A study on a novel flexible sheet forming process based on incremental plunge

विनिर्माण की दुनिया में, भारी, कस्टम-मेड सांचे का उपयोग किए बिना धातु की चादरों को जटिल वक्रों में ढालना एक महत्वपूर्ण चुनौती है। दशकों से, इंजीनियर 'इन्क्रीमेंटल शीट फॉर्मिंग' नामक एक तकनीक पर भरोसा करते आए हैं, जहाँ एक छोटा, गोल उपकरण क्लैंप की गई धातु के टुकड़े पर दबाव डालता है और एक पथ का अनुसरण करता है, जिससे धातु की चादर धीरे-धीरे एक त्रि-आयामी आकार में मुड़ जाती है। यह विधि इसलिए सराही जाती है क्योंकि यह समर्पित डाइ (dies) बनाने की उच्च लागत के बिना तीव्र प्रोटोटाइपिंग और छोटे बैच के उत्पादन की अनुमति देती है। हालाँकि, इस प्रक्रिया में एक स्थायी दोष है: उपकरण को आकार उकेरने के लिए धातु की सतह पर लगातार फिसलना पड़ता है। यह निरंतर फिसलन घर्षण पैदा करती है जो पीछे एक खुरदरी, खांचों वाली बनावट छोड़ देती है, जो विनाइल रिकॉर्ड पर पाई जाने वाली धारियों के समान होती है। ये खांचे केवल सौंदर्य संबंधी समस्या नहीं हैं; वे धातु को कमजोर कर सकते हैं, जिससे समय के साथ इसमें दरारें आने या संक्षारण (corrosion) होने की संभावना बढ़ जाती है।

अनहुई यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को संभालने का एक अलग तरीका प्रस्तावित किया है। उपकरण को लगातार फिसलने देने के बजाय, उन्होंने एक ऐसा तरीका विकसित किया है जहाँ उपकरण धातु में नीचे की ओर दबाव डालता है, ऊपर उठता है, एक नई जगह पर जाता है, और फिर से नीचे दबाव डालता है। वे इस नए दृष्टिकोण को 'इन्क्रीमेंटल प्लंज फॉर्मिंग' कहते हैं। खींचने वाली गति को तेजी से होने वाले स्थानीयकृत दबाव (indentations) की श्रृंखला से बदलकर, शोधकर्ताओं का उद्देश्य यह देखना था कि क्या वे जटिल आकारों को बनाए रखते हुए चिकने पुर्जे बना सकते हैं। एक मानक कंप्यूटर-नियंत्रित मिलिंग मशीन का उपयोग करके पतली एल्युमीनियम शीटों पर किया गया उनका कार्य यह सुझाव देता है कि उपकरण के धातु को छूने के तरीके को बदलकर उत्पाद की गुणवत्ता में मौलिक सुधार किया जा सकता है।

शोधकर्ताओं ने सबसे पहले यह परीक्षण किया कि क्या यह प्लंजिंग (धंसने वाली) गति वास्तव में एक आकार बना सकती है। उन्होंने एक मशीन टेबल पर एक मिलीमीटर से भी कम मोटी एल्युमीनियम मिश्र धातु की वर्गाकार शीट को क्लैंप किया। एक बॉल-आकार के उपकरण का उपयोग करते हुए जो घूमता नहीं था, उन्होंने मशीन को धातु में एक विशिष्ट गहराई तक नीचे जाने, वापस ऊपर उठने, बगल में जाने और इसे दोहराने के लिए प्रोग्राम किया। इस चक्र ने ओवरलैपिंग डेंट (गड्ढों) की एक श्रृंखला बनाई, जिसने परत दर परत, एक घुमावदार दीवार का निर्माण किया। परिणाम तत्काल और सफल थे: मशीन ने बिना किसी फटने या झुर्री के, सीधी दीवारों वाले चिकने, शंकु के आकार के पुर्जे तैयार किए। यह प्रक्रिया तीव्र कोणों वाले पुर्जों के लिए उतनी ही प्रभावी रही जितनी कि कोमल वक्रों के लिए, जिससे यह सिद्ध हुआ कि रुक-रुक कर होने वाली गति बिना किसी बैकअप मोल्ड के एक ठोस, निरंतर वस्तु बनाने के लिए पर्याप्त विरूपण (deformation) उत्पन्न कर सकती है।

