बोल्ट और स्क्रू सबसे बुनियादी यांत्रिक घटक हैं, जिनका व्यापक रूप से ऑटोमोबाइल, औद्योगिक मशीनरी और निर्माण जैसे विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है। वेल्डिंग और रिवेटिंग के विपरीत, बोल्ट की सबसे बड़ी विशेषता यह है कि इन्हें कसने के बाद भी आसानी से हटाया जा सकता है और दोबारा कस कर दोबारा उपयोग में लाया जा सकता है।
टाइटेनियम बोल्ट की विनिर्माण प्रक्रिया
बोल्ट के लिए निर्माण सामग्री आम तौर पर कुंडलित तार होती है। पिकलिंग, स्नेहन, एनीलिंग और तार खींचने जैसे द्वितीयक प्रसंस्करण के बाद, बोल्ट हेड और धागे का निर्माण किया जाता है, गर्मी का उपचार किया जाता है, और सतह का उपचार ठंडे फोर्जिंग का उपयोग करके किया जाता है। उत्पाद प्रकार के आधार पर, कुछ को धागा बनाने से पहले ताप उपचार की आवश्यकता होती है, जबकि अन्य को नहीं। माध्यमिक प्रसंस्करण आम तौर पर विशेष कर्मियों द्वारा किया जाता है, लेकिन कभी-कभी यह बोल्ट विनिर्माण संयंत्र में किया जाता है।
बोल्ट हेड का निर्माण आम तौर पर फोर्जिंग मशीनरी जैसे अपसेटिंग मशीन या पुशर पिन मशीन का उपयोग करके बोल्ट हेड को ठंडा करने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है, जिसे "अपसेटिंग" कहा जाता है। कोल्ड फोर्जिंग, जिसे कोल्ड प्रेसिंग के रूप में भी जाना जाता है, कमरे के तापमान पर प्रसंस्करण को संदर्भित करता है। यह वार्म और हॉट वर्किंग के विपरीत शब्द है, जहां प्रसंस्करण से पहले सामग्री को गर्म किया जाता है। फोर्जिंग प्रक्रिया में कुंडलित स्टील को उचित लंबाई में काटना और फिर कई फोर्जिंग डाई का उपयोग करके सामग्री को दबाना शामिल है। फोर्जिंग में चार चरण शामिल हैं: अपसेटिंग, डीप ड्राइंग, रिवर्स एक्सट्रूज़न और फिनिशिंग। अपसेटिंग में सामग्री को उसके मूल व्यास से परे विस्तारित करने के लिए एक छोर से निचोड़ना शामिल है; इसके विपरीत, गहरी ड्राइंग, सामग्री को एक छोर से निचोड़कर छोटे व्यास में सिकोड़ देती है; रिवर्स एक्सट्रूज़न में सामग्री को एक छोर से छोटे व्यास वाले डाई में दबाया जाता है, जिससे एक छेद बनाते समय इसे बाहर की ओर निकाला जाता है; फिनिशिंग में फोर्जिंग डाई का उपयोग करके अतिरिक्त मोटाई को हटाना शामिल है। उत्पाद के आकार के आधार पर, इन विधियों का उपयोग अलग-अलग या संयोजन में किया जा सकता है। अधिक जटिल आकृतियों को उत्पाद को धीरे-धीरे आकार देने के लिए अधिक प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता होती है, लेकिन साधारण बोल्ट केवल 2-5 चरणों में बनाए जा सकते हैं।
थ्रेडेड हिस्से की निर्माण प्रक्रिया में कोल्ड फोर्जिंग के लिए रोलिंग फॉर्मिंग मशीन का उपयोग करना और बोल्ट थ्रेड बनाने की प्रक्रिया में धागे को आकार देना शामिल है। बनाने की विधि बोल्ट हेड के समान ही है। धागे का आकार फोर्जिंग डाई के दो सेटों के बीच रिक्त स्थान को दबाकर, रिक्त स्थान को घुमाने के साथ-साथ एक डाई को घुमाकर और प्लास्टिक फॉर्मिंग के माध्यम से इसे एक धागे में आकार देकर बनाया जाता है। धागा बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली फोर्जिंग डाई को "रोलिंग फॉर्मिंग डाई" कहा जाता है। रोलिंग फॉर्मिंग मशीनें तीन प्रकार की होती हैं: फ्लैट फोर्जिंग डाई रोलिंग फॉर्मिंग मशीनें, राउंड फोर्जिंग डाई रोलिंग फॉर्मिंग मशीनें, और ग्रहीय रोलिंग फॉर्मिंग