ടൂൾ റിപ്പയറിനുള്ള സബ്‌ട്രാക്റ്റീവ് vs ഹൈബ്രിഡ് CNC-AM

പിഎഫ്ടി, ഷെൻഷെൻ

വ്യാവസായിക ഉപകരണ അറ്റകുറ്റപ്പണികൾക്കായി ഉയർന്നുവരുന്ന ഹൈബ്രിഡ് CNC-അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് (AM) ഉപയോഗിച്ച് പരമ്പരാഗത സബ്ട്രാക്റ്റീവ് CNC മെഷീനിംഗിന്റെ ഫലപ്രാപ്തിയെ ഈ പഠനം താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു. കേടായ സ്റ്റാമ്പിംഗ് ഡൈകളിൽ നിയന്ത്രിത പരീക്ഷണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് പ്രകടന അളവുകൾ (റിപ്പയർ സമയം, മെറ്റീരിയൽ ഉപഭോഗം, മെക്കാനിക്കൽ ശക്തി) കണക്കാക്കി. സബ്ട്രാക്റ്റീവ്-മാത്രം സമീപനങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഹൈബ്രിഡ് രീതികൾ മെറ്റീരിയൽ മാലിന്യം 28–42% കുറയ്ക്കുകയും അറ്റകുറ്റപ്പണി ചക്രങ്ങൾ 15–30% കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന് ഫലങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഹൈബ്രിഡ്-റിപ്പയർ ചെയ്ത ഘടകങ്ങളിൽ താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന ടെൻസൈൽ ശക്തി (ഒറിജിനൽ ഉപകരണത്തിന്റെ ≥98%) മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ വിശകലനം സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. പ്രാഥമിക പരിമിതിയിൽ AM നിക്ഷേപത്തിനായുള്ള ജ്യാമിതീയ സങ്കീർണ്ണത നിയന്ത്രണങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു. സുസ്ഥിര ഉപകരണ പരിപാലനത്തിനുള്ള ഒരു പ്രായോഗിക തന്ത്രമായി ഹൈബ്രിഡ് CNC-AM ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ തെളിയിക്കുന്നു.

1 ആമുഖം

ഉപകരണങ്ങളുടെ ഡീഗ്രഡേഷൻ നിർമ്മാണ വ്യവസായങ്ങൾക്ക് പ്രതിവർഷം $240B ചിലവാകും (NIST, 2024). പരമ്പരാഗത സബ്‌ട്രക്റ്റീവ് CNC റിപ്പയർ, മില്ലിങ്/ഗ്രൈൻഡിംഗ് വഴി കേടായ ഭാഗങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നു, പലപ്പോഴും സംരക്ഷിക്കാവുന്ന വസ്തുക്കളുടെ 60% ത്തിലധികം ഒഴിവാക്കുന്നു. ഹൈബ്രിഡ് CNC-AM സംയോജനം (നിലവിലുള്ള ടൂളിംഗിലേക്ക് നേരിട്ട് ഊർജ്ജം നിക്ഷേപിക്കുന്നത്) വിഭവ കാര്യക്ഷമത വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, പക്ഷേ വ്യാവസായിക സാധൂകരണം ഇല്ല. ഉയർന്ന മൂല്യമുള്ള ടൂളിംഗ് റിപ്പയറിനുള്ള പരമ്പരാഗത സബ്‌ട്രക്റ്റീവ് രീതികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഹൈബ്രിഡ് വർക്ക്ഫ്ലോകളുടെ പ്രവർത്തന ഗുണങ്ങളെ ഈ ഗവേഷണം കണക്കാക്കുന്നു.

2 രീതിശാസ്ത്രം

2.1 പരീക്ഷണാത്മക രൂപകൽപ്പന

കേടായ അഞ്ച് H13 സ്റ്റീൽ സ്റ്റാമ്പിംഗ് ഡൈകൾ (അളവുകൾ: 300×150×80mm) രണ്ട് അറ്റകുറ്റപ്പണികൾക്ക് വിധേയമായി:

• ഗ്രൂപ്പ് എ (കുറിക്കൽ):
  - 5-ആക്സിസ് മില്ലിംഗ് (DMG MORI DMU 80) വഴി കേടുപാടുകൾ നീക്കം ചെയ്യൽ
  - വെൽഡിംഗ് ഫില്ലർ ഡിപ്പോസിഷൻ (GTAW)
  - യഥാർത്ഥ CAD-ലേക്ക് മെഷീനിംഗ് പൂർത്തിയാക്കുക

• ഗ്രൂപ്പ് ബി (ഹൈബ്രിഡ്):
  - കുറഞ്ഞ തകരാർ നീക്കം ചെയ്യൽ (<1mm ആഴം)
  - മെൽറ്റിയോ M450 (316L വയർ) ഉപയോഗിച്ചുള്ള DED നന്നാക്കൽ
  - അഡാപ്റ്റീവ് CNC റീമാച്ചിംഗ് (സീമെൻസ് NX CAM)

