पृष्ठभागांच्या सुपर फिनिशिंगसाठी पॉलिशिंग तंत्र

Ra, Rmax, Rz यांच्या परिभाषेत उच्च दर्जाचे पृष्ठभागावरील फिनिशिंग मिळविण्यासाठी हार्ड पॉलिशिंग आणि सॉफ्ट पॉलिशिंग अशा वेगवेगळ्या पॉलिशिंग तंत्रांचा वापर करून सपाट पृष्ठभागाचे सुपर फिनिशिंग केले जाते. तथापि, पॉलिशिंगच्या सुरुवातीपूर्वी सपाट पृष्ठभाग तयार करणे आवश्यक असते. त्यामुळे प्रथम आपण प्री-पॉलिशिंग तंत्रांवर नजर टाकू.

प्री-पॉलिशिंग
सामान्यपणे ग्राइंडिंग, फॅमिंग किंवा लॅपिंग या प्रक्रियांद्वारे जाडी, सपाटपणा, समांतरता आणि पृष्ठीय फिनिश यांसारख्या निकषांच्या इच्छित टॉलरन्समध्ये बसेल असा पृष्ठभाग तयार करण्यासाठी कार्यवस्तूच्या (किंवा नमुन्याच्या) पृष्ठभागावरून अगदी मोजूनमापून मटेरियल काढले जाते. मटेरियलवर ग्राइंडिंग/फॅमिंग/लॅपिंग/ पॉलिशिंग करण्याची प्रक्रिया धातू, काचा, ऑप्टिक्स, सेमीकंडक्टर आणि सिरॅमिकपासून बनविलेल्या वस्तूंवर विस्तृत प्रमाणात लागू केली जाते. मटेरियल काढण्यातील अचूकतेमुळे आणि नियंत्रणामुळे लॅपिंग आणि पॉलिशिंग तंत्र फायदेशीर ठरते. या तंत्रांचा वापर करून नॅनोमीटर श्रेणीतील पृष्ठीय फिनिश तयार करता येऊ शकत असल्यामुळे मटेरियल प्रक्रियेसाठी लॅपिंग आणि पॉलिशिंग ही एक आकर्षक पद्धत बनते.

पार्श्वभूमी
विशिष्ट कार्यवस्तूंमधून मटेरियल काढण्यासाठी बरीच तंत्रे वापरली जातात. मटेरियल अचूकपणे काढण्यासाठी ग्राइंडिंग, फॅमिंग, लॅपिंग, पॉलिशिंग आणि केमिकल मेकॅनिकल पॉलिशिंग (CMP) ही सर्व तंत्रे वापरली जातात. याविषयीच्या मुद्द्यांवर चर्चा करताना संदर्भ नीट समजावे म्हणून मूलभूत संज्ञांची थोडक्यात चर्चा आवश्यक आहे.

ग्राइंडिंगच्या प्रक्रियेत टूल म्हणून बॉण्डिंग केलेल्या अपघर्षक (अॅब्रेझिव्ह) मटेरियलपासून बनविलेले एक ग्राइंडिंग व्हील वापरले जाते.



फॅमिंग हे एक अत्यंत कार्यक्षम तंत्र आहे. यामध्ये अपघर्षक कण लॅपिंग प्लेटच्या पृष्ठभागावर चिकटलेले किंवा रुतलेले नसतात, तर ते प्लेटच्या पृष्ठभागावर मुक्तपणे प्रवाहित होतात आणि कार्यवस्तूच्या पृष्ठभागावरील मटेरियल अधिक कार्यक्षमतेने काढून टाकतात. यामुळे कार्यवस्तूवर लॅपिंग प्लेटच्या पृष्ठभागाचे प्रतिबिंब (मिरर इमेज) तयार होते. फॅमिंगमध्ये मटेरियल (स्टॉक) काढण्याचा दर बराच जास्त असतो, परंतु पृष्ठीय फिनिशची मूल्ये विशेषतः Rz च्या दृष्टीने नियंत्रित केली जात नाहीत.


स्पीडफॅम फ्री अॅब्रेझिव्ह मशीन (चित्र क्र. 2) बहुतेक सर्व प्रकारच्या कठीण (हार्ड) मटेरियलचे सपाट पृष्ठभाग सुपर फिनिश करण्यासाठी डिझाइन केलेले एक अष्टपैलू प्रिसिजन मशीन आहे. या मशीनमध्ये खास प्रकारची स्पीड अॅलॉय सेगमेंटेड प्लेट दिलेली आहे. या प्लेटखाली दिलेल्या वॉटर कूलिंग जॅकेटमुळे प्लेटमधील उष्णता शीघ्रतेने कमी केली आणि उष्णतेमुळे प्लेटचे कोणत्याही प्रकारचे विरूपण होणार नाही हे सुनिश्चित केले जाते. ही मशीन मोटराइज्ड फॉरवर्ड रिव्हर्स प्रणालीसहदेखील उपलब्ध असतात. यामुळे ऑपरेटरवर अवलंबून न राहता प्रक्रियेदरम्यान प्लेटचा योग्य सपाटपणा राखण्यात मोठ्या प्रमाणात मदत होते.

