टाइटेनियम मिश्र धातुअपने अनूठे फायदों के साथ, विमानन, एयरोस्पेस और स्वास्थ्य सेवा जैसे क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। हाल के वर्षों में, वे 3सी उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में भी उभरे हैं, जिनका उपयोग कई सबसे अधिक बिकने वाले हाईएंड स्मार्टफोन के बॉडी और संरचनात्मक घटकों में किया जा रहा है।
टाइटेनियम मिश्र धातु हल्के वजन, उच्च शक्ति और आकर्षक फिनिश जैसे प्रदर्शन लाभ प्रदान करते हैं, जो स्मार्टफोन के सौंदर्य डिजाइन को बढ़ाने और उनके वजन को काफी कम करने में मदद करते हैं। उनसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स सामग्री नवाचार में अग्रणी प्रवृत्ति बनने की उम्मीद है। हालाँकि, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की मशीनिंग की कठिनाई लंबे समय से इंजीनियरों और तकनीशियनों के लिए एक चुनौती बनी हुई है।
टाइटेनियम मिश्र धातु की मशीनिंग में चुनौतियाँ
1. तापमान एकाग्रता
अधिकांश टाइटेनियम मिश्र धातुओं में बेहद कम तापीय चालकता होती है -स्टील की केवल 1/7, एल्यूमीनियम की 1/16 और तांबे की 1/25। परिणामस्वरूप, काटने की प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न गर्मी आसानी से नष्ट नहीं होती बल्कि काटने वाले क्षेत्र में केंद्रित हो जाती है। कटिंग एज पर तापमान 1,000 डिग्री तक बढ़ सकता है, जिससे उपकरण तेजी से खराब हो सकता है, टूट सकता है और चिप बन सकती है, जिससे उपकरण का जीवन छोटा हो जाता है।
उच्च काटने का तापमान काटने के किनारे पर केंद्रित होता है, जिससे गर्मी का अपव्यय मुश्किल हो जाता है और उपकरण तेजी से खराब हो जाता है। ये उच्च तापमान टाइटेनियम मिश्र धातु भागों की सतह की अखंडता से भी समझौता करते हैं, उनकी ज्यामितीय सटीकता को कम करते हैं, और काम को सख्त बनाते हैं, जिससे उनकी थकान शक्ति काफी कम हो जाती है।
2. लोचदार विरूपण
टाइटेनियम मिश्र धातुओं में लोच का अपेक्षाकृत कम मापांक होता है; उदाहरण के लिए, TC4 के लिए लोच का मापांक केवल 110 GPa है, जबकि 45 स्टील का 210 GPa है, और 303, 304 और 316 जैसे स्टेनलेस स्टील का भी लगभग 200 GPa है। जब टाइटेनियम मिश्र धातु की मशीनिंग की जाती है, तो लोचदार विरूपण होने की संभावना होती है, खासकर जब मशीनिंग पतली -}दीवार वाले या रिंग के आकार के हिस्सों की होती है। मशीनिंग के दौरान, पतली दीवार वाले हिस्सों में स्थानीयकृत विरूपण लोचदार सीमा से अधिक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्लास्टिक विरूपण होता है और काटने के बिंदु पर सामग्री की ताकत और कठोरता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।
दबाव काटने से वर्कपीस में लोचदार विरूपण और पलटाव होता है, जिससे उपकरण और वर्कपीस के बीच घर्षण बढ़ता है, अतिरिक्त गर्मी पैदा होती है, और टाइटेनियम मिश्र धातु की खराब तापीय चालकता की समस्या बढ़ जाती है।
3. उच्च आत्मीयता
टाइटेनियम मिश्र धातुओं में उच्च बंधुता होती है, जिससे मोड़ने और ड्रिलिंग के दौरान लंबे समय तक निरंतर चिप्स बनाना आसान हो जाता है। ये चिप्स उपकरण के चारों ओर लपेट सकते हैं और इसके कार्य को ख़राब कर सकते हैं। अत्यधिक काटने की गहराई से उपकरण आसानी से चिपक सकता है, जल सकता है या टूट सकता है।
यह आत्मीयता कई क्षेत्रों में अत्यधिक मूल्यवान है; उदाहरण के लिए, आयन पंपों में, टाइटेनियम का उपयोग कैथोड प्लेट के रूप में किया जाता है। जब टाइटेनियम परमाणुओं को एनोड ट्यूब की भीतरी दीवार पर छिड़का जाता है, तो वे गैस अणुओं को सोख लेते हैं, जिससे एक अति उच्च वैक्यूम वातावरण बनता है।
4. कंपन
टाइटेनियम मिश्र धातुओं की लोच आंशिक प्रदर्शन के लिए फायदेमंद हो सकती है, लेकिन काटने की प्रक्रिया के दौरान, यह कंपन का एक प्रमुख कारण बन जाती है। टाइटेनियम मिश्र धातु की मशीनिंग करते समय उत्पन्न कंपन स्टील की तुलना में 10 गुना अधिक होता है। चूंकि काटने की गर्मी काटने वाले क्षेत्र में केंद्रित होती है, दांतेदार चिप्स उत्पन्न होते हैं, जिससे काटने की शक्ति में उतार-चढ़ाव होता है।
