रोलर चेन के विरूपण को कम करने के लिए वेल्डिंग फिक्स्चर को कैसे डिजाइन किया जाए?

रोलर चेन के विरूपण को कम करने के लिए वेल्डिंग फिक्स्चर को कैसे डिजाइन किया जाए?

रोलर चेन निर्माण में, कड़ियों को जोड़ने और चेन की मजबूती सुनिश्चित करने के लिए वेल्डिंग एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। हालांकि, वेल्डिंग के दौरान थर्मल विरूपण अक्सर एक स्थायी समस्या बन जाता है, जो उत्पाद की सटीकता और प्रदर्शन को प्रभावित करता है।रोलर चेनरोलर चेन वेल्डिंग में लिंक का विक्षेपण, असमान पिच और चेन के तनाव में असंगति जैसी समस्याएं हो सकती हैं। ये समस्याएं न केवल संचरण क्षमता को कम करती हैं, बल्कि घिसाव को बढ़ाती हैं, सेवा जीवन को कम करती हैं और यहां तक ​​कि उपकरण की विफलता का कारण भी बन सकती हैं। विरूपण को नियंत्रित करने के एक प्रमुख उपकरण के रूप में, वेल्डिंग फिक्स्चर का डिज़ाइन सीधे रोलर चेन वेल्डिंग की गुणवत्ता निर्धारित करता है। यह लेख रोलर चेन वेल्डिंग विरूपण के मूल कारणों की जांच करेगा और वैज्ञानिक फिक्स्चर डिज़ाइन के माध्यम से विरूपण नियंत्रण प्राप्त करने के तरीके को व्यवस्थित रूप से समझाएगा, जिससे विनिर्माण क्षेत्र के पेशेवरों के लिए व्यावहारिक तकनीकी समाधान उपलब्ध होंगे।

सबसे पहले, यह समझें: रोलर चेन वेल्डिंग विरूपण का मूल कारण क्या है?

किसी फिक्स्चर को डिज़ाइन करने से पहले, हमें रोलर चेन वेल्डिंग विरूपण के मूल कारण को समझना होगा—असमान ताप इनपुट और अपर्याप्त अवरोध के कारण होने वाला तनाव। रोलर चेन लिंक में आमतौर पर बाहरी और आंतरिक प्लेटें, पिन और बुशिंग होते हैं। वेल्डिंग के दौरान, स्थानीय ताप मुख्य रूप से प्लेटों, पिनों और बुशिंग के बीच के कनेक्शन पर लगाया जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान विरूपण के मुख्य कारणों को संक्षेप में इस प्रकार बताया जा सकता है:

असंतुलित ऊष्मीय तनाव वितरण: वेल्डिंग आर्क द्वारा उत्पन्न उच्च तापमान के कारण धातु का स्थानीय रूप से तीव्र विस्तार होता है, जबकि आसपास के असंतृप्त क्षेत्र, अपने कम तापमान और अधिक कठोरता के कारण, अवरोधक के रूप में कार्य करते हैं, जिससे गर्म धातु स्वतंत्र रूप से फैलने से रुक जाती है और संपीडन तनाव उत्पन्न होता है। ठंडा होने के दौरान, गर्म धातु सिकुड़ती है, जिसे आसपास के क्षेत्र बाधित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तन्य तनाव उत्पन्न होता है। जब तनाव पदार्थ के यील्ड पॉइंट से अधिक हो जाता है, तो स्थायी विरूपण होता है, जैसे कि मुड़े हुए लिंक और गलत संरेखित पिन।

अपर्याप्त घटक स्थिति सटीकता: रोलर चेन पिच और लिंक समानांतरता प्रमुख परिशुद्धता संकेतक हैं। यदि वेल्डिंग से पहले फिक्स्चर में घटक स्थिति संदर्भ स्पष्ट नहीं है और क्लैम्पिंग बल अस्थिर है, तो वेल्डिंग के दौरान ऊष्मीय तनाव के कारण घटकों में पार्श्व या अनुदैर्ध्य विचलन होने की संभावना रहती है, जिसके परिणामस्वरूप पिच विचलन और लिंक विरूपण होता है। वेल्डिंग अनुक्रम और फिक्स्चर के बीच खराब अनुकूलता: एक अनुचित वेल्डिंग अनुक्रम वर्कपीस में ऊष्मा संचय का कारण बन सकता है, जिससे स्थानीय विरूपण बढ़ जाता है। यदि फिक्स्चर वेल्डिंग अनुक्रम के आधार पर गतिशील अवरोध प्रदान करने में विफल रहता है, तो विरूपण और भी बढ़ जाएगा।