उदाहरण 1
सबमर्सिबल पंपमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या स्टेनलेस स्टील थ्रस्ट बेअरिंगचे पॉलिशिंग


सबमर्सिबल पंपमध्ये वापरलेल्या थ्रस्ट बेअरिंगचे उदाहरण घेऊ. सबमर्सिबल वॉटर पंपची पाणी इच्छित उंचीवर सतत पंप करण्याची कार्यक्षमता हे थ्रस्ट बेअरिंगच प्रामुख्याने निश्चित करते. कार्यवस्तूचे मटेरियल SS असते. कार्यवस्तूचा प्रातिनिधिक आकार 36 मिमी. X 21 मिमी. असतो (याचे विविध आकार असतात). एका थ्रस्ट बेअरिंगच्या अॅसेम्ब्लीमध्ये (चित्र क्र. 3) एकूण 4/6/8 यंत्रभाग असतात. म्हणून प्रत्येक पाकळी निर्दिष्ट टॉलरन्समध्ये असणे आवश्यक असते. तसेच सर्व भाग अदलाबदल करता येण्याजोगे असणे आवश्यक असते. फॅमिंगसाठी दिलेली जाडी 11.03 ±0.02 मिमी. आहे, जी 10.98 ±0.005 मिमी.पर्यंत कमी करायची आहे.

फॅमिंग करण्यापूर्वी, यंत्रभाग सरफेस ग्राइंडरवर आधीच घासून घेतले जातात. या पूर्वप्रक्रियेत 0.16 मायक्रॉन Ra या श्रेणीचा पृष्ठीय फिनिश मिळतो, जो 0.045 ते 0.060 मायक्रॉन Ra या स्तरापर्यंत सुधारावयाचा असतो. 7 तासांच्या शिफ्टमध्ये 3276 पाकळ्या एवढे उत्पादन लक्ष्य साध्य करावयाचे आहे. येथे स्पीडफॅम फ्री अ‍ॅब्रेझिव मशीन मॉडेल 36 BTAW (चित्र क्र. 2) मशीन वापरलेली आहे.

हार्ड पॉलिशिंग करण्यासाठी 3 मायक्रॉनच्या फाइन डायमंडने युक्त असलेली कॉपरची कठीण प्लेट वापरली आहे. 0.087 मायक्रॉन Ra असा अंतिम पृष्ठीय फिनिश मिळालेला आहे.

FAM मशीनची स्पेसिफिकेशन
चित्र क्र. 4 मध्ये दिलेल्या पारिभाषिक नामकरण पद्धतीनुसार फ्री अॅब्रेझिव्ह मशीनचे वर्णन विविध प्रकारे करता येते. B आणि W ही वैशिष्ट्ये येथे अत्यावश्यक आहेत. BW म्हणजे बेसिक + वॉटर कूलिंग, BAW म्हणजे बेसिक + वॉटर कूलिंग + न्यूमॅटिक प्रेशर कंट्रोल सिस्टिम, BTAW म्हणजे बेसिक वॉटर कूलिंग + न्यूमॅटिक प्रेशर कंट्रोल सिस्टिम + वर्क हँडलिंग टेबल अशी इतर कॉन्फिगरेशन असतात.
फॅमिंग प्रक्रियेमध्ये घर्षणामुळे निर्माण होणारी उष्णता दूर नेण्याकरिता, फ्री अॅब्रेझिव्ह मशीन प्लेटमध्ये एक मोठे वॉटर कूलिंग जॅकेट (चित्र क्र. 5) दिलेले असते, जे मशीन प्लेटच्या खालचे संपूर्ण क्षेत्र आणि फॅमिंग मशीनचा कामकाजाचा पृष्ठभागसुद्धा व्यापते.


एका बॅचमधील एकाच उंचीच्या परंतु वेगवेगळ्या आकाराच्या यंत्रभागांचे काम फ्री अॅब्रेझिव्ह मशीनवर एकाचवेळी करण्यासाठी न्युमॅटिक दाब स्वतंत्रपणे समायोजित (अॅडजस्ट) करणेदेखील (चित्र क्र. 6 ) शक्य आहे.


