फोर्जिंग प्रक्रिया की व्याख्या: प्रकार और तकनीकें

1.0फोर्जिंग की परिभाषा और मुख्य विशेषताएं

फोर्जिंग एक निर्माण प्रक्रिया है जिसमें स्थानीय संपीड़न बलों का उपयोग करके धातु को आकार दिया जाता है। यह आघात हथौड़े (अक्सर पावर हैमर) या डाई से किया जाता है। फोर्जिंग को अक्सर उस तापमान के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है जिस पर इसे किया जाता है: शीत फोर्जिंग (एक प्रकार का शीत कर्म), उष्ण फोर्जिंग, या उष्ण फोर्जिंग (एक प्रकार का उष्ण कर्म)। बाद के दो प्रकारों में, धातु को आमतौर पर एक फोर्ज में गर्म किया जाता है। फोर्ज किए गए पुर्जों का वजन एक किलोग्राम से लेकर सैकड़ों मीट्रिक टन तक हो सकता है। सहस्राब्दियों से लोहारों द्वारा फोर्जिंग का काम किया जाता रहा है; पारंपरिक उत्पाद रसोई के बर्तन, हार्डवेयर, हाथ के औजार, धारदार हथियार, झांझ और आभूषण थे।

औद्योगिक क्रांति के बाद से, जहाँ भी किसी घटक को उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है, वहाँ तंत्रों और मशीनों में जाली पुर्जों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है; ऐसी फोर्जिंग में आमतौर पर एक तैयार पुर्जे को प्राप्त करने के लिए अतिरिक्त प्रसंस्करण (जैसे मशीनिंग) की आवश्यकता होती है। आज, फोर्जिंग एक प्रमुख वैश्विक उद्योग है।

2.0फोर्जिंग तापमान द्वारा वर्गीकरण

तापमान वर्गीकरण का प्राथमिक आधार धातु का पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान है—वह महत्वपूर्ण बिंदु जिस पर परमाणु पुनर्व्यवस्थित होकर नए कण बनाते हैं। इसके आधार पर, फोर्जिंग को गर्म फोर्जिंग, गर्म फोर्जिंग और ठंडी फोर्जिंग में विभाजित किया जा सकता है।

2.1गर्म फोर्जिंग

• तापमान की रेंज: स्टील के लिए, आमतौर पर 950-1260°C (विभिन्न धातुओं और मिश्र धातुओं के साथ भिन्न होता है)।
• प्रमुख विशेषताऐं:
  • उत्कृष्ट धातु प्लास्टिसिटी, अच्छी रूप-निर्माण क्षमता, और कम निर्माण बल।
  • पुनःक्रिस्टलीकरण द्वारा कार्य कठोरता की भरपाई हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप आंतरिक तनाव कम हो जाता है।
  • ऑक्साइड स्केल उत्पन्न हो सकता है, जिससे सतह की फिनिश और आयामी सटीकता कम हो सकती है।
• अनुप्रयोग: बड़े फोर्जिंग (जैसे, शाफ्ट, हब), उच्च-शक्ति मिश्रधातुओं का रफ फॉर्मिंग। थोक उत्पादन के लिए उपयुक्त जहाँ उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता नहीं होती।

2.2गर्म फोर्जिंग

• तापमान की रेंज: पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान से नीचे लेकिन शीत फोर्जिंग सीमा से ऊपर। स्टील के लिए, आमतौर पर 650-950°C।
• प्रमुख विशेषताऐं:
  • न्यूनतम या कोई स्केल नहीं, गर्म फोर्जिंग की तुलना में बेहतर सतह खत्म।
  • गर्म और ठंडे फोर्जिंग के बीच आयामी सटीकता, ठंडे फोर्जिंग की तुलना में कम बल का निर्माण।
  • गर्म फोर्जिंग की तुलना में इसकी आकार-क्षमता थोड़ी कम होती है; दरार को रोकने के लिए सटीक तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है।
• अनुप्रयोग: मध्यम से छोटे परिशुद्धता वाले भाग जैसे गियर ब्लैंक, जहां सतह की गुणवत्ता की आवश्यकता होती है, लेकिन अत्यधिक शीत फोर्जिंग परिशुद्धता अनावश्यक होती है।

3.0डाई बाधा द्वारा वर्गीकरण

फोर्जिंग को डाई संलग्नक की सीमा के अनुसार भी वर्गीकृत किया जा सकता है: ओपन-डाई फोर्जिंग और क्लोज्ड-डाई फोर्जिंग।

