घडाई, धातूची

घडाई, धातूची : (फोर्जिंग). धातूचा तुकडा हातोड्याने ठोकून किंवा त्यावर यंत्राने दाब देऊन त्याला पाहिजे तसा आकार देण्याची क्रिया. धातूचा तुकडा थंड असला तरी तो घडविता येतो, परंतु त्यासाठी पुष्कळ शक्तीचा व्यय होतो. पण तो तापवून चांगला लाल केला म्हणजे तो पुष्कळच नरम होतो व त्याची घडाई कमी श्रमाने करता येते. यंत्रांचा वापर सुरू होण्यापूर्वी हजारो वर्षे सर्व सोनारकाम व लोहारकाम हातघडाईनेच होत असे. भारतात अजूनही सोनार व लोहार किरकोळ कामाकरिता हीच पद्धत वापरतात, परंतु मोठ्या कारखान्यांत आता घडाईसाठी यांत्रिक शक्ती वापरतात. यांत्रिक घडाईत अगदी लहान खिळ्यापासून आगबोटीच्या एंजिनाच्या भुजादंडापर्यंत (पुढे-मागे किंवा फिरती गती देणाऱ्या मुख्य दंडापर्यंत) म्हणजे पाच-दहा ग्रॅमांपासून काही टन वजनाच्या वस्तूचीही घडवण करता येते. उद्योगधंद्यातील साध्या वस्तू बनविण्याचे कच्चे द्रव्य म्हणून (नरम) पोलादाचा उपयोग करतात. विमानातील एंजिनाचे संयोगदांडे आणि इतर काही भाग घडविण्यासाठी मिश्र ॲल्युमिनियम, रॉकेटाच्या निष्कासन (ज्यातून अतिशय उष्ण वायू बाहेर पडतात अशा) तोंडासाठी मिश्र टंगस्टन व अवकाशयानातील उष्णतारोधक पडद्यासाठी बेरिलियम अशा निरनिराळ्या प्रकारच्या धातू व्यवहारात वापरल्या जातात व या सर्वांची घडाई करता येते. निरनिराळ्या धातूंच्या घडवणपात्रतेमध्ये पुष्कळ फरक असतो. घडवणपात्रता मोजण्यासाठी त्या धातूची ठराविक व्यासाची व ठराविक लांबीची जाड तार ठराविक तापमानापर्यंत तापवून ती तुटेपर्यंत तिच्यावर यांत्रिक शक्तीने पीळ देतात. ज्या तारेवर जास्तीत जास्त पीळ देता येईल ती सर्वांत श्रेष्ठ समजली जाते. घडाईसाठी सर्वांत चांगला धातू म्हणजे मिश्र ॲल्युमिनियम आहे. तिच्या खालोखाल मिश्र मॅग्नेशियम, मिश्र तांबे,कार्बन पोलाद, अगंज पोलाद, मिश्र टिटॅनियम, लोखंड-आधारित उच्च बलाच्या मिश्रातू, कोबाल्ट-आधारित मिश्रातू, मिश्र कोलंबियम, मिश्र टँटॅलम, मिश्र मॉलिब्डेनम, उच्च बलाची निकेल मिश्रणे, मिश्र टंगस्टन व बेरिलियम असा क्रम लागतो. घडवणीसाठी लागणारा कच्चा माल सळया, गज, पट्ट्या, पट्ट व ठोकळे अशा स्वरूपात असतो. पोलादाचे ठोकळे करण्यासाठी ओतीव ढेपी वापरतात. काही धातूंसाठी, विशेषतः ज्या सहज वितळत नाहीत त्यांच्यासाठी, ठोकळ्यांच्या आकाराच्या मुद्रेमध्ये धातूचे चूर्ण भरून ते उच्च दाबाखाली ठेवून उच्च तापमानावर तापवितात त्यामुळे एकजीवी ठोकळा तयार होतो. या कृतीला तापपिंडन म्हणतात.