कठिन मशीन टाइटेनियम मिश्र धातु के लिए प्रति उपाय
1. ठंडा करना
उच्च काटने वाले तापमान को कम करने के लिए शीतलक का उपयोग करें। आम तौर पर, गैर-घुलनशील तेल-आधारित शीतलक कम गति, भारी लोड काटने के लिए उपयुक्त होते हैं, जबकि घुलनशील तेल-आधारित शीतलक उच्च-गति वाले काटने के लिए उपयुक्त होते हैं।
इसके अतिरिक्त, निम्न तापमान काटने के तरीकों को नियोजित किया जा सकता है, जैसे तरल नाइट्रोजन (-180 डिग्री) या तरल CO₂ (-76 डिग्री) को काटने वाले तरल पदार्थ के रूप में उपयोग करना। यह काटने वाले क्षेत्र में तापमान को प्रभावी ढंग से कम करता है, सतह की फिनिश में सुधार करता है और उपकरण के जीवन को बढ़ाता है।
2. सही कटिंग टूल्स का चयन करना
उपयुक्त काटने के उपकरण चुनने से मशीनिंग दक्षता में काफी सुधार हो सकता है। चूंकि टाइटेनियम मिश्र धातुओं में गर्मी मुख्य रूप से चिप्स के बजाय कटिंग एज और शीतलक के माध्यम से नष्ट हो जाती है, जैसा कि स्टील के मामले में होता है, कटिंग एज के एक छोटे से हिस्से को अत्यधिक थर्मल और यांत्रिक तनाव का सामना करना पड़ता है। तेज़ धार बनाए रखने से काटने की ताकत कम हो जाती है।
इसके अलावा, पॉलिश की गई बांसुरी का उत्पादन करने वाली पीसने की तकनीक और उच्च सकारात्मक रेक कोणों के साथ इंडेक्सेबल इंसर्ट का उपयोग भी काटने के दबाव को कम करने में मदद करता है।
यदि आवश्यक हो, तो मिश्र धातु की चिपचिपाहट को कम करने और अत्यधिक लंबे चिप्स को तोड़ने के लिए लेपित काटने वाले उपकरणों का भी उपयोग किया जा सकता है। यह न केवल चिप निकासी के दौरान घर्षण को कम करता है बल्कि मशीनिंग के दौरान उत्पन्न गर्मी को नियंत्रित करने में भी मदद करता है।
3. एक स्थिर फ़ीड दर बनाए रखें या फ़ीड दर बढ़ाएँ
मशीनिंग के दौरान टाइटेनियम मिश्र धातुओं के सख्त होने की संभावना होती है; यानी काटने के दौरान उनकी कठोरता बढ़ जाती है, जिससे उपकरण जल्दी घिस जाता है। इसलिए, कार्य कठोरता को कम करने के लिए निरंतर फ़ीड दर बनाए रखना महत्वपूर्ण है।
बेशक, यदि उपकरण क्षमताएं अनुमति देती हैं, तो आप फ़ीड दर बढ़ाने का प्रयास कर सकते हैं। ऐसा करने से उपकरण द्वारा मशीनिंग क्षेत्र में बिताया जाने वाला समय कम हो जाता है, जिससे गर्मी का जमाव कम हो जाता है और काम सख्त होने की संभावना कम हो जाती है।
4. काटने की गति कम करें
गर्मी उत्पादन को नियंत्रित करने के लिए, ऐसी काटने की गति का उपयोग करें जो टाइटेनियम मिश्र धातुओं की मशीनिंग करते समय स्टील के लिए उपयोग की जाने वाली गति की एक तिहाई या उससे कम हो।
5. प्रक्रिया के आधार पर टूल्स का चयन करें
जब टाइटेनियम मिश्र धातु की मशीनिंग की जाती है, तो सिरेमिक, टाइटेनियम कार्बाइड और टाइटेनियम नाइट्राइड कोटिंग वाले उपकरणों का उपकरण जीवन अपेक्षाकृत कम होता है। आम तौर पर, उच्च मात्रा वाले टाइटेनियम मिश्र धातु मशीनिंग के लिए, कठोर स्टील उपकरण पसंदीदा विकल्प होते हैं; कम मात्रा में उत्पादन के लिए उच्च गति वाले सीमेंटेड कार्बाइड उपकरण अधिक उपयुक्त होते हैं।
वर्तमान में, अल्ट्रासोनिक मशीनिंग तकनीक विकास के अधीन है, जिसका उद्देश्य उपकरण और वर्कपीस के बीच संपर्क समय को कम करके उपकरण जीवन का विस्तार करना है।
6. उच्च कठोरता वाले मशीन टूल्स का उपयोग करें
टाइटेनियम मिश्र धातुओं की सफल मशीनिंग के लिए उच्च कठोरता वाले मशीन टूल्स महत्वपूर्ण हैं। टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए एक आदर्श मिलिंग मशीन कठोर होनी चाहिए, जिसमें एक स्पिंडल कम गति और उच्च टॉर्क पर काम करने में सक्षम हो ताकि कंपन को अवशोषित किया जा सके और काटने की प्रक्रिया के दौरान बकबक को कम किया जा सके।
7. नियमित सफाई
चिप निर्माण को रोकने के लिए मशीनिंग उपकरण और काटने वाले उपकरणों को नियमित रूप से साफ करें, जो मशीनिंग परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं।
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