4.0उपकरण और संचालन द्वारा वर्गीकरण

4.1ड्रॉप फोर्जिंग

• सिद्धांत: ड्रॉप फोर्जिंग में भाप, हाइड्रोलिक, न्यूमेटिक या इलेक्ट्रिक ड्राइव से चलने वाले हथौड़े या रैम का इस्तेमाल होता है, जो वर्कपीस पर गिरकर उसे तुरंत विकृत कर देता है। ओपन-डाई और क्लोज्ड-डाई, दोनों प्रकार के होते हैं। ओपन-डाई फोर्जिंग में वर्कपीस को मैन्युअल रूप से पुनः व्यवस्थित करना पड़ता है, जबकि क्लोज्ड-डाई फोर्जिंग में अतिरिक्त सामग्री को फ्लैश के रूप में प्रवाहित किया जा सकता है। आधुनिक व्यवस्थाओं में अक्सर वायवीय फोर्जिंग पावर हैमर नियंत्रित, उच्च आवृत्ति प्रभाव प्रदान करने, स्थिरता में सुधार करने और ऑपरेटर की थकान को कम करने के लिए।
• अनुप्रयोग: शाफ्ट, कृषि उपकरण और यांत्रिक घटकों जैसे मध्यम से छोटे पुर्जों के लिए आदर्श। ओपन-डाई ड्रॉप फोर्जिंग से बड़े या अनियमित आकार बनाए जा सकते हैं जहाँ अनाज के प्रवाह की दिशा महत्वपूर्ण होती है।
• लाभ एवं सीमाएँ: तीव्र विरूपण, मजबूत दिशात्मक गुण; हालांकि, आयामी सटीकता ऑपरेटर कौशल पर निर्भर करती है, और बंद-डाई फोर्जिंग के लिए फ्लैश ट्रिमिंग की आवश्यकता होती है।

4.2प्रेस फोर्जिंग

• सिद्धांत: प्रेस फोर्जिंग में प्रभाव के बजाय धीमा, निरंतर दबाव डाला जाता है, जिससे धातु का एकसमान विरूपण होता है। इसे यांत्रिक या हाइड्रोलिक प्रेस के साथ खुले या बंद डाई का उपयोग करके किया जा सकता है।
• अनुप्रयोग: बड़े या जटिल घटकों के लिए उपयुक्त, जिसमें क्रैंकशाफ्ट, कनेक्टिंग रॉड और संरचनात्मक भाग शामिल हैं, जिनमें समान तनाव वितरण की आवश्यकता होती है।
• लाभ: नियंत्रित विरूपण, बेहतर सतह परिष्करण, गर्म डाई के साथ बेहतर विवरण सटीकता।
• सीमाएँ: ड्रॉप फोर्जिंग की तुलना में धीमी और प्रारंभिक उपकरण लागत अधिक।

4.4स्वचालित गर्म फोर्जिंग

• सिद्धांत: स्वचालित हॉट फोर्जिंग लाइनें कई स्टेशनों पर हीटिंग, डिस्केलिंग, शियरिंग और फोर्जिंग को एक साथ जोड़ती हैं। फ्लैशलेस प्रक्रियाएँ सामग्री की बर्बादी को कम करती हैं और दक्षता में सुधार करती हैं।
• अनुप्रयोग: ऑटोमोटिव घटकों जैसे छोटे से मध्यम सममित भागों का उच्च मात्रा में उत्पादन।
• लाभ एवं सीमाएँ: उच्च प्रवाह क्षमता, निरंतर गुणवत्ता; उत्पादन दर और सहनशीलता भाग की ज्यामिति पर निर्भर करती है। उपकरण निवेश करोड़ों डॉलर का होता है, और लाइनें आमतौर पर छोटे सममित टुकड़ों के लिए डिज़ाइन की जाती हैं।

कई आधुनिक सीएनसी रोल फोर्जिंग मशीनें सटीक विरूपण को नियंत्रित करने और बड़े बैचों में दोहराव सुनिश्चित करने के लिए स्वचालित हॉट फोर्जिंग लाइनों में नियोजित किया जाता है।

4.8प्रेरण फोर्जिंग

• सिद्धांत: विद्युतचुंबकीय प्रेरण फोर्जिंग से पहले बिलेट्स को तेजी से और स्थानीय रूप से गर्म करता है, जिसे अक्सर ड्रॉप या प्रेस फोर्जिंग के साथ जोड़ा जाता है।
• अनुप्रयोग: ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस घटकों को स्थानीयकृत उच्च तापमान विरूपण की आवश्यकता होती है।
• लाभ: कुशल तापन, कम पैमाना, सुसंगत प्रक्रिया; गर्म क्षेत्रों पर सटीक नियंत्रण।
• सीमाएँ: उच्च उपकरण निवेश; वर्कपीस आकार और कुंडल डिजाइन द्वारा सीमित।