घडाईमागील सिद्धांत : धातूच्या आकार्य विरूपणाच्या (नरम पडून आकारात बदल होऊ देण्याच्या) गुणांमुळे तिची घडाई शक्य होते. धातूच्या पुनःस्फटिकीभवनाच्या तापमानापेक्षा जास्त तापमान आणि जरूर तितका विरूपणाचा वेग असेल, तर धातूला पाहिजे तसा आकार देता येतो आणि ती धातू निवून थंड झाली, तरी तिच्यामध्ये प्रतिविकृती (कोणत्याही मापाच्या प्रती एककात होत जाणारा बदल) शिल्लक राहत नाही. धातूच्या सामान्य अवस्थेत धातूचे बारीक कण सूक्ष्म स्फटिकाच्या रूपात असतात. धातूचा पाट लाटण यंत्रातून लाटला जात असताना धातूचे स्फटिक लांबट होतात व ते एकमेकांत गुंतून त्यांचे पुंज सूक्ष्म धाग्यासारखे लांबट रूप घेतात. त्यामुळे लाटण यंत्रातून निघालेल्या सळ्या, कांबी, पट्ट्या वगैरे लांबीच्या दिशेने अधिक मजबूत असतात. अशा तुकड्यांची घडवण होत असताना लांबट भागाची रचना आणखी बळकट होते परंतु लंब दिशेतील शक्ती थोडी कमी होते. शक्तीच्या असमदैशिकतेचे (निरनिराळ्या दिशांत असलेल्या शक्तीच्या असमानतेचे) प्रमाण घडविलेल्या वस्तूचे माप किती बदलते यावर अवलंबून असते. हातघडाईत काम सावकाश व अनेक टप्प्यांत केले जाते, तर यांत्रिक घडाईत ते जलद व थोड्या टप्प्यांमध्ये किंवा एकाच टप्प्यात केले जाते, त्यामुळे हातघडाईच्या कामातील असमदैशिकता यांत्रिक कामापेक्षा कमी असते. घडाईने उत्पन्न होणारी रेषात्मक रचना आ. १ मध्ये दाखविली आहे.                  

गरम घडाई करताना वेगवेळ्या धातूंना वेगवेगळे तापमान लागते. नेहमीच्या वापरातील धातूंची तापमाने खालील कोष्टकात दिली आहेत.

गरम घडाईचे काम नेहमीच्या वातावरणात होत असल्याने धातूच्या गुणवैशिष्ट्यानुसार तिच्या पृष्ठाचे कमी-अधिक प्रमाणात ऑक्सिडीभवन (ऑक्सिजनाशी संयोग) होऊन पृष्ठावर ऑक्सइडाचे पातळ पापुद्रे उत्पन्न होतात त्यामुळे पृष्ठ थोडेसे खडबडीत होते.

घडाईतील क्रिया : घडाईत ज्या अनेक स्वतंत्र क्रिया करता येतात त्यांमध्ये विस्तारणे, लांबी वाढविणे, फुगवणे, मधला भाग बारीक करणे, वाकविणे व भोक पाडणे या मुख्य आहेत.

विस्तारणे : विस्तारणे म्हणजे वस्तूची लांबी-रुंदी वाढविणे. मूळ तुकडा लहान असला, तर तो ऐरणीवर धरून हातोड्याने किंवा यंत्राने ठोकून विस्तारता येतो. मोठ्या तुकड्याच्या विस्तारणासाठी लाटण यंत्रेही वापरतात.

लांबी वाढविणे : ही क्रिया गोल किंवा चौरस छेदाचे गज व पट्ट्या लांबविण्यासाठी योजतात. वस्तू लांबविण्यासाठी ती गरम करून हातोड्याने ठोकतात. गोल गजासाठी योग्य व्यासाचा मुद्राजोड लागतो. इतर छेदाचे गज व पट्ट्या लांबविताना रुंदी कायम राखण्यासाठी लांबीच्या व रुंदीच्या अशा दोन्ही दिशांत ठोकावे लागते.

