ટૂલ રિપેર માટે સબટ્રેક્ટિવ વિ હાઇબ્રિડ CNC-AM

પીએફટી, શેનઝેન

આ અભ્યાસમાં ઔદ્યોગિક ટૂલ રિપેર માટે ઉભરતા હાઇબ્રિડ CNC-એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ (AM) સાથે પરંપરાગત સબટ્રેક્ટિવ CNC મશીનિંગની અસરકારકતાની તુલના કરવામાં આવી છે. ક્ષતિગ્રસ્ત સ્ટેમ્પિંગ ડાઈઝ પર નિયંત્રિત પ્રયોગોનો ઉપયોગ કરીને પ્રદર્શન મેટ્રિક્સ (સમારકામનો સમય, સામગ્રીનો વપરાશ, યાંત્રિક શક્તિ) માપવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો સૂચવે છે કે હાઇબ્રિડ પદ્ધતિઓ સામગ્રીના કચરાને 28-42% ઘટાડે છે અને રિપેર ચક્રને 15-30% ઘટાડે છે, જે સબટ્રેક્ટિવ-માત્ર અભિગમોની તુલનામાં છે. માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરલ વિશ્લેષણ હાઇબ્રિડ-રિપેર કરેલા ઘટકોમાં તુલનાત્મક તાણ શક્તિ (મૂળ ટૂલના ≥98%) ની પુષ્ટિ કરે છે. પ્રાથમિક મર્યાદામાં AM ડિપોઝિશન માટે ભૌમિતિક જટિલતા અવરોધોનો સમાવેશ થાય છે. આ તારણો ટકાઉ ટૂલ જાળવણી માટે એક વ્યવહારુ વ્યૂહરચના તરીકે હાઇબ્રિડ CNC-AM દર્શાવે છે.

૧ પરિચય

ટૂલ ડિગ્રેડેશનનો ખર્ચ ઉત્પાદન ઉદ્યોગોને વાર્ષિક $240 બિલિયન થાય છે (NIST, 2024). પરંપરાગત સબટ્રેક્ટિવ CNC રિપેર મિલિંગ/ગ્રાઇન્ડીંગ દ્વારા ક્ષતિગ્રસ્ત ભાગોને દૂર કરે છે, જે ઘણીવાર 60% થી વધુ બચાવી શકાય તેવી સામગ્રીને કાઢી નાખે છે. હાઇબ્રિડ CNC-AM ઇન્ટિગ્રેશન (હાલના ટૂલિંગ પર સીધી ઉર્જા જમાવટ) સંસાધન કાર્યક્ષમતાનું વચન આપે છે પરંતુ ઔદ્યોગિક માન્યતાનો અભાવ છે. આ સંશોધન ઉચ્ચ-મૂલ્યવાળા ટૂલિંગ રિપેર માટે પરંપરાગત સબટ્રેક્ટિવ પદ્ધતિઓ વિરુદ્ધ હાઇબ્રિડ વર્કફ્લોના ઓપરેશનલ ફાયદાઓનું પ્રમાણ નક્કી કરે છે.

૨ પદ્ધતિ

૨.૧ પ્રાયોગિક ડિઝાઇન

પાંચ ક્ષતિગ્રસ્ત H13 સ્ટીલ સ્ટેમ્પિંગ ડાઈ (પરિમાણો: 300×150×80mm) બે સમારકામ પ્રોટોકોલમાંથી પસાર થયા:

• જૂથ A (બાદબાકી):
  - 5-અક્ષ મિલિંગ દ્વારા નુકસાન દૂર કરવું (DMG MORI DMU 80)
  - વેલ્ડીંગ ફિલર ડિપોઝિશન (GTAW)
  - મૂળ CAD પર મશીનિંગ પૂર્ણ કરો

• ગ્રુપ બી (હાઇબ્રિડ):
  - ન્યૂનતમ ખામી દૂર કરવી (<1mm ઊંડાઈ)
  - મેલ્ટિઓ M450 (316L વાયર) નો ઉપયોગ કરીને DED રિપેર
  - અનુકૂલનશીલ CNC રિમશીનિંગ (સીમેન્સ NX CAM)

