A New Method for Controlling Weld Line Movement in Deep Drawing of Tailor Welded Blank

आधुनिक विनिर्माण की दुनिया में, विशेष रूप से ऑटोमोटिव उद्योग के लिए, हल्के और अधिक ईंधन-कुशल वाहनों के निर्माण की प्रेरणा ने इंजीनियरों को एक चतुर समाधान की ओर अग्रसर किया है: आकार देने से पहले धातु की चादरों को आपस में जोड़ना। कल्पना कीजिए कि आप स्टील के दो टुकड़ों को ले रहे हैं, एक पतला और एक मोटा, और उन्हें एक ही, कस्टम-मेड शुरुआती टुकड़े के रूप में बनाने के लिए अगल-बगल वेल्ड कर रहे हैं। यह तकनीक, जिसे टेलर-वेल्डेड ब्लैंक (tailor-welded blank) का उपयोग करना कहा जाता है, कार निर्माताओं को सही स्थानों पर बिल्कुल सही मात्रा में सामग्री का उपयोग करने की अनुमति देती है, जिससे मजबूती से समझौता किए बिना वजन कम किया जा सकता है। हालाँकि, इन सपाट, वेल्डेड चादरों को कार के दरवाजों जैसे जटिल त्रि-आयामी (3D) भागों में बदलने में एक बड़ी बाधा आती है। जब धातु को एक सांचे में डाला जाता है, तो दोनों अलग-अलग चादरें एक ही गति से प्रवाहित नहीं होती हैं। मोटा, मजबूत हिस्सा पतले हिस्से की तुलना में दबाव का अधिक प्रतिरोध करता है, जिससे वेल्ड किया गया जोड़ बगल में खिसक जाता है, ठीक वैसे ही जैसे कागज पर खींची गई एक रेखा मुड़ जाती है जब आप कागज को असमान रूप से खींचते हैं। वेल्ड लाइन के इस खिसकने को अक्सर 'वेल्ड लाइन मूवमेंट' कहा जाता है, जो दरारें, कमजोर बिंदु और ऐसे पुर्जों का कारण बन सकता है जो सही ढंग से फिट नहीं होते, जिससे निर्माताओं को मूल्यवान घटकों को फेंकने के लिए मजबूर होना पड़ता है।

काहिरा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने, श्रौक मग्रापी और अला एल-मोकाडेम के नेतृत्व में, इस विशिष्ट समस्या को हल करने के लिए एक वास्तविक उदाहरण का उपयोग करते हुए काम शुरू किया: निसान कार के दरवाजे का आंतरिक पैनल। उनका लक्ष्य केवल इस खिसकते हुए जोड़ को देखना नहीं था, बल्कि इसे शुरू में ही हिलने से रोकने का एक तरीका खोजना था। भारी मशीनरी या आकार देने की प्रक्रिया के दौरान लगाए जाने वाले बलों को बदलने के बजाय, उन्होंने एक आश्चर्यजनक रूप से सरल ज्यामितीय युक्ति प्रस्तावित की। उन्होंने महसूस किया कि यदि वेल्ड लाइन स्वाभाविक रूप से एक दिशा में हिलना चाहती है, तो वे वेल्ड किए जाने से पहले ही धातु की चादरों को ठीक विपरीत दिशा में काट सकते हैं। चादरों को एक घुमावदार पथ के साथ काटने के माध्यम से, जो भविष्य के बदलाव का पूर्वानुमान लगाता है, उन्होंने आशा की कि जब धातु को अंततः आकार में दबाया जाएगा, तो पूर्व-कटा हुआ वक्र स्वाभाविक आंदोलन को रद्द कर देगा, जिससे अंतिम जोड़ सीधा और सटीक बना रहेगा।

इस विचार का परीक्षण करने के लिए, टीम ने पहले एक मानक टेलर-वेल्डेड ब्लैंक बनाकर शुरुआत की जिसमें दो माइल्ड कार्बन स्टील की चादरों का उपयोग किया गया था, जिनमें से एक 1 मिलीमीटर मोटी और दूसरी 1.5 मिलीमीटर मोटी थी। उन्होंने इन चादरों को एक लेजर बीम का उपयोग करके आपस में जोड़ा, जो कार कारखानों में एक सामान्य विधि है और एक बहुत ही सटीक और संकीर्ण वेल्ड बनाती है। फिर उन्होंने इस सपाट, वेल्डेड चादर को एक आयताकार डाई और पंच से लैस एक बड़े हाइड्रोलिक प्रेस में रखा। जैसे ही मशीन ने धातु को कार के दरवाजे के निर्माण की नकल करने के लिए 4 सेंटीमीटर की गहराई तक दबाया, शोधकर्ताओं ने वेल्ड लाइन के क्या होते हैं, इस पर नज़र रखी। एक उच्च-सटीक तीन-आयामी (3D) लेजर स्कैनर का उपयोग करते हुए, उन्होंने वेल्ड लाइन की अंतिम स्थिति को मापा। जैसा कि अपेक्षित था, जोड़ बीच में नहीं रहा; यह मोटे हिस्से की ओर काफी मुड़ गया, जो अत्यधिक तनाव वाले क्षेत्रों में अपने मूल स्थान से कई मिलीमीटर दूर चला गया। इसने पुष्टि की कि मोटाई के अंतर के कारण धातु असमान रूप से प्रवाहित हुई, जिससे वेल्ड लाइन अपने साथ खिंच गई।