फुगवणे : ही क्रिया गजाचा व्यास मोठा करण्यासाठी किंवा पट्टीचा भाग जाड करण्यासाठी उपयोगी पडते. ही क्रिया करताना फुगवण्याचा भाग तेवढाच फक्त चांगला तापवितात व बाकीचा थंड ठेवून तापविलेल्या भागावर दोन्हीकडून दाब येईल असे करतात. ही पद्धत आ. २ मध्ये तीन उदाहरणांनी दाखविली आहे. (अ) मध्ये गजाचा व्यास वाढविला असून (आ) व (इ) मध्ये गजातूनच अनुक्रमे बोल्टाचा व रिव्हेटाचा माथा तयार केला आहे.

मधला भाग बारीक करणे : हे करतानाही बारीक करावयाचा भागच तेवढा चांगला तापवितात व तो दोन मुद्रांमध्ये ठोकतात. यामुळे त्याची लांबी वाढत जाते. ही क्रिया आ. ३ मध्ये दाखविली आहे.

वाकविणे : जाड भाग वाकविताना बाकाच्या बाहेरच्या भागाचे प्रसरण होते व आतल्याचे आकुंचन होते. ही घटना आ. ४

मध्ये दाखविली आहे. या आकृतीमधील अ हा गज आहे त्या स्थितीतच वाकविला, तर त्याचा आकार आ प्रमाणे होतो आणि बाकाच्या ठिकाणी वस्तूची जाडी कमी होते. ही जाडी ई प्रमाणे सर्व ठिकाणी सारखी होण्यासाठी मूळ गज इ प्रमाणे प्रथम फुगवून घ्यावा लागतो. मात्र गज वाकविताना हा फुगवटा बाकाच्या बाहेरच्या बाजूने धरावा लागतो.

भोक घडविणे : ही क्रिया पट्टीमध्ये भोक घडविण्यासाठी वापरतात. प्रथम भोक पाडावयाचा भाग चांगला गरम करतात व पाहिजे त्या ठिकाणी भोक पाडण्याचा टोकदार खिळा (पंच) ठोकून भोकाची सुरुवात करतात. नंतर तो भाग पुन्हा चांगला तापवून ऐरणीवरच्या भोकावर धरून ठेवतात व पहिल्या भोकामध्ये मोठा टोकदार खिळा ठोकीत जातात. तो खिळा पट्टीच्या पलीकडे गेला म्हणजे पट्टी उलटी करून तो खिळा दुसऱ्या बाजूने पुन्हा ठोकतात. हा खिळा आरपार गेला म्हणजे भोक सारखे होते. या क्रियेमध्ये पट्टीच्या भोकातील धातूचा भाग निघून न जाता मूळ पट्टीतच भरला जातो.

लोहारी वितळजोड : लोखंडी साखळीच्या दुव्याचा सांधा, गाडीच्या चाकावरील पोलादी धावेचा सांधा वगैरे साधे सांधे जोडण्यासाठी वितळजोड पद्धती वापरतात. ही पद्धत आ. ५ मध्ये दाखविली आहे. या प्रकारात प्रथम दोन्ही टोकांकडील भाग घडवून निमुळते करतात. नंतर ती टोके साधारण वितळबिंदूपर्यंत तापवून ऐरणीवर एकावर एक धरून घणाने ठोकतात. त्यामुळे दोन्हीकडचे भाग एकमेकांत चांगले मिसळतात आणि सांधा समांगी (एकजिनसी) होतो.

घडाईच्या पद्धती : वस्तूच्या आकाराप्रमाणे व धातूच्या विशिष्ट गुणाप्रमाणे घडाईसाठी हातघडाई व यंत्रघडाई अशा दोन पद्धती आहेत.

