Effect of Cutting Parameters on Machining Performance and Surface Damage Behavior of Ultrasonic Rolling-Strengthened 7075 Aluminum Alloy
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि अल्ट्रासोनिक रोलिंग-सुदृढ़ 7075-T6 एल्युमीनियम मिश्र धातु की मशीनिंग के दौरान अल्ट्रासोनिक आवृत्ति और कटिंग गति बढ़ाने से कटिंग बल और सतह की खुरदरापन कम होता है, जबकि संपीड़ित अवशिष्ट तनाव (कंप्रेसिव रेसिडुअल स्ट्रेस) में वृद्धि होती है, जो अंततः कम दोषों के साथ एक महीन और अधिक समान सतह प्रदान करता है।
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कल्पना कीजिए कि आप एल्युमीनियम के एक ब्लॉक से एक उत्कृष्ट कृति (मास्टरपीस) उकेरने की कोशिश कर रहे हैं। यह कोई साधारण एल्युमीनियम नहीं है; यह एक सुपर-स्ट्रॉन्ग संस्करण है जिसका उपयोग हवाई जहाजों और रॉकेटों में किया जाता है, जिसे 7075-T6 के रूप में जाना जाता है। हालांकि यह अविश्वसनीय रूप से मजबूत और हल्का है, लेकिन इसे काटना थोड़ा बुरा सपना हो सकता है। जब आप एक तेज उपकरण से इसे काटने की कोशिश करते हैं, तो धातु लड़ती है, ब्लेड से चिपक जाती है, फट जाती है, और पीछे एक गंदा, खुरदरा सतह छोड़ देती है जो सूक्ष्म खांचों और उभारों (बर्स) से भरा होता है। यह गोंद के एक टुकड़े को काटने की कोशिश करने जैसा है जो बार-बार वापस आता है और आपके चाकू से चिपक जाता है।
इसे ठीक करने के लिए, इंजीनियर अक्सर एक तरकीब का उपयोग करते हैं जिसे "अल्ट्रासोनिक रोलिंग" कहा जाता है। इसे काटने से पहले धातु को एक उच्च-गति, उच्च-आवृत्ति वाली मालिश देने के रूप में सोचें। एक रोलर हजारों बार प्रति सेकंड धातु की सतह पर कंपन करता है, जिससे ऊपरी परत दबती और खिंचती है। यह प्रक्रिया आटे को गूंथने जैसी है: यह धातु की सतह को अधिक सघन, कठोर बनाती है और इसे अंदर की ओर दबने का एक "स्मृति" (कंप्रेसिव स्ट्रेस) देती है। मुख्य सवाल जो वैज्ञानिक पूछ रहे हैं, वह यह है: यदि आप धातु को यह विशेष मालिश देते हैं, तो अंततः काटने की कोशिश करते समय वह कैसा व्यवहार करती है? क्या मालिश इसे काटने में आसान बनाती है, या यह धातु को और भी अधिक संघर्ष करने के लिए मजबूर कर देती है? और क्या आपके काटने की गति मायने रखती है?
