कंपन अवशोषण के लिए स्टील वेल्डमेंट बनाम मिनरल कास्ट मशीन आधार

पीएफटी, शेन्ज़ेन

सारांश

मशीन के आधार के डिज़ाइन में कंपन को नियंत्रित करके मशीनिंग सटीकता को स्थिर करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। इस अध्ययन में स्टील वेल्डमेंट और मिनरल कास्ट आधारों की तुलना कंपन अवमंदन दक्षता के संदर्भ में की गई है। प्राकृतिक आवृत्ति, अवमंदन अनुपात और साथ ही अनुकरित काटने भार के तहत विस्थापन प्रतिक्रिया का आकलन करने के लिए परिमित तत्व मॉडल विकसित किए गए थे और मॉडल टेस्टिंग की गई थी। परिणामों में दिखाया गया है कि मिनरल कास्ट आधारों में स्टील वेल्डमेंट की तुलना में 18–25% अधिक अवमंदन क्षमता है, विशेष रूप से 200–500 हर्ट्ज़ की आवृत्ति सीमा में। हालाँकि, स्टील वेल्डमेंट में संरचनात्मक दृढ़ता और कम प्रारंभिक लागत में लाभ है। यह खोज प्रदर्शन प्राथमिकताओं के अनुसार मशीन आधार सामग्री का चयन करने के लिए मात्रात्मक साक्ष्य प्रदान करती है।

1 परिचय

मशीन टूल बेस समग्र सिस्टम स्थिरता के लिए मौलिक हैं। उच्च-गति वाली मशीनिंग के दौरान उत्पन्न कंपन आयामी सटीकता, उपकरण के पहनावे और सतह की गुणवत्ता को सीधे प्रभावित करता है। बेस संरचना के लिए सामग्री का चयन दृढ़ता और अवमंदन क्षमता दोनों निर्धारित करता है। जबकि स्टील वेल्डमेंट को निर्माण की सुगमता के कारण व्यापक रूप से अपनाया गया है, खनिज कास्ट आधारों को श्रेष्ठ अवमंदन प्रदर्शन के लिए ध्यान दिया गया है। यह पेपर नियंत्रित प्रायोगिक परिस्थितियों के तहत इन दोनों सामग्रियों के बीच मात्रात्मक अंतर की जांच करता है।

2 अनुसंधान पद्धति

2.1 डिज़ाइन दृष्टिकोण

एक ही ज्यामिति के दो प्रोटोटाइप बेस बनाए गए थे: एक वेल्डेड स्टील प्लेट्स से और एक खनिज कास्ट कॉम्पोजिट से। दोनों डिज़ाइनों ने मशीन टूल बेस आयामों (1.2 मीटर × 0.8 मीटर × 0.6 मीटर) के मानकों का पालन किया।

2.2 डेटा स्रोत

• सामग्री गुणों को आपूर्तिकर्ता डेटाशीट से लिया गया था और तन्यता और संपीड़न शक्ति परीक्षणों द्वारा सत्यापित किया गया था।

• कंपन परीक्षण के आंकड़े मई-जुलाई 2025 के दौरान किए गए आंतरिक प्रयोगों से एकत्र किए गए थे।

2.3 प्रायोगिक उपकरण एवं मॉडल

• परिमित अवयव विश्लेषण (FEA): ANSYS 2024 का उपयोग मॉडल आवृत्तियों और तनाव वितरण के मॉडलन के लिए किया गया था।

• मॉडल परीक्षण: एक उपकरणित हथौड़ा और त्वरणमापी (PCB Piezotronics, मॉडल 352C) ने गतिक प्रतिक्रिया दर्ज की।

• सिग्नल प्रोसेसिंग: MATLAB R2024b के साथ अनुप्रयुक्त आवृत्ति प्रतिक्रिया फलनों का विश्लेषण अवमंदन अनुपात निकालने के लिए किया गया।

पुन:उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए सभी प्रक्रियाओं को तीन बार दोहराया गया।

3 परिणाम और विश्लेषण

3.1 प्राकृतिक आवृत्ति

तालिका 1 प्रथम तीन प्राकृतिक आवृत्तियों का सारांश देती है। स्टील वेल्डमेंट अधिक कठोरता के कारण थोड़ी उच्च मान दर्शाता है।

तालिका 1 स्टील और खनिज कास्ट आधारों की प्राकृतिक आवृत्तियां

3.2 अवमंदन अनुपात

चित्र 1 में अवमंदन अनुपात तुलना दर्शाई गई है। खनिज कास्ट ने 0.042 तक का अनुपात प्राप्त किया, जबकि स्टील 0.034 से कम पर बनी रही।

चित्र 1 स्टील और खनिज कास्ट आधारों के लिए अवमंदन अनुपात (200–500 हर्ट्ज में मापा गया)

3.3 विस्थापन प्रतिक्रिया

समतुल्य उत्तेजना बल (300 N) के तहत, खनिज कास्ट आधारों ने शिखर विस्थापन आयाम को औसतन 21% कम कर दिया।

3.4 तुलनात्मक विश्लेषण

मौजूदा अध्ययनों [1–2] में खनिज कास्ट सामग्री के लिए अवमंदन में 15–20% सुधार की सूचना दी गई। वर्तमान निष्कर्ष इन परिणामों की पुष्टि करते हैं और सीधे संरचनात्मक प्रोटोटाइप के साथ इन्हें बढ़ाते हैं, मध्यम-आवृत्ति सीमा में निरंतर प्रदर्शन लाभों को रेखांकित करते हुए।

4 चर्चा

खनिज कास्ट के उत्कृष्ट अवमंदन व्यवहार का मुख्य कारण इसकी समग्र सूक्ष्म संरचना है, जहां पॉलिमर-बाउंड संग्रिगेट्स आंतरिक घर्षण के माध्यम से कंपन ऊर्जा को बेकार कर देते हैं। स्टील वेल्डमेंट्स यद्यपि अवमंदन में कम कुशल होते हैं, फिर भी वे उच्च संरचनात्मक दृढ़ता प्रदान करते हैं, जो भारी भार वाले अनुप्रयोगों को लाभान्वित करती है।

मर्जित बिंदु:

• इस अध्ययन में तापीय प्रभावों को शामिल नहीं किया गया था, हालांकि वे लंबे समय तक स्थिरता को प्रभावित कर सकते हैं।

• केवल एक ज्यामितीय विन्यास का परीक्षण किया गया, जो अन्य मशीन डिज़ाइनों तक सामान्यीकरण को सीमित करता है।

व्यावहारिक निहितार्थ:

• खनिज कास्ट की अनुशंसा उच्च गति वाले मशीनिंग सेंटर्स के लिए की जाती है, जहां कंपन अवमंदन सीधे उपकरण जीवन और सतह की खत्म करने में सुधार करता है।

• भारी कटिंग भार वाले लागत-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए स्टील वेल्डमेंट्स उपयुक्त बने रहते हैं।

5 निष्कर्ष

मात्रात्मक परीक्षण से पता चला कि खनिज कास्ट आधार स्टील वेल्डमेंट की तुलना में 200–500 हर्ट्ज़ रेंज में विशेष रूप से 18–25% बेहतर कंपन अवशोषण प्रदान करते हैं। स्टील वेल्डमेंट कठोरता और कम उत्पादन लागत में अपने लाभ बनाए रखते हैं। भविष्य के शोध में थर्मल साइक्लिंग परीक्षण और हाइब्रिड आधार संरचनाओं को शामिल किया जाना चाहिए ताकि दोनों सामग्रियों के लाभों को एक साथ जोड़ा जा सके।