5.0फोर्जिंग में सहायक प्रक्रियाएं

किसी गढ़े हुए घटक का अंतिम प्रदर्शन न केवल निर्माण प्रक्रिया पर निर्भर करता है, बल्कि धातुकर्म गुणवत्ता को अनुकूलित करने के लिए डिज़ाइन की गई सहायक प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला पर भी निर्भर करता है। प्रमुख सहायक तकनीकों में एनीलिंग, टेम्परिंग और डाई लुब्रिकेशन शामिल हैं:

तापानुशीतन:

• उद्देश्य: धातु की तन्यता और मशीनीकरण क्षमता में सुधार, फोर्जिंग के दौरान उत्पन्न आंतरिक तनाव से राहत, और कठोरता को कम करना।
• प्रक्रिया: फोर्जिंग को या तो पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान (पोस्ट-हॉट फोर्जिंग) से ऊपर या उससे नीचे (प्री-कोल्ड फोर्जिंग) गर्म किया जाता है, एक निश्चित अवधि तक रखा जाता है, और फिर नियंत्रित तरीके से ठंडा किया जाता है। शीतलन दर समायोजन का उपयोग कणों के आकार को परिष्कृत करने के लिए किया जाता है, जहाँ बारीक कण कठोरता में सुधार करते हैं।
• आवेदन पत्र:पोस्ट-हॉट फोर्जिंग एनीलिंग, आगामी मशीनिंग के दौरान दरारों को रोकता है, जबकि प्री-कोल्ड फोर्जिंग स्फेरोइडाइजिंग एनीलिंग, पर्लाइटिक संरचनाओं को परिष्कृत करता है, लचीलापन में सुधार करता है, और निर्माण भार को कम करता है।

तड़का:

• उद्देश्य:फोर्जिंग की कठोरता और मजबूती को संतुलित करें, शमन के बाद भंगुरता को कम करें, और आयामी सटीकता को स्थिर करें।
• प्रक्रिया:क्वेंच्ड फोर्जिंग को क्रांतिक बिंदु (स्टील के लिए आमतौर पर 200-600 डिग्री सेल्सियस) से नीचे के तापमान पर पुनः गर्म किया जाता है, एक निश्चित अवधि तक रखा जाता है, और फिर ठंडा किया जाता है। उच्च टेम्परिंग तापमान के साथ कठोरता कम होती जाती है और दृढ़ता बढ़ती जाती है।
• आवेदन पत्र:प्रभाव या चक्रीय भार के अधीन घटकों (जैसे, क्रैंकशाफ्ट, गियर) को उच्च शक्ति और उच्च कठोरता का संयोजन प्राप्त करने के लिए टेम्परिंग की आवश्यकता होती है।

डाई स्नेहन:

• समारोह:धातु और डाई के बीच घर्षण को कम करना, सतही दोषों या बैरल के आकार के विरूपण को रोकना, जबकि डाई का जीवन बढ़ाना और गुहा विवरण में उचित धातु प्रवाह की सुविधा प्रदान करना।
• आवश्यकताएं:गर्म फोर्जिंग के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी स्नेहक (जैसे, ग्रेफाइट आधारित) की आवश्यकता होती है, जबकि ठंडी फोर्जिंग के लिए कम घर्षण वाले, आसानी से हटाए जा सकने वाले स्नेहक (जैसे, धात्विक साबुन आधारित) की आवश्यकता होती है।

6.0फोर्जिंग के लिए धातुओं का चयन

लगभग सभी धातुओं और मिश्र धातुओं को गढ़ा जा सकता है, लेकिन सामग्री का चुनाव इच्छित अनुप्रयोग और तैयार घटक की प्रदर्शन आवश्यकताओं पर निर्भर करता है। सामान्य औद्योगिक धातुएँ और उनकी विशेषताएँ इस प्रकार हैं:

6.1फोर्जिंग बनाम अन्य विनिर्माण प्रक्रियाएं

फोर्जिंग के लाभ ठोस अवस्था प्लास्टिक विरूपण और अनुकूलित कण संरचना से उत्पन्न होते हैं। इनके गुण ढले हुए, वेल्डेड और मशीनीकृत उत्पादों से काफ़ी भिन्न होते हैं:

फोर्जिंग बनाम कास्टिंग

फोर्जिंग बनाम वेल्डेड असेंबली:

• ताकत:फोर्जिंग एकल-टुकड़ा संरचनाएँ होती हैं जिनमें वेल्ड सीम दोष (जैसे, छिद्रण, अपूर्ण संलयन) नहीं होते, और ये निरंतर प्रभाव और थकान प्रतिरोध प्रदान करती हैं। वेल्डेड असेंबली में वेल्ड "कमजोर बिंदु" होते हैं जो तनाव सांद्रता के तहत दरार पड़ने की संभावना रखते हैं।
• सामग्री उपयोग:फोर्जिंग में न्यूनतम स्क्रैप के साथ विरूपण के माध्यम से आकार प्राप्त होता है। वेल्डेड संरचनाओं के लिए कई टुकड़ों को काटने और जोड़ने की आवश्यकता होती है, जिससे सामग्री का अधिक नुकसान होता है।
• उत्पादन क्षमता:बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए फोर्जिंग को अत्यधिक स्वचालित किया जा सकता है, जबकि वेल्डेड असेंबलियों के लिए मैनुअल या रोबोटिक वेल्डिंग की आवश्यकता होती है, साथ ही अतिरिक्त गैर-विनाशकारी परीक्षण (जैसे, एक्स-रे निरीक्षण) की आवश्यकता होती है, जिससे प्रक्रिया की जटिलता बढ़ जाती है।

फोर्जिंग बनाम मशीनीकृत बार स्टॉक:

• अनाज संरचना:फोर्जिंग में, कण प्रवाह भाग की ज्यामिति का अनुसरण करता है, जिससे दिशात्मक शक्ति बढ़ती है। मशीनिंग कण को काटकर थकान प्रतिरोध को कम करती है।
• आकार सीमा:फोर्जिंग से 1 इंच से लेकर 450 टन से अधिक तक के घटकों का उत्पादन किया जा सकता है, जबकि मशीनिंग उपलब्ध स्टॉक आकारों द्वारा सीमित होती है।
• लागत:निकट-शुद्ध आकार वाली फोर्जिंग से बाद में मशीनिंग कम हो जाती है, जिससे बड़े पैमाने पर उत्पादन की लागत कम हो जाती है। मशीनिंग अपशिष्ट कच्चे माल के 30-50% तक पहुँच सकता है।

7.0सामान्य फोर्जिंग दोष और उनके कारण

यद्यपि फोर्जिंग एक परिपक्व और सुस्थापित प्रक्रिया है, फिर भी डिज़ाइन संबंधी खामियों, परिचालन संबंधी त्रुटियों या सामग्री संबंधी समस्याओं के कारण दोष उत्पन्न हो सकते हैं। फोर्जिंग दोषों के प्रमुख प्रकार, उनकी अभिव्यक्तियाँ और मूल कारण संक्षेप में इस प्रकार हैं:

7.1कोर फोर्जिंग उपकरण

फोर्जिंग उपकरणों का चयन प्रक्रिया के प्रकार और घटक के आकार पर निर्भर करता है। प्रमुख मशीनरी और उनके कार्यों में शामिल हैं:

• फोर्जिंग भट्ठी: आवश्यक फोर्जिंग तापमान प्रदान करता है। आधुनिक प्रणालियाँ मुख्यतः गैस या विद्युत तापन का उपयोग करती हैं। स्वचालित हॉट फोर्जिंग या इंडक्शन फोर्जिंग में प्रयुक्त इंडक्शन भट्टियाँ, तीव्र और स्थानीय तापन को संभव बनाती हैं।
• पावर हैमर: ड्रॉप फोर्जिंग के लिए प्राथमिक उपकरण। शक्ति स्रोत के आधार पर स्टीम हैमर, हाइड्रोलिक हैमर और इलेक्ट्रिक हैमर में वर्गीकृत। रैम का भार लगभग 230 किलोग्राम (छोटे पैमाने पर) से लेकर कई टन (बड़े पैमाने पर) तक होता है, जो उच्च-प्रभाव विरूपण बल प्रदान करता है।
• प्रेस मशीन: औद्योगिक प्रेसों की क्षमता कुछ टन से लेकर कई हजार टन तक होती है; अत्यधिक बड़ी प्रेसों की क्षमता दसियों हजार टन तक हो सकती है, लेकिन ये दुर्लभ हैं।
• परेशान करने वाली मशीन: अपसेटिंग कार्यों के लिए डिज़ाइन किए गए विशेष क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर प्रेस। बहु-गुहा विभाजित डाई से सुसज्जित, ये मशीनें स्वचालित वर्कपीस स्थानांतरण और निरंतर निर्माण की अनुमति देती हैं।
• रिंग रोलिंग मिल: रिंग फोर्जिंग के लिए समर्पित उपकरण, जिसमें ड्राइव रोल, मैंड्रेल रोल और गाइड रोल शामिल हैं। रिंग का आंतरिक व्यास, बाहरी व्यास और ऊँचाई रोल के बीच की दूरी को समायोजित करके नियंत्रित की जाती है।
• रोल फोर्जिंग मशीन: इसमें एक या एक से अधिक खांचेदार रोल होते हैं। रोल के घूमने से धातु विकृत हो जाती है, जिससे यह प्रणाली छड़ों या शाफ्ट जैसे लंबे घटकों की निरंतर फोर्जिंग के लिए उपयुक्त हो जाती है।