कार्यवस्तूमध्ये सपाटपणा आणण्यासाठी प्लेटचा सपाटपणा राखणे सर्वात महत्त्वाचे आहे. यासाठी फ्री अॅब्रेझिव्ह मशीनमध्ये एक अद्वितीय फॉरवर्ड/रिव्हर्स यंत्रणा (चित्र क्र. 7) दिलेली आहे.



उदाहरण 2
ड्रॉइंग डाय मटेरियल D2 चे पॉलिशिंग. (सॉफ्ट पॉलिशिंग)
स्पीडफॅम टेबल टॉप लॅपिंग आणि पॉलिशिंग मशीनमध्ये (चित्र क्र. 8) विविध कामांसाठी सानुकूलित (कस्टमाइज) केलेले ग्रूव्ह पॅटर्न असणाऱ्या खास श्रेणीच्या कास्ट आयर्न लॅपिंग प्लेट असतात. मशीनच्या डिझाइनमध्ये लॅप प्लेटच्या जास्तीतजास्त क्षेत्राचा वापर करणाऱ्या 3/4 रिंग असतात. मशीनमध्ये प्रक्रियेदरम्यान प्लेट कंडिशनिंग सुविधा दिलेली आहे, जिच्यामुळे प्रक्रियेदरम्यान प्लेटचा सपाटपणा राखण्यास मदत होते.


स्लरी पुनर्वापर (रीसर्क्युलेशन) प्रणाली स्लरीचा इष्टतम वापर सुनिश्चित करते, ज्यामुळे प्रक्रियेचा खर्च कमी होतो. डाय पॉलिशिंग, सबमर्सिबल पंपचे यंत्रभाग आणि कमी प्रमाणात उत्पादन होणारी यांत्रिकी सील अशा विशिष्ट अॅप्लिकेशनसाठी हे मशीन वापरले जाते.

डाय पॉलिशिंग घर्षण कमी करण्यात मदत करते आणि यामुळे धातूचा प्रवाहीपणा वाढतो आणि डाइजचे ड्रॉइंग आणि स्ट्रेचिंग करताना ताण एकसारखा वितरित होतो. यामुळे टूलचे आयुर्मान वाढते आणि गॉलिंग प्रवृत्ती कमी होते.


पॉलिश करण्याच्या जवळजवळ सर्व प्रकारच्या मटेरियलची आवश्यकता पॉलिशिंग पॅड (चित्र क्र. 9) पूर्ण करते. अतिशय नेमके प्री-पॉलिश करण्यासाठी आणि पृष्ठभागाच्या महत्त्वपूर्ण आवश्यकता असलेल्या अंतिम पॉलिश ऑपरेशनसाठी ही पॅड योग्य आहेत. ही पॅड उत्कृष्ट पृष्ठीय फिनिश देतात. या पॅडसोबत अ‍ॅडेझिव्ह दिले जाते किंवा त्यांना बेस प्लेटवर चिकटविले जाते.

उदाहरण 3
सिरॅमिक वॉटर पंप सील (WPS) चे पॉलिशिंग
आपण वॉटर पंपमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सिरॅमिक सीलचे उदाहरण घेऊ. पाणी इच्छित उंचीवर सतत पंप करण्याची पाण्याच्या पंपाची कार्यक्षमता हे सिरॅमिक सील प्रामुख्याने निश्चित करतात. कार्यवस्तूचे मटेरियल सिरॅमिक आहे. या ठिकाणी कार्यवस्तूचा आकार 31 मिमी. X 20 मिमी. आहे (विविध आकार असतात). तसेच एका यंत्रभागाच्या जागी दुसरा यंत्रभाग वापरता येणे आवश्यक आहे. लॅपिंग करण्यासाठी दिलेली जाडी 7.830 ±0.2 मिमी. आहे, जी 7.674 ±0.008 मिमी.पर्यंत कमी करावयाची आहे. लॅपिंग करण्यापूर्वी, यंत्रभाग सरफेस ग्राइंडरवर सिंटर केलेले आहेत.

पूर्वीच्या प्रक्रियेत मिळालेली समांतरता 0.077 मायक्रॉनच्या श्रेणीमध्ये आहे, जिला सुधारून 0.004 मायक्रॉनपर्यंत आणावयाची आहे. 7 तासांच्या शिफ्टमध्ये 2520 पाकळ्या हे आमचे उत्पादन लक्ष्य आहे. 15 मायक्रॉनची डायमंड पेस्ट येथे अपघर्षक म्हणून वापरावयाची आहे. येथे वापरलेले मशीन स्पीडफॅम डबल साइड मशीन मॉडेल DSM 9B (चित्र क्र. 10)आहे.