मशीनें। फ्लैट फोर्जिंग डाई रोलिंग फॉर्मिंग मशीनें दो साधारण रोलिंग फॉर्मिंग डाई का उपयोग करती हैं; एक स्थिर है जबकि दूसरा रोल करने और रिक्त स्थान को आकार देने के लिए आगे-पीछे चलता है। राउंड फोर्जिंग डाई रोलिंग फॉर्मिंग मशीनें दो समानांतर बेलनाकार रोलिंग फॉर्मिंग डाई का उपयोग करती हैं जो दोनों डाई के बीच में खाली सैंडविच को रोल करने और आकार देने के लिए एक ही दिशा में घूमती हैं। प्लैनेटरी रोलिंग फॉर्मिंग मशीनें एक बेलनाकार फोर्जिंग डाई और पंखे के आकार के फोर्जिंग डाई के बीच रिक्त स्थान को दबाती हैं, और बेलनाकार फोर्जिंग डाई को घुमाकर इसे रोल और आकार देती हैं।
कोल्ड फोर्जिंग और हीट ट्रीटमेंट द्वारा बनाए गए बोल्ट आमतौर पर प्लास्टिक प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त कठोरता वाली सामग्रियों से बनाए जाते हैं। उच्च कार्बन सामग्री या अतिरिक्त मिश्रधातु तत्वों वाली सामग्रियां स्वाभाविक रूप से कठोर होती हैं और उन्हें संसाधित करना कठिन होता है, इसलिए कुछ को नरम करने के लिए एनीलिंग की आवश्यकता होती है। अधिकांश सामग्रियां ठंडी फोर्जिंग परिस्थितियों में आवश्यक ताकत को पूरा नहीं कर सकती हैं। कोल्ड फोर्जिंग के बाद किया जाने वाला हीट ट्रीटमेंट, बोल्ट को आवश्यक ताकत और यांत्रिक गुण प्रदान करता है और बोल्ट निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण कदम है। बोल्ट को उनके अनुप्रयोग और उपयोग के अनुसार विभिन्न शक्ति ग्रेडों में वर्गीकृत किया गया है। यह सुनिश्चित करने के लिए ताप उपचार आवश्यक है कि गठित बोल्टों में उनके संबंधित आवश्यक यांत्रिक गुण हों।
ऑटोमोटिव इंजनों में उपयोग किए जाने वाले बोल्ट अक्सर चिकनाई वाले तेल से चिपके रहते हैं, इसलिए सतह के उपचार के बिना भी उनमें जंग नहीं लगेगा। हालाँकि, यह बोल्ट का केवल एक छोटा सा हिस्सा है; अधिकांश का उपयोग संक्षारक वातावरण में किया जाता है, और इसलिए सतह के उपचार के बिना जल्दी से जंग लग जाएगा। यदि जंग लगे बोल्टों को अनुपचारित छोड़ दिया जाए, तो जंग उन्हें खुलने से रोकेगी और गंभीर मामलों में, वे टूट सकते हैं, जिससे गंभीर दुर्घटनाएं हो सकती हैं। इसलिए, संक्षारक वातावरण में उपयोग किए जाने वाले बोल्ट को इलेक्ट्रोप्लेटिंग जैसे सतह उपचार की आवश्यकता होती है। बोल्ट सतह उपचार को मोटे तौर पर इलेक्ट्रोप्लेटिंग और कोटिंग में विभाजित किया जा सकता है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि इलेक्ट्रोप्लेटिंग है, जिसमें कम लागत और अच्छे संक्षारण प्रतिरोध के फायदे हैं। जब इलेक्ट्रोप्लेटिंग की तुलना में अधिक संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकता होती है, तो गैल्वेनाइज्ड आयरन और जिंक निकेल जैसे मिश्र धातु इलेक्ट्रोप्लेटिंग का उपयोग किया जा सकता है, या ज़िंक- एल्यूमीनियम मिश्रित कोटिंग लागू की जा सकती है।
ऑटोमोटिव बोल्ट के विकास की दिशा
