टूलिंग: कास्ट आयर्न टर्निंगसाठी ISO इन्सर्ट

Udyam Prkashan Marathi    30-Nov-2019
Total Views |
 
कास्ट आयर्न 
 
लोखंड सुमारे 1400° से.ला वितळते आणि मोल्डमध्ये ओतता येते. त्यामुळे त्याचे अपेक्षित आकार बनविणे तुलनेने सोपे असते. कास्ट आयर्नमध्ये कार्बनचे प्रमाण 2.1 ते 6.7% असते. कास्ट आयर्नचे ग्रे कास्ट आयर्न आणि डक्टाइल कास्ट आयर्न हे दोन्ही प्रकार अनेक यंत्रभागांसाठी वापरले जातात.
 
ग्रे कास्ट आयर्न  
 
नेहमी वापरात असणार्‍या कास्ट आयर्नला ग्रे कास्ट आयर्न असे संबोधले जाते. याच्या पृष्ठभागाचा रंग राखाडी/ करडा असून त्याचा झीजरोधक गुणधर्म चांगला असतो. कारण यातील ग्रॅफाइटचे कण फ्लेक्सच्या आकाराचे असून कार्यवस्तुच्या पृष्ठभागावरील मोठे क्षेत्र व्यापत वंगणाचे काम करतात. परंतु, त्यांच्यामुळे लोहाचे कण विभागले गेल्याने कास्ट आयर्न ठिसूळ बनते आणि कंपने सहन करण्याची शक्ती वाढते. त्यामुळे मशिनचे बेड किंवा इंजिनचे हादरा बसणारे भाग या धातुपासून बनवितात. यातून कमी जाडीचे भाग बनविता येत असल्याने वस्तू त्याच शक्तीच्या परंतु कमी वजनाच्या बनू शकतात. ग्रे कास्ट आयर्नची सूक्ष्म संरचना (मायक्रो स्ट्रक्चर) चित्र क्र. 1 मध्ये दाखविली असून मुक्त ग्रॅफाइट काळ्या रंगाने दाखविले आहेत. 
 
 
 
डक्टाइल कास्ट आयर्न
 
या प्रकारच्या कास्ट आयर्नमध्ये टेन्साइल स्ट्रेंग्थ जास्त असते. म्हणून त्याला डक्टाइल कास्ट आयर्न म्हणतात. त्यालाच ‘स्फेरॉयडल ग्रॅफाइट’ कास्ट आयर्न किंवा ‘नोड्युलर’ कास्ट आयर्न या नावानेही ओळखले जाते. ग्रे कास्ट आयर्नच्या घडणीत ग्रॅफाइट लिनीअर फ्लेक्स स्वरूपात असते, तर डक्टाइल कास्ट आयर्नमध्ये ते गोलाकार (स्फेरॉयडल) स्वरूपात असते. हे गोलाकार कण अधिक जवळजवळ आणि एकसंघ (कॉम्पॅक्ट)असल्यामुळे मटेरियलचा दृढपणा (टफनेस) वाढतो आणि ठिसूळपणामुळे येणार्‍या समस्या टाळता येतात. चांगल्या टेन्साइल स्ट्रेंग्थमुळे ज्या भागांना जास्त बल सहन करावयाचे असते, उदाहरणार्थ हायड्रॉलिक सिलिंडरचे भाग किंवा प्रेशर मोल्ड, यांच्यासाठी हे मटेरियल वापरले जाते. डक्टाइल कास्ट आयर्नची सूक्ष्म संरचना चित्र क्र. 2 मध्ये दाखविली असून स्फेरॉयडल ग्रॅफाइट काळ्या रंगाने दाखविले आहे. 
 
 
 