हातघडाई : या पद्धतीत नेहमीचे लोहारकाम, पत्र्याची भांडी बनविण्याचे काम व सोन्याचांदीचे दागिने बनविण्याचे काम यांचा समावेश होतो. या नोंदीमध्ये लोहारकामाचाच विचार केला आहे. लोहाराच्या कामासाठी धातू तापविण्याकरिता उच्च तापमान उत्पन्न करणारी कोळशाची झोतभट्टी व गरम वस्तू थंड करण्यासाठी पाण्याची कुंडी लागते. मुख्य साधनांमध्ये ऐरण, शेगडा, निरनिराळ्या छेदांचे गज धरणारे चिमटे, सांडश्या आणि निरनिराळ्या वजनांचे हातोडे लागतात. इतर हत्यारांत छिन्न्या, भोके पाडण्याचे खिळे व अनेक जातीच्या उघड्या मुद्रा लागतात. घडवावयाची वस्तू लहान असली, तर तिची घडवण एकट्या लोहारालाच करता येते. परंतु वस्तू मोठी असली, तर ती सरकविण्यासाठी व ऐरणीवर टांगून धरण्यासाठी कप्पीसंच वापरावा लागतो व घण मारणारे दोन किंवा अधिक मदतनीस घ्यावे लागतात.

यंत्रघडाई : लोहारकामात जोरदार घाव घालणे हे फार मेहनतीचे व वेळ घेणारे म्हणून महत्त्वाचे काम असते. त्यामुळे लोहारकामाच्या यांत्रिकीकरणात घाव घालण्याच्या यंत्रांच्या निर्मितीकडे प्रथम लक्ष गेले. यांत्रिक घणाचे घाव ऐरणीवरच्या एकाच जागेवर पडतात म्हणून घडवावयाची वस्तू चिमट्याने धरून ऐरणीवर हाताने जरूरीप्रमाणे हलवावी लागते.

यांत्रिक घडाईचे दोन प्रकार आहेत. पहिल्या प्रकारात तापविलेल्या वस्तूवर लहान हातोड्याने पण जलद घाव घातले जातात. लहान यंत्रांना लहान हातोडे लावतात. घाव घालण्यासाठी अनेक प्रकारची यंत्रे आहेत. दुसऱ्या प्रकारात तापविलेल्या वस्तूची घडाई मोठ्या वजनाच्या हातोड्याने एकाच घावात पूर्ण करण्यात येते. यासाठी यंत्राने घडवावयाच्या वस्तूला साधारणसा आकार प्रथम हातघडाई किंवा पहिल्या प्रकारची यंत्रघडाई करून देतात. मग ती पुन्हा चांगली तापवून दोन भागांच्या मुद्रेमध्ये ठेवून त्या मुद्रेवर एकच जोरदार ठोका मारतात. त्यामुळे मुद्रेच्या आतील सर्व पोकळी धातूने भरली जाते व पोकळीच्या आकाराची वस्तू तयार होते. या पद्धतीत हाताने घडवावयाच्या प्राथमिक आकाराची मापे फार काळजीने ठरवावी लागतात व बहुतेक वेळी प्राथमिक आकाराचे घनफळ मुद्रेतील पोकळीच्या घनफळापेक्षा किंचित जास्त ठेवतात. असे केल्याने मुद्रेतील पोकळी पूर्ण भरली जाईल याची खात्री असते व उरलेली थोडासा भाग अर्धमुद्रांच्या जोडामधील सूक्ष्म फटीतून पातळ कपचांच्या रूपाने बाहेर पडतो.

घडाई यंत्रे : घणयंत्रे : या प्रकारात लहान यंत्रांतील घण वर उचलण्यासाठी भुजादंड किंवा विकेंद्री (ज्याचा परिभ्रमणाचा मध्य हा त्याच्या भूमितीय मध्यापासून दूर असतो येथे आकृती आहे. अशा) चाकाचा उपयोग करतात. खाली येताना मात्र तो आपल्या वजनानेच खाली पडतो, परंतु त्याचा आघात एकदम ऐरणीकडे न जाता एका स्प्रिंगेतून जातो. त्यामुळे मुख्य यंत्राला हादरे बसत नाहीत. मुक्तपात पद्धतीच्या यंत्रात घण उचलण्यासाठी घणाच्या वरच्या बाजूला एक फलक जोडतात. हा फलक यांत्रिक शक्तीने फिरणाऱ्या दोन बाजूंच्या रूळांच्या घर्षणाने वर उचलला जातो. तो ठराविक उंचीवर गेला म्हणजे घर्षक रूळ फलकापासून अलग होतात व फलक मोकळा होऊन घण आपल्या वजनानेच सरळ ऐरणीवर पडतो. मुक्तपात घणाचे यंत्र आ. ६ मध्ये दाखविले आहे. यात मुद्रासंचही दाखविला आहे पण तो न वापरता यंत्राने मोठ्या वस्तूची साधी घडाईही करता येते.

