रतिरोध कम होता है, लेकिन इसमें पित्तरोधी और गड्ढारोधी क्षमताएं अच्छी होती हैं। इसलिए, ग्रे कास्ट आयरन गियर का उपयोग आमतौर पर उन स्थितियों में किया जाता है जहां ऑपरेशन सुचारू होता है, गति कम होती है, और शक्ति अधिक नहीं होती है।

 

5. तन्य लौह

लचीले लोहे को एक विशेष ताप उपचार प्रक्रिया के माध्यम से उपचारित किया जाता है, जिससे इसकी आंतरिक संरचना में ग्रेफाइट गोलाकार रूप में वितरित हो जाता है, जिससे कच्चे लोहे की ताकत और कठोरता में सुधार होता है। डक्टाइल आयरन गियर का व्यापक प्रदर्शन अच्छा होता है और ये उच्च प्रदर्शन आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं।

 

6. गैर-धातु सामग्री

प्लास्टिक, पाउडर धातु, आदि:कुछ विशेष परिस्थितियों में, जैसे हल्का भार, कम गति, या जब शोर और कंपन में कमी की आवश्यकता होती है, तो गियर बनाने के लिए गैर-धातु सामग्री का उपयोग किया जा सकता है। ये सामग्रियां हल्की होती हैं, कम शोर पैदा करती हैं और इन्हें संसाधित करना आसान होता है, लेकिन उनकी भार-वहन क्षमता और पहनने का प्रतिरोध धातु सामग्री से कमतर होता है।

 

उदाहरण के लिए, ऑटोमोबाइल या ट्रैक्टर में उपयोग किए जाने वाले गियर।

 

▲ 20CrMnTi उदाहरण

 

उपकरण के भाग

 

उपकरणों के लिए सामग्री का चयन उनके प्रदर्शन और जीवनकाल के लिए महत्वपूर्ण है। उपकरण सामग्री चुनते समय, विभिन्न कारकों पर विचार किया जाना चाहिए, जिसमें उपकरण का उद्देश्य, संसाधित होने वाली सामग्री के गुण, काटने की स्थिति और आर्थिक विचार शामिल हैं। नीचे कुछ सामान्य उपकरण सामग्री दी गई हैं:

 

1. हाई-स्पीड स्टील

 

विशेषताएँ:

• उच्च शक्ति और अच्छी क्रूरता, तेज काटने वाले किनारों की अनुमति देती है।
• अच्छी कार्यशीलता, बनाने और मशीन बनाने में आसान।
• साधारण हाई-स्पीड स्टील और हाई-परफॉर्मेंस हाई-स्पीड स्टील में विभाजित। साधारण हाई-स्पीड स्टील में काटने की गति कम होती है, जबकि उच्च-प्रदर्शन वाले हाई-स्पीड स्टील का उत्पादन कार्बन और वैनेडियम सामग्री को बढ़ाकर और कोबाल्ट और एल्यूमीनियम जैसे तत्वों को जोड़कर किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च स्थायित्व होता है।

 

अनुप्रयोग:

• आम तौर पर जटिल आकार के उपकरणों के लिए उपयोग किया जाता है, जैसे कि ट्विस्ट ड्रिल, टैप, रीमर, गियर कटर और फॉर्म टूल, जो अक्सर उच्च गति वाले स्टील से बने होते हैं।

 

2. सीमेंटेड कार्बाइड

 

विशेषताएँ:

• अत्यधिक उच्च कठोरता, कमरे के तापमान पर 74-82 एचआरसी तक पहुंचने वाली कठोरता और 900-1000 डिग्री तक गर्मी प्रतिरोध, उत्कृष्ट काटने का प्रदर्शन प्रदान करता है।
• उच्च काटने की गति, कार्बन स्टील काटते समय 100 मीटर/मिनट से अधिक करने में सक्षम।
• हालाँकि, इसमें खराब कठोरता, कमजोर प्रभाव और कंपन प्रतिरोध है, और खराब मशीनेबिलिटी के कारण किनारों को अत्यधिक तीक्ष्णता तक आसानी से तेज नहीं किया जा सकता है।

 

वर्गीकरण और अनुप्रयोग:

• सीमेंटेड कार्बाइड को GB2075-87 के अनुसार P, M और K प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है। पी-प्रकार का उपयोग काली धातुओं के लंबे चिप्स के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है; एम-प्रकार का उपयोग काली धातुओं और अलौह धातुओं के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है; के-प्रकार काली धातुओं, अलौह धातुओं और गैर-धातु सामग्री के छोटे चिप्स के प्रसंस्करण के लिए है।

 

3. स्टेनलेस स्टील

 

विशेषताएँ:

• रखरखाव में आसान, मजबूत संक्षारण प्रतिरोध, नम या संक्षारक वातावरण में उपयोग के लिए उपयुक्त।
• हालाँकि, इसकी कठोरता और तीक्ष्णता उच्च-कार्बन स्टील जितनी अधिक नहीं हो सकती है, और यह आमतौर पर अधिक महंगा है।

 

अनुप्रयोग:

• घरेलू रसोई के चाकू, चिकित्सा सर्जिकल उपकरणों और लगातार सफाई और स्वच्छता रखरखाव की आवश्यकता वाली अन्य स्थितियों में उपयोग किया जाता है।

 

4. हाई-कार्बन स्टील

 

विशेषताएँ:

• उच्च कठोरता और अच्छी तीक्ष्णता, सटीक मशीनिंग और काटने के लिए उपयुक्त।
• हालाँकि, इसमें जंग लगने का खतरा होता है और इसे नियमित रखरखाव और देखभाल की आवश्यकता होती है।

 

अनुप्रयोग:

• रेज़र, आउटडोर चाकू और उच्च कठोरता और तीक्ष्णता की आवश्यकता वाले अन्य अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

 

 

▲ गियर हॉब्स

 

 

▲ गियर हॉब्स मुख्य प्रक्रिया विवरण

 

 

वी निष्कर्ष

 

सामान्य यांत्रिक भागों के लिए सामग्री और प्रसंस्करण विधियों का चयन एक जटिल और व्यवस्थित प्रक्रिया है जिसके लिए कई कारकों पर विचार करने की आवश्यकता होती है। सामग्रियों का चयन करते समय, विकल्प भागों के प्रदर्शन, प्रसंस्करण क्षमताओं और आर्थिक पहलुओं पर आधारित होना चाहिए; प्रसंस्करण विधियों का चयन करते समय, भागों के आकार, आकार, सतह की आवश्यकताओं और सामग्रियों की विशेषताओं के अनुसार निर्णय लिया जाना चाहिए। सामग्रियों और प्रसंस्करण तकनीकों के तर्कसंगत चयन के माध्यम से, यांत्रिक भागों के प्रदर्शन, गुणवत्ता और लागत-प्रभावशीलता को अनुकूलित किया जा सकता है।