कास्ट आयर्नची यंत्रणक्षमता 
 
ISO ने 1958 मध्ये केलेल्या वर्गवारीनुसार ग्रुप K मधील मटेरियलच्या यंत्रणानंतर (मशिनिंग) याच्या चिप सलग न येता तुटक तुटक येतात. कास्ट आयर्न ग्रुप K चा भाग आहे. यंत्रणाच्यावेळी येणार्‍या तुटक चिप तयार होताना निर्माण झालेल्या कंपनामुळे टूलच्या कर्तन कडेचा (कटिंग एज) तुकडा पडण्याची शक्यता असते. तुटक चिप तयार होताना कार्यवस्तुचा पृष्ठभागही खडबडीत होत असल्याने घर्षणामुळे टूलची झीजही संभवते. नुकताच K ग्रुपमध्ये उच्च (हाय) ग्रेडच्या कास्ट आयर्नचा समावेश केला गेला आहे. ते अधिक चिवट आणि मजबूत मटेरियल असल्यामुळे काही कास्ट आयर्न यंत्रणासाठी अवघड समजली जात आहेत. या उच्च ग्रेड कास्ट आयर्नमध्ये (डक्टाइल आणि मॅलिएबल) नेहमीच तुटक चिप येतात असे नाही, त्यामुळे चिपचे नियंत्रण अधिक महत्त्वाचे ठरते.
 
उच्च ग्रेड कास्ट आयर्न, यंत्रणास प्रतिरोध करीत असल्याने टूलचे तुकडे पडणे, अधिक उष्णता निर्माण होणे आणि क्रेटर झीज होण्याच्या समस्या निर्माण होतात. खडबडीत पृष्ठभाग हे या धातूचे आणखी एक वैशिष्ट्य आहे. त्याचे कारण म्हणजे कास्टिंग होत असताना पृष्ठभागाचे आकुंचन आणि प्रसरण होत असते, तसेच उष्णतेमुळे पृष्ठभागावर ऑक्सिडेशन झाल्याने ते अधिक कठीण होतात. यामुळे पृष्ठभागावर तयार झालेले पापुद्रे यंत्रणासाठी अडचणीचे ठरतात. 
 
सँड मोल्डमध्ये कास्ट आयर्न बनविताना जेव्हा वितळलेले लोखंड या वाळूच्या मोल्डमध्ये ओतले जाते, तेव्हा वाळूचे कण लोखंडाच्या पृष्ठभागात मिसळण्याची शक्यता असते. अशा वाळूच्या कणांनी बाधित झालेल्या पृष्ठभागाची यंत्रणक्षमता कमी असल्याने टूलचे आयुष्यही कमी होते. अशावेळी कठीणपणा, खडबडीत पृष्ठभाग, उच्च टेन्साइल स्ट्रेंग्थ आणि जास्त यंत्रण प्रतिरोध असलेल्या कास्ट आयर्नचे यंत्रण करताना टूलची ताकद आणि उष्णता सहन करण्याची क्षमता उच्च दर्जाची लागते. 
 
प्रचलित टूलच्या झिजेचे विश्लेषण केले असता समजून येते की ही झीज मुख्यत्वेकरून ‘अ‍ॅब्रेझिव्ह’ प्रकारची झीज असते, कारण कास्ट आयर्न यंत्रण करताना तयार होणार्‍या चिप तुटक तुटक स्वरूपात असतात. यंत्रण चालू असताना हे कण सातत्याने टूलच्या कडेवर (एज) आपटत असतात. त्यामुळे टूलवर जरी लेपन (कोटिंग) केलेले असले, तरी तुटलेल्या चिपच्या घर्षणामुळे आतील मूळ मटेरियल (सबस्ट्रेट) उघडे होते आणि त्यामुळे त्याची झीज जलद होते. पण नवीन तंत्राने केलेल्या लेपनामुळे त्याचे घर्षण कमी होते आणि त्यामुळे मटेरियलच्या गुणधर्मानुसार जी सामान्य झीज होणे अपेक्षित आहे तेवढीच होते.  
 
या समस्येवर संशोधन करून मित्सुबिशी मटेरियल कॉर्पोरेशन मेटल वर्किंग सोल्युशन कंपनीने टूलच्या लेपनामध्ये आवश्यक बदल केले आणि कास्ट आयर्नच्या टर्निंगसाठी नवीन ISO इन्सर्ट सादर केले आहेत. MC5005 सी.व्ही.डी. लेपन केलेली कार्बाइड टूल (चित्र क्र. 3) विकसित केली आहेत. याचा यंत्रणवेग सिरॅमिक ग्रेडच्या बरोबरीचा (600 मी./मिनिटांपर्यंत) मिळू शकतो ज्यामुळे यंत्रणाची कार्यक्षमता वाढू शकते. MC5005 आणि MC5015 या लेपन केलेल्या टूलमुळे यंत्रणाच्या खर्चात बचत करून कास्ट आयर्नचे यंत्रण सुलभ होते.
 