2.2 ഡാറ്റ ഏറ്റെടുക്കൽ

• മെറ്റീരിയൽ കാര്യക്ഷമത: അറ്റകുറ്റപ്പണിക്ക് മുമ്പോ ശേഷമോ ഉള്ള പിണ്ഡ അളവുകൾ (മെറ്റ്ലർ XS205)

• സമയ ട്രാക്കിംഗ്: IoT സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പ്രക്രിയ നിരീക്ഷണം (ToolConnect)

• മെക്കാനിക്കൽ പരിശോധന:
  - കാഠിന്യം മാപ്പിംഗ് (ബ്യൂഹ്ലർ ഇൻഡന്റമെറ്റ് 1100)
  - നന്നാക്കിയ മേഖലകളിൽ നിന്നുള്ള ടെൻസൈൽ സാമ്പിളുകൾ (ASTM E8/E8M).

3 ഫലങ്ങളും വിശകലനവും

3.1 വിഭവ വിനിയോഗം

പട്ടിക 1: നന്നാക്കൽ പ്രക്രിയ മെട്രിക്സ് താരതമ്യം

3.2 മെക്കാനിക്കൽ സമഗ്രത

ഹൈബ്രിഡ്-റിപ്പയർ ചെയ്ത മാതൃകകൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു:

• സ്ഥിരമായ കാഠിന്യം (52–54 HRC vs. യഥാർത്ഥ 53 HRC)

• ആത്യന്തിക ടെൻസൈൽ ശക്തി: 1,890 MPa (±25 MPa) – അടിസ്ഥാന മെറ്റീരിയലിന്റെ 98.4%

• ക്ഷീണ പരിശോധനയിൽ ഇന്റർഫേഷ്യൽ ഡീലാമിനേഷൻ ഇല്ല (80% വിളവ് സമ്മർദ്ദത്തിൽ 10⁶ സൈക്കിളുകൾ)

ചിത്രം 1: ഹൈബ്രിഡ് റിപ്പയർ ഇന്റർഫേസിന്റെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ (SEM 500×)
കുറിപ്പ്: ഫ്യൂഷൻ അതിർത്തിയിലെ സമതുലിതമായ ധാന്യ ഘടന ഫലപ്രദമായ താപ മാനേജ്മെന്റിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

4 ചർച്ച

4.1 പ്രവർത്തനപരമായ പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ

ബൾക്ക് മെറ്റീരിയൽ നീക്കം ചെയ്യുന്നത് ഒഴിവാക്കുന്നതിലൂടെയാണ് 28.9% സമയ കുറവ് ഉണ്ടാകുന്നത്. ഹൈബ്രിഡ് പ്രോസസ്സിംഗ് ഇനിപ്പറയുന്നവയ്ക്ക് ഗുണകരമാണെന്ന് തെളിയിക്കുന്നു:

• നിർത്തലാക്കിയ മെറ്റീരിയൽ സ്റ്റോക്കുള്ള ലെഗസി ടൂളിംഗ്

• ഉയർന്ന സങ്കീർണ്ണതയുള്ള ജ്യാമിതികൾ (ഉദാഹരണത്തിന്, കൺഫോർമൽ കൂളിംഗ് ചാനലുകൾ)

• കുറഞ്ഞ അളവിലുള്ള അറ്റകുറ്റപ്പണികളുടെ സാഹചര്യങ്ങൾ

4.2 സാങ്കേതിക നിയന്ത്രണങ്ങൾ

നിരീക്ഷിച്ച പരിമിതികൾ:

• പരമാവധി ഡിപ്പോസിഷൻ കോൺ: തിരശ്ചീനത്തിൽ നിന്ന് 45° (ഓവർഹാംഗ് വൈകല്യങ്ങൾ തടയുന്നു)

• DED ലെയർ കനം വ്യത്യാസം: ±0.12mm അഡാപ്റ്റീവ് ടൂൾപാത്തുകൾ ആവശ്യമാണ്

• എയ്‌റോസ്‌പേസ്-ഗ്രേഡ് ഉപകരണങ്ങൾക്ക് പോസ്റ്റ്-പ്രോസസ് HIP ചികിത്സ അത്യാവശ്യമാണ്.

5 തീരുമാനം

ഹൈബ്രിഡ് CNC-AM, ടൂൾ റിപ്പയർ റിസോഴ്‌സ് ഉപഭോഗം 23–42% കുറയ്ക്കുന്നതിനൊപ്പം, കുറയ്ക്കൽ രീതികളുമായി മെക്കാനിക്കൽ തുല്യത നിലനിർത്തുന്നു. മെറ്റീരിയൽ ലാഭിക്കുന്നത് AM പ്രവർത്തന ചെലവുകളെ ന്യായീകരിക്കുന്ന മിതമായ ജ്യാമിതീയ സങ്കീർണ്ണതയുള്ള ഘടകങ്ങൾക്ക് നടപ്പിലാക്കൽ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു. തുടർന്നുള്ള ഗവേഷണങ്ങൾ കാഠിന്യമേറിയ ടൂൾ സ്റ്റീലുകൾക്കുള്ള നിക്ഷേപ തന്ത്രങ്ങൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യും (>60 HRC).