वाफेने किंवा संपिडीत (दाबाखालील) हवेने चालणाऱ्या घणयंत्रात वरच्या बाजूला एक उभा सिलिंडर असतो व त्याच्या आत एक नेहमीचा दट्ट्या काम करतो. या दट्ट्याच्या खाली जोडलेल्या दांड्यालाच घणाचा ठोकळा जोडतात. दट्ट्या वर उचलण्यासाठी वाफेचा किंवा संपीडित हवेचा उपयोग करतात. दट्ट्या खाली पडताना तो आपल्या वजनानेच पडतो किंवा त्याच्या वरच्या बाजूने कार्यमाध्यमाने पूरक दाबही देता येतो. या प्रकारच्या यंत्रांच्या पुढच्या बाजूला अगदी जमिनीजवळ एक अर्धवर्तुळाकार नियंत्रक पट्टी बिजागरीवर बसविलेली असते. ती पायाने दाबून यंत्राचे नियंत्रण करता येते. त्यामुळे कामगाराचे दोन्ही हात घडवणीचा तुकडा जरूरीप्रमाणे हलविण्यासाठी मोकळे राहतात.

मुद्रा घडाई यंत्रे : या प्रकारात (अ) मुक्तपात यंत्र, (आ) संपीडित हवेचे यंत्र आणि (इ) द्रवीय पद्धतीचे दाबयंत्र असे मुख्य प्रकार आहेत.

(अ) आ. ६ मध्ये दाखविलेल्या मुक्तपात यंत्रात घडवावयाच्या वस्तूच्या आकाराची पोकळी दोन भागांच्या मुद्रेमध्ये तयार केलेली असते. मुद्रेचा एक अर्ध ऐरणीवर बसवितात व दुसरा अर्ध घणाच्या खालच्या बाजूला बसवितात. आ. ६ मध्ये मुद्रा-अर्ध बसविलेले दाखविले आहेत. निरनिराळ्या आकाराच्या वस्तूंसाठी निरनिराळे मुद्रासंच वापरावे लागतात.

(आ) संपीडित हवेने चालणारे आडव्या मांडणीचे आघातयंत्र आ. ७ मध्ये दाखविले आहे. यात वस्तू घडविण्यासाठी जरूर असल्यास पुष्कळ ठोके मारता येतात. या यंत्रामध्ये दोन सिलिंडर असून दोन्हीकडील दट्ट्ये एकमेकांकडे सरकतात व त्यांची बहुतेक सर्व ऊर्जा मध्यभागी ठेवलेल्या वस्तूच्या घडाईसाठी उपयोगी पडते. आ. ८ मध्ये उभ्या जातीचे परंतु फार मोठ्या शक्तीचा आघात करणारे यंत्र दाखविले आहे. या यंत्रातील दट्ट्या बराच वजनदार असतो व तो साधारणशा दाबाच्या हवेने वर उचलला जातो. परंतु दट्ट्या आपल्या वजनाने खाली पडू लागला म्हणजे त्याच्या वरच्या बाजूवर हवेचा अतिउच्च दाब देतात व दट्ट्याला मोठा वेग मिळतो. त्यामुळे या यंत्रातील आघात फारच जोराचा होतो.

(इ) साध्या रचनेचे परंतु बऱ्याच मोठ्या आकाराचे यंत्रभाग घडविण्यासाठी

द्रवीय पद्धतीची दाबयंत्रे वापरतात. अशा यंत्रात ५०,००० टनांपर्यंतचा दाब देता येतो. मोटारगाड्यांचे पोलादी पत्र्याचे छत किंवा गाडीच्या चाकाच्या वर लावायचे चिखलरोधक भाग अशा यंत्राने थंड अवस्थेतच सहज घडविता येतात.  