दूसरा, वेल्डिंग फिक्स्चर डिजाइन के मूल सिद्धांत: सटीक स्थिति निर्धारण, स्थिर क्लैम्पिंग और लचीला ताप अपव्यय।

रोलर चेन की संरचनात्मक विशेषताओं (कई घटक और पतली, आसानी से विकृत होने वाली चेन प्लेटें) और वेल्डिंग आवश्यकताओं को देखते हुए, विरूपण को स्रोत पर ही नियंत्रित करने के लिए फिक्स्चर डिजाइन को तीन प्रमुख सिद्धांतों का पालन करना चाहिए:

1. एकीकृत डेटम सिद्धांत: कोर सटीकता संकेतकों को स्थिति निर्धारण डेटम के रूप में उपयोग करना

रोलर चेन की मुख्य सटीकता पिच सटीकता और चेन प्लेट की समानांतरता पर निर्भर करती है, इसलिए फिक्स्चर पोजिशनिंग डिज़ाइन में इन दो संकेतकों पर विशेष ध्यान देना आवश्यक है। पारंपरिक "एक-प्लेन, दो-पिन" पोजिशनिंग विधि की अनुशंसा की जाती है: चेन प्लेट की सपाट सतह प्राथमिक पोजिशनिंग सतह के रूप में कार्य करती है (तीन डिग्री ऑफ़ फ़्रीडम को सीमित करते हुए), और पिन होल में फिट होने वाले दो लोकेटिंग पिन (क्रमशः दो और एक डिग्री ऑफ़ फ़्रीडम को सीमित करते हुए) पूर्ण पोजिशनिंग सुनिश्चित करते हैं। पोजिशनिंग सटीकता को लंबे समय तक बनाए रखने के लिए लोकेटिंग पिन घिसाव-प्रतिरोधी मिश्र धातु इस्पात (जैसे Cr12MoV) से बने होने चाहिए और उनकी कठोरता (HRC58 या उससे अधिक) को ठंडा किया जाना चाहिए। क्लैम्पिंग को सुगम बनाने और वेल्डिंग के दौरान घटक की गति को रोकने के लिए लोकेटिंग पिन और चेन प्लेट के पिन होल के बीच की दूरी 0.02-0.05 मिमी के बीच रखी जानी चाहिए।

2. क्लैम्पिंग बल अनुकूलन सिद्धांत: "पर्याप्त और गैर-हानिकारक"

विरूपण और क्षति की रोकथाम के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए क्लैम्पिंग बल का डिज़ाइन अत्यंत महत्वपूर्ण है। अत्यधिक क्लैम्पिंग बल से चेन प्लेट का प्लास्टिक विरूपण हो सकता है, जबकि कम क्लैम्पिंग बल वेल्डिंग तनाव को बाधित कर सकता है। निम्नलिखित डिज़ाइन संबंधी बातों का ध्यान रखना आवश्यक है:

क्लैम्पिंग बिंदु को उचित स्थान पर रखा जाना चाहिए: वेल्ड क्षेत्र के निकट (वेल्ड से ≤20 मिमी) और चेन प्लेट के एक कठोर क्षेत्र में स्थित (जैसे पिन होल के किनारे के पास) ताकि चेन प्लेट के मध्य में लगने वाले क्लैम्पिंग बल के कारण होने वाले झुकाव से बचा जा सके। समायोज्य क्लैम्पिंग बल: चेन की मोटाई (आमतौर पर 3-8 मिमी) और सामग्री (मुख्यतः मिश्र धातु संरचनात्मक इस्पात जैसे 20Mn और 40MnB) के आधार पर उपयुक्त क्लैम्पिंग विधि का चयन करें। इन विधियों में वायवीय क्लैम्पिंग (बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त, जिसमें दबाव नियामक के माध्यम से 5-15N तक क्लैम्पिंग बल को समायोजित किया जा सकता है) या स्क्रू क्लैम्पिंग (छोटे बैच के अनुकूलन के लिए उपयुक्त, जिसमें स्थिर क्लैम्पिंग बल होता है) शामिल हैं।
लचीला क्लैम्पिंग संपर्क: क्लैम्पिंग ब्लॉक और चेन के बीच संपर्क क्षेत्र पर पॉलीयूरेथेन गैस्केट (2-3 मिमी मोटी) लगाई जाती है। इससे घर्षण बढ़ता है और साथ ही क्लैम्पिंग ब्लॉक द्वारा चेन की सतह पर निशान पड़ने या खरोंच लगने से भी बचाव होता है।

3. ऊष्मा अपव्यय सहक्रिया सिद्धांत: क्लैंप और वेल्डिंग प्रक्रिया के बीच तापीय मिलान

वेल्डिंग विरूपण मुख्य रूप से असमान ऊष्मा वितरण के कारण होता है। इसलिए, क्लैंप को सहायक ऊष्मा अपव्यय प्रदान करना चाहिए, जिससे "सक्रिय ऊष्मा अपव्यय और निष्क्रिय ऊष्मा चालन" के दोहरे दृष्टिकोण के माध्यम से ऊष्मीय तनाव कम हो सके। निष्क्रिय ऊष्मा चालन के लिए, फिक्स्चर बॉडी को उच्च ऊष्मीय चालकता वाली सामग्री, जैसे एल्यूमीनियम मिश्र धातु (ऊष्मीय चालकता 202W/(m・K)) या तांबा मिश्र धातु (ऊष्मीय चालकता 380W/(m・K)) से बनाया जाना चाहिए, जो पारंपरिक कच्चा लोहा (ऊष्मीय चालकता 45W/(m・K)) का स्थान ले सके। इससे वेल्डिंग क्षेत्र में ऊष्मा चालन तेज होता है। सक्रिय ऊष्मा अपव्यय के लिए, फिक्स्चर के वेल्ड के पास शीतलन जल चैनल डिजाइन किए जा सकते हैं, और परिसंचारी शीतलन जल (जल का तापमान 20-25°C पर नियंत्रित) का उपयोग ऊष्मा विनिमय के माध्यम से स्थानीय ऊष्मा को दूर करने के लिए किया जा सकता है, जिससे वर्कपीस का शीतलन अधिक समान रूप से होता है।

तीसरा, रोलर चेन विरूपण को कम करने के लिए क्लैम्प डिज़ाइन में प्रमुख रणनीतियाँ और विवरण

उपरोक्त सिद्धांतों के आधार पर, हमें अपने डिजाइन को विशिष्ट संरचनाओं और कार्यों पर केंद्रित करने की आवश्यकता है। निम्नलिखित चार रणनीतियों को वास्तविक उत्पादन में सीधे लागू किया जा सकता है:

1. मॉड्यूलर पोजिशनिंग संरचना: कई रोलर चेन विशिष्टताओं के अनुकूल, पोजिशनिंग में स्थिरता सुनिश्चित करती है।

रोलर चेन कई विशिष्टताओं (जैसे, 08A, 10A, 12A, आदि, जिनकी पिच 12.7mm से 19.05mm तक होती है) में उपलब्ध हैं। प्रत्येक विशिष्टता के लिए अलग फिक्स्चर डिज़ाइन करने से लागत और बदलाव का समय बढ़ जाएगा। हम मॉड्यूलर पोजिशनिंग घटकों के उपयोग की सलाह देते हैं: पोजिशनिंग पिन और ब्लॉक को बदलने योग्य बनाया गया है और इन्हें बोल्ट के माध्यम से फिक्स्चर बेस से जोड़ा जाता है। विशिष्टता बदलते समय, पुराने पोजिशनिंग घटक को हटाकर उसी पिच वाला नया घटक लगा दें, जिससे बदलाव का समय 5 मिनट से भी कम हो जाता है। इसके अलावा, विभिन्न विशिष्टताओं की रोलर चेन के लिए सटीक पोजिशनिंग सुनिश्चित करने के लिए सभी मॉड्यूलर घटकों के पोजिशनिंग डेटम को फिक्स्चर बेस की डेटम सतह के साथ संरेखित होना चाहिए।