हाल के वर्षों में, वाहन निर्माताओं ने घटक लागत कम करने, हल्के वजन और अधिक ताकत की मांग की है। इसके साथ ही, पर्यावरणीय मुद्दों के समाधान के लिए, CO2 उत्सर्जन को कम किया जाना चाहिए, और ईंधन की खपत को कम करने के लिए, वाहन का वजन कम किया जाना चाहिए। बोल्ट निर्माण लागत में, खाली हिस्से की लागत एक बड़ा हिस्सा होती है; इसलिए, सबसे प्रभावी तरीका सामग्री की लागत को कम करना है। जापानी वाहन निर्माता सामग्री आपूर्ति लागत को कम करने के लिए सस्ती विदेशी सामग्रियों के उपयोग पर शोध कर रहे हैं। ग्राहकों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, बोल्ट निर्माताओं ने बोल्ट के वजन में कमी पर विभिन्न अध्ययन भी किए हैं। बोल्ट के वजन को कम करने के उपायों के रूप में, कुछ हल्के धातुओं जैसे एल्यूमीनियम या टाइटेनियम का उपयोग करते हैं, जबकि अन्य बोल्ट के आकार को कम करते हैं। जबकि बोल्ट का आकार कम करने से वजन कम हो सकता है, यदि समान शक्ति ग्रेड के लिए बोल्ट का आकार कम किया जाता है, तो क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र कम होने के कारण बोल्ट का कसने वाला बल कम हो जाएगा।
इसलिए, बोल्ट के आकार को कम करते समय समान स्तर की ताकत सुनिश्चित करने के लिए, बोल्ट की ताकत को बढ़ाया जाना चाहिए। वर्तमान सार्वजनिक मानक जैसे कि जेआईएस और ऑटोमेकर्स के अपने मानक केवल 12.9 से नीचे की ताकत ग्रेड वाले बोल्ट के लिए आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करते हैं। साधारण बुझने वाले और टेम्पर्ड बोल्ट के लिए, जब शक्ति ग्रेड 12.9 से अधिक हो जाता है, तो विलंबित फ्रैक्चर विशेषताएँ काफी खराब हो जाती हैं। कुछ अनुप्रयोगों में जहां 10.9 या 12.9 के उच्च शक्ति वाले बोल्ट पहले से ही उपयोग में हैं, आकार में कमी के माध्यम से वजन में कमी लाने के लिए 12.9 से अधिक शक्ति ग्रेड वाले बोल्ट का उपयोग करना और विलंबित फ्रैक्चर विशेषताओं में सुधार के तरीकों को नियोजित करना आवश्यक है। उच्च शक्ति प्राप्त करने के लिए, कुछ बुझे हुए और टेम्पर्ड बोल्ट मिश्रधातु तत्वों को जोड़कर विलंबित फ्रैक्चर विशेषताओं में सुधार करते हैं। जबकि मिश्र धातु तत्वों को जोड़ने से विलंबित फ्रैक्चर विशेषताओं में कुछ हद तक सुधार हो सकता है, इन तत्वों की उच्च कीमत अनिवार्य रूप से लागत बढ़ाती है।
एक अन्य तरीका गैर {{0} क्वेंच्ड और टेम्पर्ड बोल्ट का उपयोग करना है। गैर--बुझने वाले और टेम्पर्ड बोल्ट को बनाने के बाद गर्मी उपचार की आवश्यकता नहीं होती है; उनकी मजबूती मुख्य रूप से कार्य कठोरता के माध्यम से सुनिश्चित की जाती है। गैर-बुझने वाले और टेम्पर्ड बोल्ट की सूक्ष्म संरचना बुझने वाले और टेम्पर्ड बोल्ट से पूरी तरह से अलग होती है, जो विलंबित फ्रैक्चर के लिए मजबूत प्रतिरोध प्रदर्शित करती है। गैर - टेम्पर्ड बोल्ट, टेम्पर्ड बोल्ट की तुलना में अधिक कार्बन सामग्री वाली सामग्री का उपयोग करते हैं। बिलेट चरण के दौरान नियंत्रित शीतलन और ताप उपचार के माध्यम से, क्षेत्र में उच्च कमी प्राप्त की जा सकती है। तार खींचने के माध्यम से कड़ी मेहनत करने के बाद, बोल्ट बनाने के चरण के दौरान आगे की कड़ी मेहनत बोल्ट की ताकत सुनिश्चित करती है। जबकि साधारण बोल्ट को बनाने के बाद तड़का नहीं लगाया जाता है, उन्हें कोल्ड फोर्जिंग के माध्यम से आंतरिक तनाव को खत्म करने के लिए नीला किया जाना चाहिए। नुकसान यह है कि सामग्री की कठोरता टेम्पर्ड बोल्ट की तुलना में अधिक है, जिससे उन्हें बनाना बहुत मुश्किल हो जाता है। वर्तमान में, इंजनों में उपयोग किए जाने वाले गैर - टेम्पर्ड बोल्ट की ताकत 1600 एमपीए है, और वाहन निकायों में उपयोग किए जाने वाले गैर - टेम्पर्ड बोल्ट की ताकत 1400 एमपीए तक पहुंच गई है। उम्मीद है कि भविष्य में इन उच्च शक्ति वाले बोल्टों की मांग और बढ़ेगी।