चक्री दाबयंत्रे : भरीव दंडाचा किंवा नळीचा व्यास कमी करणे, नळीची जाडी कमी करणे, नळी निमुळती करणे किंवा नळीच्या आतल्या बाजूने विस्थापन (दाब देऊन धातू सरकवून पाडावयाच्या) पद्धतीचे आटे घडविणे अशा विशेष कामांसाठी फार मोठ्या शक्तीचे चक्री दाबयंत्र वापरावे लागते. त्याची रचना आ. ९ मध्ये दाखविली आहे. यात घडविण्याची वस्तू ठराविक जातीच्या आधारदंडावर पक्की बसवावी लागते व ती नेहमी स्थिर राहते, या वस्तूच्या भोवती यंत्राचे चाक फिरते. या चाकाच्या मधल्या भागात एक रुंद फट असते आणि त्या फटीत मागे सरकू शकणारे दोन ठोकळे ठेवलेले असतात. ठोकळ्यांच्या आतल्या बाजूवर मुद्रांची

अर्धे जोडलेली असतात. या ठोकळ्यांचा बाहेरचा भाग अर्धवर्तुळाकार असतो. चाक फिरत असताना हे ठोकळे अपमध्य (मध्यापासून दूर ढकलणाऱ्या) प्रेरणेने दोन रूळांच्या मधल्या जागेत चाकाच्या मध्यापासून दूर जातात व रूळाखालून जाताना चाकाच्या मध्याकडे ढकलले जातात तेव्हा त्यांचा दाब मध्यभागी ठेवलेल्या वस्तूवर येतो.

वंगण : धातू घडविण्याच्या सर्व कामांत आणि विशेषतः मुद्रापद्धतीच्या घडाईत गरम केलेला भाग यंत्रांच्या भागांना चिकटू नये, मुद्रेतील पोकळी लवकर भरली जावी व घडविलेला भाग मुद्रेमधून सहज बाहेर काढता यावा म्हणून उच्च तापमान सहन करणारे वंगण वापरावे लागते. वंगणामुळे घर्षण कमी होते व तापविलेल्या भागाची उष्णता मुद्रेमध्ये कमी शिरते. मुद्रेच्या वंगणासाठी बहुतेक ठिकाणी ग्रॅफाइट वापरतात. ते साध्या पाण्यामध्ये, तेलात किंवा चरबीमध्ये कालवून लावता येते. काही विशेष धातूंकरिता मॉलिब्डेनम डाय सल्फाइड, टाल्क, अभ्रक, लाकडाचा भुगा, खारे पाणी, काचेची पूड हे पदार्थही वंगण म्हणून वापरतात. कोणतेही वंगण विषारी नसावे व त्याला फारसा खर्चही पडू नये. मुद्रांच्या वंगणासाठी बाजारात पुष्कळ प्रकारची तयार मिश्रणे मिळतात.

दोष तपासणी : मुद्रांची बनावट चांगली नसली किंवा घडाईकाम योग्य रीतीने झाले नाही, तर घडविलेल्या वस्तूमध्ये पोकळी, खड्डे, सुरकुत्या किंवा चिराही पडतात. बाहेरच्या पृष्ठावरील सुरकुत्या आणी चिरा वर्धक (मोठी प्रतिमा देणाऱ्या) भिंगातून पाहून शोधून काढता येतात. बाहेरून न दिसणारे असे अंतर्गत दोष हुडकून काढण्यासाठी अनेक प्रकारची उपकरणे तयार केलेली आहेत. त्यांमध्ये चुंबकीय आणि श्राव्यातीत ध्वनिकी (कानाला ऐकू न येणाऱ्या यांत्रिक कंपनांचा उपयोग करणाऱ्या) पद्धतीची उपकरणे मोठ्या वस्तूंसाठी फार उपयोगी पडतात.

संदर्भ : Charnock, G. F. Mechanical Technology, Bombay, 1962 .

पेंडसे, द. वि.

“