2. सममितीय अवरोध डिजाइन: वेल्डिंग तनाव की "अंतःक्रिया" को संतुलित करना

रोलर चेन वेल्डिंग में अक्सर सममित संरचनाएं शामिल होती हैं (उदाहरण के लिए, एक पिन को डबल चेनप्लेट से एक साथ वेल्ड करना)। इसलिए, विरूपण को कम करने और तनाव को संतुलित करने के लिए फिक्स्चर में सममित अवरोध डिजाइन का उपयोग किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, डबल चेनप्लेट और पिन की वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान, वेल्डिंग के लिए समान ऊष्मा और अवरोध बल सुनिश्चित करने के लिए फिक्स्चर को चेन के दोनों ओर पोजिशनिंग ब्लॉक और क्लैम्पिंग उपकरणों के साथ सममित रूप से स्थित किया जाना चाहिए। इसके अलावा, वेल्डिंग के दौरान केंद्र में बेंडिंग तनाव को कम करने के लिए चेन के मध्य में, चेनप्लेट के तल के साथ एक सहायक सपोर्ट ब्लॉक लगाया जा सकता है। व्यावहारिक डेटा से पता चलता है कि सममित अवरोध डिजाइन रोलर चेन में पिच विचलन को 30%-40% तक कम कर सकता है।

3. डायनामिक फॉलो-अप क्लैम्पिंग: वेल्डिंग के दौरान थर्मल विरूपण के अनुकूलन

वेल्डिंग के दौरान, तापीय विस्तार और संकुचन के कारण वर्कपीस में सूक्ष्म विस्थापन होता है। एक स्थिर क्लैम्पिंग विधि तनाव संकेंद्रण का कारण बन सकती है। इसलिए, फिक्स्चर को एक गतिशील अनुवर्ती क्लैम्पिंग तंत्र के साथ डिज़ाइन किया जा सकता है: एक विस्थापन सेंसर (जैसे 0.001 मिमी की सटीकता वाला लेजर विस्थापन सेंसर) चेन प्लेट के विरूपण की वास्तविक समय में निगरानी करता है और सिग्नल को पीएलसी नियंत्रण प्रणाली में भेजता है। फिर एक सर्वो मोटर क्लैम्पिंग ब्लॉक को सूक्ष्म समायोजन (0-0.5 मिमी की समायोजन सीमा के साथ) के लिए संचालित करता है ताकि उचित क्लैम्पिंग बल बनाए रखा जा सके। यह डिज़ाइन विशेष रूप से मोटी प्लेट रोलर चेन (मोटाई ≥ 6 मिमी) की वेल्डिंग के लिए उपयुक्त है, जो तापीय विरूपण के कारण चेन में दरार को प्रभावी ढंग से रोकता है।

4. वेल्ड से बचाव और मार्गदर्शन डिजाइन: सटीक वेल्डिंग पथ सुनिश्चित करता है और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र को कम करता है।
वेल्डिंग के दौरान, वेल्डिंग गन की गति पथ की सटीकता वेल्ड की गुणवत्ता और ऊष्मा इनपुट को सीधे प्रभावित करती है। फिक्स्चर में वेल्ड सीम से बचाव के लिए एक खांचा और वेल्डिंग गन गाइड होना आवश्यक है। फिक्स्चर और वेल्डिंग गन के बीच टकराव को रोकने के लिए वेल्ड सीम के पास एक U-आकार का बचाव खांचा (वेल्ड सीम से 2-3 मिमी चौड़ा और 5-8 मिमी गहरा) बनाया जाना चाहिए। इसके अलावा, वेल्डिंग गन की एक पूर्व-निर्धारित पथ पर एकसमान गति सुनिश्चित करने के लिए फिक्स्चर के ऊपर एक गाइड रेल लगाई जानी चाहिए (80-120 मिमी/मिनट की वेल्डिंग गति की अनुशंसा की जाती है), जिससे वेल्ड की सीधी रेखा और एकसमान ऊष्मा इनपुट सुनिश्चित हो सके। वेल्डिंग के छींटों से फिक्स्चर को होने वाले नुकसान को रोकने के लिए बचाव खांचे में सिरेमिक इन्सुलेशन सामग्री भी लगाई जा सकती है।