यह अध्ययन उसी पहेली में गहराई तक जाता है। शोधकर्ताओं ने उस सुपर-स्ट्रॉन्ग 7075-T6 एल्युमीनियम के ब्लॉक्स को लिया, उन्हें विभिन्न कंपन गति (0, 20, और 40 किलोहर्ट्ज़) का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक रोलिंग के माध्यम से "मालिश" दी, और फिर उन्हें विभिन्न कटिंग स्पीड (800, 1000, और 1200 मिलीमीटर प्रति सेकंड) पर मिलाया। उन्होंने काटने के लिए आवश्यक बल को मापने के लिए शक्तिशाली उपकरणों का उपयोग किया, उन्होंने जांचा कि काटने के बाद धातु में कितना "दबाव" बचा है, और सूक्ष्मदर्शी के नीचे सतह को देखा कि वह कितनी चिकनी या क्षतिग्रस्त है। उन्होंने एक कंप्यूटर सिमुलेशन भी बनाया ताकि वे तनाव के तहत धातु को एक वर्चुअल वीडियो गेम चरित्र की तरह देख सकें।
यहाँ उन्हें क्या पता चला। पहला, काटने की गति बहुत मायने रखती है। जैसे-जैसे वे तेजी से काटते गए, उपकरण को धातु के माध्यम से धकेलने के लिए आवश्यक बल सामान्य रूप से बढ़ गया, चाहे धातु को कितनी भी "मालिश" क्यों न मिली हो। यह पानी में दौड़ने जैसा है; आप जितनी तेजी से चलते हैं, आपको उतना ही अधिक प्रतिरोध महसूस होता है। हालांकि, "मालिश" ने एक बड़ा अंतर पैदा किया। जब धातु को उच्चतम कंपन गति (40 kHz) के साथ उपचारित किया गया, तो काटने का बल उन मामलों की तुलना में कम था जब इसे कम गति या बिना कंपन के उपचारित किया गया था। उच्च-आवृत्ति वाली मालिश ने धातु की सतह को चिकना और कम चिपचिपा बना दिया, जिससे उपकरण आसानी से फिसल कर निकल गया।
शोधकर्ताओं ने धातु के भीतर मौजूद अदृश्य "दबाव" को भी देखा, जिसे कंप्रेसिव रेसिडुअल स्ट्रेस (compressive residual stress) कहा जाता है। यह धातु का अच्छा प्रकार का तनाव है जो दरारें रोकने में मदद करता है। उन्होंने पाया कि सभी उपचारित नमूनों ने इस फायदेमंद तनाव को बनाए रखा, लेकिन जिन नमूनों को उच्चतम कंपन (40 kHz) के साथ उपचारित किया गया था, उन्होंने इसे सबसे अच्छी तरह से थामे रखा। दिलचस्प बात यह है कि जैसे-जैसे वे तेजी से काटते थे, यह सहायक तनाव थोड़ा कम होता गया, संभवतः तेज कटिंग से उत्पन्न गर्मी के कारण धातु नरम हो गई थी। लेकिन 40 kHz वाले नमूने अधिक मजबूत थे; उन्होंने अन्य की तुलना में उस तनाव को खोने का बेहतर प्रतिरोध किया।
अंत में, उन्होंने सतह की फिनिश (surface finish) को देखा। अल्ट्रासोनिक मालिश के बिना, कटे हुए सतह खुरदरे थे, गहरे खांचों से भरे थे, और धातु के फटे हुए या जमा हुए हिस्से थे। लेकिन जब उन्होंने उच्चतम कंपन गति (40 kHz) को तेज कटिंग स्पीड (1200 mm/s) के साथ जोड़ा, तो सतह अविश्वसनीय रूप से चिकनी और एकसमान हो गई। खुरदरापन घटकर केवल 0.411 माइक्रोमीटर रह गया, और फटने या खांचों जैसे बुरे दोष लगभग गायब हो गए। ऐसा लगता है कि उच्च-आवृत्ति वाले कंपन ने एक ऐसी सतह बनाई जो बिल्कुल सही थी: फटने का विरोध करने के लिए पर्याप्त कठोर, लेकिन काटने वाले उपकरण को बिना घसीटे गुजरने देने के लिए पर्याप्त चिकनी।
संक्षेप में, अध्ययन सुझाव देता है कि काटने से पहले एल्युमीनियम को उच्च-गति वाली अल्ट्रासोनिक मालिश देने से अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता में काफी सुधार हो सकता है। यह काटने के लिए आवश्यक बल को कम करता है, धातु के आंतरिक "दबाव" को बरकरार रखता है, और एक ऐसी सतह प्रदान करता है जो बहुत अधिक चिकनी और कम क्षतिग्रस्त होती है। हालांकि तेजी से काटने से प्रतिरोध बढ़ता है और कुछ आंतरिक तनाव लाभ कम होते हैं, लेकिन सबसे तेज कंपन को सबसे तेज कट के साथ मिलाने से सबसे अच्छे परिणाम मिले, जिसने एक बिखरी हुई, कठिन कटिंग को एक साफ, सटीक स्लाइस में बदल दिया।
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