Effect of Cutting Parameters on Surface Roughness in Milling of Aisi 304 Steel and Astm A297 Hh Steel Modified by Nb, Mo, W and Co Using Insert Tialn / Wc-Co

विनिर्माण की दुनिया में, एक ऐसा पुर्जा जो दशकों तक चलता है और एक ऐसा पुर्जा जो जल्दी विफल हो जाता है, उनके बीच का अंतर अक्सर उसकी सतह की बनावट (टेक्सचर) पर निर्भर करता है। जब कोई मशीन धातु काटती है, तो वह अपने पीछे सूक्ष्म पहाड़ियों और घाटियों के निशान छोड़ देती है। यदि ये बहुत अधिक खुरदरे हैं, तो पुर्जा तेजी से घिस सकता है, जल्दी संक्षारित (corrode) हो सकता है, या बस दिखने में खराब लग सकता है। इंजीनियर लंबे समय से जानते हैं कि जिस गति से एक उपकरण चलता है और जिस दर से वह सामग्री के भीतर आगे बढ़ता है (फीड रेट), वे इस बनावट के प्राथमिक चालक होते हैं। हालांकि, सभी धातुएं एक जैसा व्यवहार नहीं करतीं। कुछ नरम और लचीली होती हैं, जबकि अन्य कठोर और भंगुर होती हैं, और धातु के भीतर मौजूद छोटे, अदृश्य क्रिस्टल इस बात को बदल सकते हैं कि वह काटने वाले उपकरण के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देती है। इन कारकों के बीच के सटीक अंतर्संबंध को समझना उन उद्योगों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है जो जेट इंजन से लेकर रासायनिक संयंत्रों तक सब कुछ बनाते हैं, जहाँ विश्वसनीयता से कोई समझौता नहीं किया जा सकता।

ब्राजील के पोंटिफिकल कैथोलिक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने दो बहुत ही अलग प्रकार के स्टील की तुलना करके इस संबंध को समझने का प्रयास किया। एक मानक, व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला स्टेनलेस स्टील था जिसे AISI 304 के रूप में जाना जाता है, जो रसोई के सिंक से लेकर औद्योगिक उपकरणों तक हर चीज़ में सामान्य है। दूसरा एक विशेष, उच्च-तापमान वाला स्टील था जिसे ASTM A297 HH कहा जाता है, जिसे भट्टी के घटकों और निकास प्रणालियों जैसी जगहों पर अत्यधिक गर्मी सहने के लिए नियोबियम, मोलिब्डेनम, टंगस्टन और कोबाल्ट जैसे तत्वों के साथ रासायनिक रूप से संशोधित किया गया था। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि जब इन दोनों सामग्रियों को टाइटेनियम एल्युमीनियम नाइट्राइड से लेपित एक विशिष्ट प्रकार के कटिंग टूल का उपयोग करके मिल् किया जाता है, तो उनकी सतह की खुरदरापन कैसे बदलती है। इस कोटिंग का उपयोग टूल को सुरक्षित रखने के लिए एक कठोर सिरेमिक जैसी परत के रूप में किया गया था। उन्होंने कटिंग स्पीड (गति) और फीड रेट (वह दूरी जो टूल अपने प्रत्येक दांत के लिए तय करता है) की एक विस्तृत श्रृंखला का परीक्षण किया, जबकि कट की गहराई को स्थिर रखा।

प्रयोगों ने एक स्पष्ट और सुसंगत पैटर्न का खुलासा किया: टूल के चलने की गति उतनी महत्वपूर्ण नहीं थी जितना कि वह प्रत्येक चरण के साथ कितनी दूरी तय करता है। मानक स्टील और संशोधित उच्च-तापमान वाले स्टील, दोनों के लिए, टूल जिस दर से सामग्री के भीतर आगे बढ़ता था, वह सतह के खुरदरेपन को निर्धारित करने वाला सबसे शक्तिशाली कारक था। जब टूल कट के बीच में बहुत तेजी से आगे बढ़ा, तो सतह काफी खुरदरी हो गई। यह निष्कर्ष सामग्री की कठोरता या उसकी जटिल आंतरिक संरचना के बावजूद सही साबित हुआ। हालांकि कटिंग स्पीड ने मानक स्टील में भूमिका निभाई थी, लेकिन इसका प्रभाव फीड रेट की तुलना में बहुत कम महत्वपूर्ण था, और संशोधित उच्च-तापमान वाले स्टील में, कटिंग स्पीड का अंतिम बनावट पर लगभग कोई मापने योग्य प्रभाव नहीं पड़ा।

शोधकर्ताओं ने इस बात पर भी बारीकी से नज़र रखी कि कटिंग प्रक्रिया के दौरान धातु की आंतरिक संरचना के साथ क्या होता है। यह एक ज्ञात घटना है कि जब कुछ प्रकार के स्टेनलेस स्टील को मोड़ा या काटा जाता है, तो तनाव के कारण उनकी आंतरिक क्रिस्टल संरचना एक स्थिर, नरम रूप से एक कठोर, अधिक भंगुर रूप जिसे मार्टेंसाइट कहा जाता है, में बदल सकती है। भारी विरूपण (deformation) के तहत यह परिवर्तन मानक स्टील में हो सकता है। हालांकि, जब टीम ने मिलिंग के बाद संशोधित उच्च-तापमान वाले स्टील की सतह का परीक्षण किया, तो उन्हें इस परिवर्तन का कोई प्रमाण नहीं मिला। भले ही कटिंग प्रक्रिया ने सतह पर तनाव और विरूपण पैदा किया था, लेकिन इस स्टील की अनूठी रासायनिक संरचना, विशेष रूप से नियोबियम कार्बाइड्स की उपस्थिति ने, आंतरिक संरचना को स्थिर रखा। धातु अपने मूल रूप में बनी रही, और उस परिवर्तन का विरोध किया जो अक्सर अन्य स्टेनलेस स्टील के साथ मशीनिंग के दौरान होता है।

डेटा का विश्लेषण करने के लिए सांख्यिकीय विधियों का उपयोग करते हुए, टीम एक गणितीय मॉडल बनाने में सक्षम हुई जो कटिंग सेटिंग्स के आधार पर सतह की बनावट की भविष्यवाणी करता है। यह मॉडल मानक स्टील की तुलना में संशोधित उच्च-तापमान वाले स्टील के लिए बेहतर काम कर रहा था, जिससे पता चलता है कि इन विशिष्ट परिस्थितियों में विशेष सामग्री का व्यवहार अधिक पूर्वानुमानित है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि इन सामग्रियों के लिए, फीड रेट को नियंत्रित करना एक चिकनी सतह प्राप्त करने का सबसे प्रभावी तरीका है। यह यह भी दर्शाता है कि नियोबियम जैसे विशिष्ट तत्वों को जोड़ने से स्टील की संरचना को स्थिर किया जा सकता है, जिससे विनिर्माण के दौरान होने वाले अवांछित परिवर्तनों को रोका जा सकता है। ये अंतर्दृष्टि इंजीनियरों के लिए एक स्पष्ट मार्गदर्शिका प्रदान करती हैं जिन्हें इन कठिन सामग्रियों की मशीनिंग करने की आवश्यकता होती है, यह दिखाते हुए कि एक उच्च-गुणवत्ता वाली फिनिश पाने की कुंजी इस बात में नहीं है कि टूल कितनी तेजी से घूमता है, बल्कि इस बात में है कि उसे काम के भीतर कितनी सावधानी से आगे बढ़ाया जाता है।