एक बार आकार की पुष्टि हो जाने के बाद, टीम ने अपना ध्यान धातु की सतह की ओर लगाया, जहाँ सबसे नाटकीय अंतर दिखाई दिया। पारंपरिक स्लाइडिंग विधि में, उपकरण धातु पर खिंचता है, जिससे उपकरण के पथ के अनुसार लंबी, समानांतर खांचें बन जाती हैं। ये खांचें तीखी और दिशात्मक होती हैं, जो एक खुरदरी सतह बनाती हैं। इसके विपरीत, नई प्लंजिंग विधि से बने पुर्जों ने एक पूरी तरह से अलग बनावट प्रदर्शित की। लंबी रेखाओं के बजाय, सतह छोटे, ओवरलैपिंग उभारों के पैटर्न से ढकी थी जो हनीकॉम्ब (मधुमक्खी के छत्ते) या मछली के तराजू के समान दिखते थे। यह बदलाव इसलिए हुआ क्योंकि उपकरण अब धातु को खुरच नहीं रहा था; बल्कि वह उसे अपनी जगह पर संकुचित (compress) कर रहा था। इस बार-बार होने वाले दबाव ने सामग्री को चिकना कर दिया, जिससे सतह को खराब करने वाली लंबी खरोंचें समाप्त हो गईं।

नई विधि कितनी बेहतर थी, इसे सटीक रूप से मापने के लिए, शोधकर्ताओं ने सतह पर सूक्ष्म चोटियों और घाटियों की ऊंचाई को स्कैन करने के लिए एक उपकरण का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि पारंपरिक स्लाइडिंग विधि से बने पुर्जों की औसत खुरदरापन (roughness) 1.116 माइक्रोमीटर थी। जब उन्होंने प्लंजिंग विधि का उपयोग किया और एक मानक स्नेहक (lubricant) का उपयोग किया, तो वह संख्या घटकर 0не 0.4 माइक्रोमीटर रह गई। यह सतह की खुरदरापन में लगभग 64 प्रतिशत की कमी को दर्शाता है। उल्लेखनीय रूप से, जब उन्होंने बिना किसी स्नेहक के प्लंजिंग विधि का परीक्षण किया, तब भी सतह की खुरदरापन पारंपरिक विधि की तुलना में, जिसमें स्नेहक का उपयोग किया गया था, काफी कम थी। यह इंगित करता है कि सुधार मुख्य रूप से उपकरण के चलने के तरीके से आया है, न कि केवल घर्षण को कम करने के लिए तेल के उपयोग से। नया सतह न केवल चिकना था, बल्कि अधिक कठोर और एकसमान भी दिखाई देता था, जो भविष्य में धातु को घिसाव और थकान (fatigue) का सामना करने में मदद कर सकता है।

टीम यह भी जानना चाहती थी कि क्या इस नए काम करने के तरीके से धातु के टूटने से पहले उसके खिंचने की क्षमता सीमित होगी। उन्होंने दीवारों के कोण को धीरे-धीरे तीव्र करके सीमाओं का परीक्षण किया, और तब तक प्रक्रिया जारी रखी जब तक कि धातु अंततः टूट नहीं गई। पारंपरिक विधि के कारण एल्युमीनियम तब फट गया जब दीवार का कोण 79 डिग्री तक पहुँच गया। नई प्लंजिंग विधि ने उस सीमा को थोड़ा और आगे बढ़ाया, और विफलता से पहले 80 डिग्री के कोण तक पहुँचने में सफल रही। हालांकि यह अंतर छोटा है, लेकिन यह सुझाव देता है कि रुक-रुक कर होने वाला दबाव धातु की आकार लेने की क्षमता को नुकसान नहीं पहुँचाता है, बल्कि प्रत्येक प्रेस के बीच सामग्री को थोड़ा आराम देने की अनुमति देकर मामूली लाभ भी दे सकता है। यह निष्कर्ष महत्वपूर्ण है क्योंकि यह पुष्टि करता है कि नई विधि न केवल चिकनी सतह बनाने का एक तरीका है, बल्कि एक व्यवहार्य विकल्प भी है जो मूल प्रक्रिया की मजबूती और निर्माण क्षमता को बनाए रखती है।

अंततः, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि उपकरण की गति में एक साधारण बदलाव धातु निर्माण की एक लंबे समय से चली आ रही समस्या को हल कर सकता है। निरंतर फिसलने को रोककर और एक लयबद्ध प्रेस-एंड-लिफ्ट (दबाव और उठाव) गति शुरू करके, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि जटिल धातु आकार बनाना संभव है जिनका सतही फिनिश काफी चिकना और एकसमान होता है। यह नई विधि विशेष उपकरणों की आवश्यकता के बिना मानक मशीनों पर काम करती है, जिससे यह अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए सुलभ हो जाती है। एक खांचों वाली सतह से हनीकॉम्ब जैसी बनावट की ओर बदलाव केवल एक कॉस्मेटिक अपग्रेड नहीं है; यह धातु के तनाव के तहत व्यवहार करने के तरीके में एक मौलिक सुधार का सुझाव देता है, जिससे संभावित रूप से ऐसे पुर्जे बनते हैं जो लंबे समय तक चलते हैं और कठिन वातावरण में बेहतर प्रदर्शन करते हैं।