8.0अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (एफएक्यू)

प्रश्न 1: ड्रॉप फोर्जिंग और प्रेस फोर्जिंग के बीच मुख्य अंतर क्या है?

उत्तर: ड्रॉप फोर्जिंग में तात्कालिक प्रभाव डालने के लिए हथौड़े का उपयोग किया जाता है, जिससे यह छोटे से मध्यम आकार के भागों के लिए उपयुक्त हो जाता है, जिनमें मज़बूत दिशात्मक अनाज प्रवाह होता है। प्रेस फोर्जिंग में धीमा, निरंतर दबाव डाला जाता है, जिससे बड़े या जटिल घटकों पर एक समान विरूपण और बेहतर नियंत्रण प्राप्त होता है।

प्रश्न 2: उच्च परिशुद्धता शाफ्ट उत्पादन के लिए कौन सी मशीनों का उपयोग किया जाता है?

उत्तर: शाफ्ट और लम्बे घटकों के लिए अक्सर सटीक आयामी नियंत्रण और निरंतर ग्रेन प्रवाह के लिए सीएनसी रोल फोर्जिंग मशीनों का उपयोग किया जाता है। पतले या स्टेप्ड शाफ्ट के लिए, एक क्रॉस वेज रोलिंग मशीन अंतिम फोर्जिंग से पहले न्यूनतम सामग्री अपशिष्ट के साथ बार को पूर्व-निर्मित कर सकती है।

प्रश्न 3: सीमलेस रिंग्स का उत्पादन कैसे किया जाता है और कौन सी मशीनों का उपयोग किया जाता है?

उत्तर: घूमते हुए रोल्स के बीच खोखले बिलेट्स को फैलाकर सीमलेस रिंग्स बनाई जाती हैं। छोटे से मध्यम आकार के रिंग्स के लिए आमतौर पर सीएनसी रिंग रोलिंग मशीन का इस्तेमाल होता है, जबकि व्यास और ऊँचाई दोनों पर नियंत्रण रखने वाले बड़े रिंग्स के लिए रेडियल और एक्सियल रिंग रोलिंग मशीनों का इस्तेमाल होता है।

प्रश्न 4: इन फोर्जिंग प्रक्रियाओं के लिए कौन सी सामग्री उपयुक्त हैं?

उत्तर: सामान्य धातुओं में कार्बन और मिश्र धातु इस्पात, स्टेनलेस स्टील, एल्युमीनियम, तांबा और टाइटेनियम जैसे उच्च-प्रदर्शन मिश्र धातु शामिल हैं। चुनाव भाग के आकार, आवश्यक यांत्रिक गुणों और फोर्जिंग प्रक्रिया (गर्म, गर्म या ठंडा) के साथ अनुकूलता पर निर्भर करता है।

प्रश्न 5: सीएनसी रोल फोर्जिंग मशीन और पारंपरिक रोल फोर्जिंग सेटअप के बीच क्या अंतर है?

उत्तर: एक सीएनसी रोल फोर्जिंग मशीन रोल की गति, गैप और बिलेट रोटेशन पर सटीक नियंत्रण प्रदान करती है, जिससे निरंतर आयामी सटीकता और बार-बार होने वाला ग्रेन फ्लो सुनिश्चित होता है। पारंपरिक रोल फोर्जिंग अक्सर मैन्युअल समायोजन और ऑपरेटर के अनुभव पर निर्भर करती है, जिससे उच्च-मात्रा, उच्च-परिशुद्धता वाला उत्पादन अधिक चुनौतीपूर्ण हो जाता है।

 

संदर्भ

https://en.wikipedia.org/wiki/Forging

https://www.tfgusa.com/resources/metal-forging-processes-methods/

https://www.iqsdirectory.com/articles/forging.html

https://www.compass-anvil.com/forging-vs-casting