૨.૨ ડેટા સંપાદન

• સામગ્રી કાર્યક્ષમતા: સમારકામ પહેલાં/પછીના માસ માપન (મેટલર XS205)

• સમય ટ્રેકિંગ: IoT સેન્સર્સ (ટૂલકનેક્ટ) સાથે પ્રક્રિયા દેખરેખ

• યાંત્રિક પરીક્ષણ:
  - કઠિનતા મેપિંગ (બુહલર ઇન્ડેન્ટામેટ 1100)
  - સમારકામ કરાયેલા ઝોનમાંથી ટેન્સાઇલ નમૂનાઓ (ASTM E8/E8M)

૩ પરિણામો અને વિશ્લેષણ

૩.૧ સંસાધન ઉપયોગ

કોષ્ટક 1: સમારકામ પ્રક્રિયા મેટ્રિક્સ સરખામણી

૩.૨ યાંત્રિક અખંડિતતા

હાઇબ્રિડ-રિપેર કરેલા નમૂનાઓ પ્રદર્શિત:

• સુસંગત કઠિનતા (52–54 HRC વિરુદ્ધ મૂળ 53 HRC)

• અંતિમ તાણ શક્તિ: 1,890 MPa (±25 MPa) - મૂળ સામગ્રીના 98.4%

• થાક પરીક્ષણમાં કોઈ ઇન્ટરફેસિયલ ડિલેમિનેશન નથી (80% યીલ્ડ સ્ટ્રેસ પર 10⁶ ચક્ર)

આકૃતિ 1: હાઇબ્રિડ રિપેર ઇન્ટરફેસનું માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર (SEM 500×)
નોંધ: ફ્યુઝન સીમા પર સમતુલાકૃત અનાજનું માળખું અસરકારક થર્મલ મેનેજમેન્ટ સૂચવે છે.

૪ ચર્ચા

૪.૧ કાર્યકારી અસરો

જથ્થાબંધ સામગ્રી દૂર કરવાનું બંધ કરવાથી 28.9% સમય ઘટાડો થાય છે. હાઇબ્રિડ પ્રોસેસિંગ નીચેના માટે ફાયદાકારક સાબિત થાય છે:

• બંધ મટિરિયલ સ્ટોક સાથે લેગસી ટૂલિંગ

• ઉચ્ચ-જટિલતાવાળી ભૂમિતિઓ (દા.ત., કન્ફોર્મલ કૂલિંગ ચેનલો)

• ઓછા વોલ્યુમ રિપેર દૃશ્યો

૪.૨ ટેકનિકલ મર્યાદાઓ

અવલોકન કરાયેલ મર્યાદાઓ:

• મહત્તમ ડિપોઝિશન કોણ: આડાથી 45° (ઓવરહેંગ ખામીઓને અટકાવે છે)

• DED સ્તરની જાડાઈનો તફાવત: ±0.12mm જેને અનુકૂલનશીલ ટૂલપાથની જરૂર પડે છે

• એરોસ્પેસ-ગ્રેડ ટૂલ્સ માટે પ્રક્રિયા પછીની HIP ટ્રીટમેન્ટ આવશ્યક છે

૫ નિષ્કર્ષ

હાઇબ્રિડ CNC-AM, ટૂલ રિપેર સંસાધન વપરાશને 23-42% ઘટાડે છે, જ્યારે બાદબાકી પદ્ધતિઓની યાંત્રિક સમકક્ષતા જાળવી રાખે છે. મધ્યમ ભૌમિતિક જટિલતા ધરાવતા ઘટકો માટે અમલીકરણની ભલામણ કરવામાં આવે છે જ્યાં સામગ્રી બચત AM ઓપરેશનલ ખર્ચને યોગ્ય ઠેરવે છે. અનુગામી સંશોધન કઠણ ટૂલ સ્ટીલ્સ (> 60 HRC) માટે ડિપોઝિશન વ્યૂહરચનાને શ્રેષ્ઠ બનાવશે.