 
 
MC5005 आणि MC5015 ची वैशिष्ट्ये
 
1. अधिक जाडीचा Al2O3 लेपन थर : नवीन लेपन तंत्रज्ञान वापरून साध्य केलेला हा थर पारंपरिक टूलवरील थरापेक्षा दुपटीहून जास्त जाडीचा असतो. (चित्र क्र. 4)
 
 
 
 
 
2. उपयोगाची व्याप्ती (अ‍ॅप्लिकेशन रेंज) : सिरॅमिक टूलच्या दर्जाचा यंत्रणवेग मिळविता येतो. कारण Al2O3 हे मटेरियल सिरॅमिक दर्जाचे मटेरियल आहे. यामुळे कास्ट आयर्न यंत्रणावरील खर्चात कपात करता येते. टूलचे वाढीव आयुष्य आणि कर्तन कडांच्या नवीन डिझाइनमुळे (सुधारित लेपन पद्धती) हे शक्य झाले आहे. MC5005 प्रकारचे टूल स्थिर (स्टेबल) आणि सामान्य यंत्रणासाठी उपयुक्त आहे, तर MC5015 प्रकारचे टूल अस्थिर (अनस्टेबल) यंत्रणासाठी (तक्ता क्र. 1 आणि आलेख क्र. 1) वापरले जाते. अशा प्रकारच्या यंत्रणामध्ये येणारे धक्के, कापाची असमान खोली आणि टूलची तुलनेने कमी दृढ पकड या समस्यांवर मात करण्यासाठी त्यावरील लेपन (चित्र क्र. 5) विशिष्ट प्रकारे केले आहे. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.टफ ग्रिप : पेटंटेड तंत्रज्ञानाने बनविलेल्या या थरातील ग्रेन स्ट्रक्चर नॅनो मोजमापांमध्ये नियंत्रित केलेले असते. त्यामुळे त्यातील बंध (बाँडिंग) अधिक दृढ असतात. हे दृढ बंध (टफ ग्रिप) या लेपनाची झीजरोधक क्षमता वाढवितात. लेपनाचे थर अधिक ताकदवान होतात. यासाठी विशेष HRA 91.0 हे मूळ मटेरियल (सब्स्ट्रेट) वापरले आहे.
 
 
 
टफ ग्रिप (चित्र क्र. 6) हे आमचे पेटंटेड तंत्रज्ञान मटेरियलच्या खालच्या थरांच्या विलगीकरणास (डीलॅमिनेशन) प्रतिबंध करण्यासाठी विकसित केले आहे. Al2O3 च्या जाड थराचे या तंत्रज्ञानामुळे पापुद्रे निघणे (पीलिंग ऑफ) कमी होते. पारंपरिक तंत्रज्ञानामध्ये यंत्रणाच्या सुरुवातीलाच थराचे पापुद्रे निघत असल्यामुळे टूलचे मूळ मटेरियल लवकर उघडे पडते. (चित्र क्र. 7) 
 
 
 
 
 
कास्ट आयर्न यंत्रणाची उदाहरणे
 
उदाहरण - 1 
 
या कार्यवस्तुचा पृष्ठभाग असमान असल्याने त्यात टूलचे आयुष्य वाढविणे, तसेच यंत्रणाचा वेळ कमी करणे हे आव्हान होते. यासाठी आमचा इन्सर्ट वापरून झालेले बदल आणि फायदे पुढे दिले आहेत. 
 

1 2_1  H x W: 0 
 
 
उदाहरण - 2 
 
या कार्यवस्तूचे यंत्रण करीत असताना आधीचे यंत्रण पॅरामीटर तेच ठेवून टूलच्या आयुर्मानामध्ये वाढ झाली आहे. 
 

1 2_2  H x W: 0 
 
 

Nitin Kshirsagar_1 & 
नितीन क्षीरसागर
टीम लीडर, (तांत्रिक साहाय्य विभाग), MMC हार्डमेटल इंडिया प्रा. लि.
9371276736
 
नितीन क्षीरसागर यांत्रिकी अभियंते असून MMC हार्डमेटल इंडिया प्रा. लि. कंपनीमध्ये तांत्रिक साहाय्य विभागात ते टीम लीडर आहेत. त्यांना कटिंग टूलची विक्री आणि अ‍ॅप्लिकेशन क्षेत्रातील 15 वर्षांचा अनुभव आहे.