चौथा, फिक्स्चर ऑप्टिमाइज़ेशन और सत्यापन: डिज़ाइन से कार्यान्वयन तक क्लोज्ड-लूप नियंत्रण

किसी भी अच्छे डिज़ाइन को सही मायने में लागू करने से पहले उसका अनुकूलन और सत्यापन आवश्यक होता है। निम्नलिखित तीन चरण फिक्स्चर की व्यावहारिकता और विश्वसनीयता सुनिश्चित कर सकते हैं:

1. परिमित तत्व सिमुलेशन विश्लेषण: विरूपण का पूर्वानुमान और संरचना का अनुकूलन

फिक्स्चर के निर्माण से पहले, ANSYS और ABAQUS जैसे परिमित तत्व सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके थर्मल-संरचनात्मक युग्मन सिमुलेशन किए जाते हैं। रोलर चेन सामग्री मापदंडों (जैसे थर्मल विस्तार गुणांक और प्रत्यास्थता मापांक) और वेल्डिंग प्रक्रिया मापदंडों (जैसे 180-220A की वेल्डिंग धारा और 22-26V का वोल्टेज) को इनपुट करके वेल्डिंग के दौरान फिक्स्चर और वर्कपीस में तापमान और तनाव वितरण का अनुकरण किया जाता है, जिससे संभावित विरूपण क्षेत्रों का पूर्वानुमान लगाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि सिमुलेशन चेन प्लेट के मध्य में अत्यधिक झुकाव विरूपण दिखाता है, तो फिक्स्चर में संबंधित स्थान पर अतिरिक्त सपोर्ट जोड़ा जा सकता है। यदि लोकेटिंग पिन पर तनाव सांद्रता होती है, तो पिन के फ़िलेट त्रिज्या को अनुकूलित किया जा सकता है (R2-R3 की अनुशंसा की जाती है)। सिमुलेशन अनुकूलन फिक्स्चर के परीक्षण-और-त्रुटि लागत को कम कर सकता है और विकास चक्र को छोटा कर सकता है।

2. परीक्षण वेल्ड सत्यापन: छोटे बैच का परीक्षण और पुनरावृत्ति समायोजन

फिक्स्चर के निर्माण के बाद, छोटे बैच में परीक्षण वेल्ड सत्यापन करें (अनुशंसित: 50-100 पीस)। निम्नलिखित संकेतकों पर ध्यान केंद्रित करें:

सटीकता: पिच विचलन (≤0.1 मिमी होना चाहिए) और चेन प्लेट समानांतरता (≤0.05 मिमी होना चाहिए) को मापने के लिए एक सार्वभौमिक उपकरण माइक्रोस्कोप का उपयोग करें;

विरूपण: चेन प्लेट की समतलता को स्कैन करने के लिए एक कोऑर्डिनेट मेजरिंग मशीन का उपयोग करें और वेल्डिंग से पहले और बाद के विरूपण की तुलना करें;

स्थिरता: लगातार 20 टुकड़ों की वेल्डिंग करने के बाद, फिक्स्चर के लोकेटिंग पिन और क्लैम्पिंग ब्लॉक में घिसावट की जांच करें और सुनिश्चित करें कि क्लैम्पिंग बल स्थिर है।

परीक्षण वेल्डिंग के परिणामों के आधार पर, फिक्स्चर में बार-बार समायोजन किए जाते हैं, जैसे कि क्लैम्पिंग बल को समायोजित करना और शीतलन चैनल के स्थान को अनुकूलित करना, जब तक कि यह बड़े पैमाने पर उत्पादन की आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है।

3. दैनिक रखरखाव और अंशांकन: दीर्घकालिक सटीकता सुनिश्चित करना

उपकरण के चालू हो जाने के बाद, नियमित रखरखाव और अंशांकन प्रणाली स्थापित की जानी चाहिए:

दैनिक रखरखाव: फिक्स्चर की सतह से वेल्ड स्पैटर और तेल के दाग साफ करें, और क्लैम्पिंग डिवाइस के वायवीय/हाइड्रोलिक सिस्टम में लीकेज की जांच करें।

साप्ताहिक अंशांकन: लोकेटिंग पिनों की स्थिति सटीकता को कैलिब्रेट करने के लिए गेज ब्लॉक और डायल इंडिकेटर का उपयोग करें। यदि विचलन 0.03 मिमी से अधिक हो, तो उन्हें तुरंत समायोजित करें या बदल दें।

मासिक निरीक्षण: शीतलन जल चैनलों में रुकावटों की जांच करें और घिसे हुए पॉलीयूरेथेन गैस्केट और लोकेटिंग घटकों को बदलें।

मानकीकृत रखरखाव के माध्यम से, उपकरण का जीवनकाल बढ़ाया जा सकता है (आमतौर पर 3-5 वर्ष तक), जिससे दीर्घकालिक उत्पादन के दौरान प्रभावी विरूपण नियंत्रण सुनिश्चित होता है।

पांचवां, केस स्टडी: एक भारी मशीनरी कंपनी में फिक्स्चर सुधार प्रक्रियाएं

खनन मशीनरी में प्रयुक्त होने वाली भारी-भरकम रोलर चेनों के एक निर्माता को वेल्डिंग के बाद चेन लिंक में अत्यधिक विकृति (≥0.3 मिमी) की समस्या का सामना करना पड़ रहा था, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद की योग्यता दर केवल 75% थी। निम्नलिखित फिक्स्चर सुधारों के माध्यम से, उत्तीर्ण दर बढ़कर 98% हो गई:

पोजिशनिंग अपग्रेड: मूल सिंगल लोकेटिंग पिन को "डबल पिन + फ्लैट सरफेस" पोजिशनिंग सिस्टम से बदल दिया गया, जिससे क्लीयरेंस 0.03 मिमी तक कम हो गया और पार्ट ऑफसेट की समस्या हल हो गई;

ऊष्मा अपव्यय अनुकूलन: फिक्स्चर बॉडी तांबे की मिश्र धातु से बनी है और इसमें शीतलन चैनल हैं, जिससे वेल्ड क्षेत्र में शीतलन दर 40% तक बढ़ जाती है;

गतिशील क्लैम्पिंग: तनाव संकेंद्रण से बचने के लिए क्लैम्पिंग बल को वास्तविक समय में समायोजित करने के लिए एक विस्थापन सेंसर और सर्वो क्लैम्पिंग सिस्टम स्थापित किया गया है;

सममितीय अवरोध: वेल्डिंग तनाव को संतुलित करने के लिए चेन के दोनों किनारों पर सममितीय क्लैम्पिंग ब्लॉक और सपोर्ट ब्लॉक लगाए जाते हैं।

सुधारों के बाद, रोलर चेन का पिच विचलन 0.05 मिमी के भीतर नियंत्रित किया जाता है, और विरूपण ≤0.1 मिमी होता है, जो ग्राहक की उच्च-सटीकता आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करता है।

निष्कर्ष: रोलर चेन वेल्डिंग की गुणवत्ता के लिए फिक्स्चर डिजाइन "सुरक्षा की पहली पंक्ति" है।

रोलर चेन वेल्डिंग में होने वाले विरूपण को कम करना किसी एक चरण को अनुकूलित करने का मामला नहीं है, बल्कि यह एक व्यवस्थित प्रक्रिया है जिसमें पोजिशनिंग, क्लैम्पिंग, ऊष्मा अपव्यय, प्रसंस्करण और रखरखाव शामिल हैं, और वेल्डिंग फिक्स्चर का डिज़ाइन इसका मुख्य घटक है। एकीकृत पोजिशनिंग संरचना से लेकर अनुकूल क्लैम्पिंग बल नियंत्रण और गतिशील अनुवर्ती कार्रवाई के लचीले डिज़ाइन तक, हर विवरण विरूपण प्रभाव को सीधे प्रभावित करता है।