चित्र क्र. 10 मध्ये दाखविलेल्या डबल पॉलिशिंग मशीनमध्ये चित्र क्र. 11 मध्ये दाखविलेली हार्ड पॉलिशिंग प्लेट बसवून, वॉटर पंप सीलच्या एका बाजूचे पॉलिशिंग केले जाईल. येथे ही प्लेट तांब्यापासून बनविलेली आहे.


मटेरियलच्या रफ आणि फाइन लॅपिंगसाठी तांब्याच्या प्लेट वापरल्या जातात. शिसापासून (लेड) बनलेल्या प्लेट मटेरियलच्या फाइन लॅपिंग आणि पॉलिशिंगसाठी वापरल्या जातात. त्यांचा मटेरियल काढण्याचा दर कमी असतो, परंतु त्या उच्च दर्जाचा पृष्ठीय फिनिश देतात. अॅल्युमिनिअम ऑक्साइड, कोलॉयडल सिलिका किंवा डायमंड सस्पेंशन वापरून बेस प्लेटला जोडलेल्या पॉलिशिंग कापडाचा वापर करून सॉफ्ट पॉलिशिंग केले जाते. पॉलिशिंग पॅडमुळे उच्च प्रतीचा पृष्ठीय फिनिश मिळतो म्हणून त्यांचा वापर फायदेशीर ठरतो.


तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की, पॉलिशिंग कापडाचा वापर दीर्घकाळ केल्याने कधीकधी नागमोडी पृष्ठभाग आणि एज राउंडिंग होऊ शकते, जे गुणवत्तेसाठी हानिकारक असू शकते. नमुन्यांचे अंतिम पॉलिश करताना कापडाचा वापर यशस्वीपणे करण्यासाठी योग्य पॉलिशिंग कापडाची निवड आणि प्रक्रियेसाठी दिलेला वेळ दोन्ही महत्त्वपूर्ण असतात.

पॉलिशिंगसाठी वापरण्याच्या
इतर गोष्टी
डायमंड पेस्ट
इच्छित दर्जाचे अचूक परावर्तनक्षम पृष्ठभाग तयार करण्यासाठी लागणारे एकसारखे यंत्रण गुणधर्म डायमंड पेस्टमधून मिळतात. पंप मॅन्युफॅक्चरिंग, व्हॉल्व्ह उत्पादन, टूल आणि गेज इत्यादी. विविध अॅप्लिकेशनमध्ये डायमंड पेस्ट वापरली जाऊ शकते.

प्लेट ओलसर करणारे फवारे

पॉलिशिंग स्प्रेद्वारे पॉलिशिंग प्लेटवर अतिशय सूक्ष्म जलबिंदू फवारले जातात, ज्यांच्यामुळे पॉलिशिंगदरम्यान पॉलिश प्लेट कोरड्या पडण्यास प्रतिबंध होतो.

डायमंड पावडर
डायमंड पावडर हे विविध लॅपिंग, ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंग कामांमध्ये वापरले जाणारे सर्वात कठीण मानवनिर्मित अपघर्षक आहे. कार्बन सील मॅन्युफॅक्चरिंग, पंप मॅन्युफॅक्चरिंग यासारख्या अॅप्लिकेशनमध्ये याचा वापर केला जातो.

पॉलिशिंग पॅड

पॉलिश करावयाच्या विविध प्रकारच्या मटेरियलसाठी पॉलिशिंग पॅड वापरण्यात येते. इच्छित पृष्ठीय फिनिश मिळविण्यासाठी केल्या जाणाऱ्या विविध रफ आणि फायनल पॉलिशिंग ऑपरेशनसाठी ही पॅड योग्य आहेत. योग्य पॉलिशिंग माध्यमासोबत वापरली की ही पॅड इच्छित पृष्ठीय फिनिश देतात.




 प्रफुल गोवंडे
 व्यवस्थापकीय संचालक, स्पीडफॅम (इंडिया) प्रा. लि.
 9869922346
 praful@speedfam.co.in
 प्रफुल गोवंडे यांत्रिकी अभियंता असून, त्यांच्या 'स्पीडफॅम' कंपनीकडून फ्लॅट सरफेस सुपर फिनिशिंगसाठी आयात होणाऱ्या मशीन, कन्झ्युमेबल आणि मोजमापन उपकरणांसाठी समर्थ देशी पर्याय ग्राहकांना उपलब्ध केला जातो.