एक बार जब वे समझ गए कि जोड़ वास्तव में कितना और किस दिशा में हिला, तो शोधकर्ताओं ने अपनी नई रणनीति लागू की। उन्होंने स्टील की वैसी ही दो नई चादरें लीं और, उन्हें सीधा काटने के बजाय, एक फाइबर लेजर कटर का उपयोग करके एक घुमावदार पथ के साथ काटा। यह वक्र इस तरह डिज़ाइन किया गया था कि वह अभी-अभी मापे गए मूवमेंट का दर्पण प्रतिबिंब (mirror image) हो। यदि जोड़ मोटे पक्ष की ओर बढ़ा था, तो उन्होंने चादरों को इस तरह काटा कि जोड़ पतले पक्ष के करीब से शुरू हो। फिर उन्होंने इन पूर्व-कटे हुए चादरों को वेल्ड किया और उन्हें उसी डीप ड्राइंग प्रक्रिया से गुजारा। परिणाम तत्काल और स्पष्ट थे। पूर्व-कटे वक्र ने धातु के स्वाभाविक रूप से खिसकने की प्रवृत्ति की भरपाई कर दी। जब भाग बनकर तैयार हुआ, तो वेल्ड लाइन पहले की तुलना में बहुत सीधी थी, जो अपने इच्छित केंद्र के बहुत करीब रही।

टीम ने केवल एक प्रयास पर काम नहीं रोका। उन्होंने सावधानीपूर्वक समायोजन की प्रक्रिया के माध्यम से अपने तरीके को परिष्कृत किया, जिसका अर्थ था यह देखना कि क्या वे और भी बेहतर परिणाम प्राप्त कर सकते हैं। उन्होंने पाया कि अपने पूर्व-कटे वक्र की गहराई को थोड़ा और बढ़ाकर, वे शेष गति को और कम कर सकते थे, जिससे अंतिम वेल्ड लाइन औद्योगिक उत्पादन के लिए आवश्यक सख्त ज्यामितीय सीमाओं के भीतर आ गई। अपने निष्कर्षों को विश्वसनीय बनाने के लिए, उन्होंने पूरी प्रक्रिया का एक विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन भी बनाया। इस डिजिटल मॉडल ने, जिसमें अलग-अलग मोटाई और शामिल बलों का हिसाब रखा गया था, वेल्ड लाइन के संचलन की उच्च सटीकता के साथ भविष्यवाणी की, जो शोधकर्ताओं द्वारा भौतिक प्रयोगों में देखे गए परिणामों से मेल खाती थी। कंप्यूटर मॉडल और वास्तविक दुनिया के परीक्षणों के बीच यह सहमति बताती है कि इंजीनियर अब हर भिन्नता के लिए भौतिक रूप से परीक्षण और निर्माण किए बिना इन बदलावों की भविष्यवाणी और नियंत्रण करने के लिए ऐसे सिमुलेशन पर भरोसा कर सकते हैं।

केवल आकार को ठीक करने के अलावा, शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि तनाव के तहत वेल्ड खुद कैसा व्यवहार करता है। उन्होंने अलग-अलग दिशाओं में वेल्ड किए गए धातु के नमूनों को खींचा ताकि यह देखा जा सके कि जोड़ कैसे व्यवहार करता है। उन्होंने पाया कि जब बल वेल्ड लाइन के समानांतर लगाया गया, तो सामग्री लगभग स्टील के एक ठोस, बिना वेल्ड किए गए टुकड़े की तरह व्यवहार करती है। हालांकि, जब बल वेल्ड के लंबवत (perpendicular) लगाया गया, तो जोड़ कमजोरी का बिंदु बन गया, जिसने टूटने से पहले फैलने की कम क्षमता दिखाई। यह उजागर करता है कि अंतिम भाग की मजबूती के लिए वेल्ड का ओरिएंटेशन (orientation) बहुत मायने रखता है। अध्ययन इस निष्कर्ष पर पहुँचता है कि केवल धातु के आकार को बदलकर, निर्माता यह नियंत्रित कर सकते हैं कि जोड़ कहाँ समाप्त होता है। यह दृष्टिकोण बिना किसी महंगी नई मशीनरी या प्रेसिंग प्रक्रिया में जटिल समायोजन के, उच्च गुणवत्ता वाले कार पुर्जों का उत्पादन करने का एक व्यावहारिक और लागत प्रभावी तरीका प्रदान करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि भविष्य के हल्के, कुशल वाहनों का निर्माण अधिक सटीकता और कम दोषों के साथ किया जा सके।