ઢાળણ (casting) : ધાતુના રસને જોઈતા આકારના બીબામાં ઢાળી દાગીનો તૈયાર કરવાની ક્રિયા. ધાતુના દાગીનાઓ તૈયાર કરવાની આ મૂળભૂત અને પ્રાચીન રીત છે. સદીઓ પહેલાં યુદ્ધમાં વપરાતી તોપો, મંદિરોમાંના મોટા ઘંટ, મોટા દરવાજાઓની જાડી જાળીઓ વગેરે ઢાળણનાં પ્રાચીન ઉદાહરણો છે. હજુ આજે પણ ઢાળણની રીત ઉત્પાદનની અન્ય રીતોમાં અગ્રસ્થાને છે; એટલું જ નહિ, પરંતુ તેમાં સતત શોધખોળ અને સુધારા-વધારા થઈ રહ્યા છે. ઢાળણની ક્રિયામાં કાલે જે અશક્ય કે ખૂબ મુશ્કેલ હતું તે આજે શક્ય અને સહેલું બનાવાઈ રહ્યું છે.
વસ્તુઓનું ઉત્પાદન કરતાં કારખાનાંમાં, જ્યાં ધાતુરસનું ઢાળણ કરી દાગીનો તૈયાર કરાય છે તે વિભાગને ફાઉન્ડ્રી કહેવાય છે. ફાઉન્ડ્રીમાં પૅટર્નની મદદથી બીબાં તૈયાર કરવામાં આવે છે. ફાઉન્ડ્રીમાં મુખ્ય ત્રણ વિભાગો હોય છે : પૅટર્નવિભાગ, બીબાવિભાગ અને ઢાળણ અથવા ભઠ્ઠી-વિભાગ. ભઠ્ઠીમાં ધાતુના ગઠ્ઠાને ગરમ કરી પિગાળવામાં આવે છે. તૈયાર થયેલ ધાતુરસને બીબામાં ઢાળવામાં આવે છે. ધાતુરસ થીજી જતાં બીબામાં રાખવામાં આવેલ પોલાણ પ્રમાણેનો આકાર મળે છે. આ રીતે ઢાળણ દ્વારા તૈયાર થયેલ દાગીનાની સાફસૂફી તેમજ ચકાસણી કરાય છે.
આકૃતિ 1
લગભગ બધી ધાતુઓનું ઢાળણ થઈ શકે, છતાં પણ જે ધાતુનો ગલનાંક પ્રમાણમાં ઓછો હોય અને જેનું પ્રવાહીમાંથી ઘનીકરણ થતી વખતે સંકોચન ઓછું થતું હોય તેવી ધાતુઓ ઢાળણ માટે વધુ અનુકૂળ બને છે. લોહ અને તેની મિશ્રધાતુઓ, ઍલ્યુમિનિયમ અને તેની મિશ્રધાતુઓ તથા તાંબું અને તેની મિશ્રધાતુઓ ઢાળણક્રિયામાં બહોળા પ્રમાણમાં વપરાય છે. આ બધી ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓમાં પણ ભરતર લોહ (cast iron) મોખરે છે. કારણ કે તેની પ્રવાહિતા ઘણી સારી છે અને તે કારણે ગમે તેવા અટપટા બીબામાં તેનો રસ વહી શકે છે. વળી તેનો સંકોચ-આંક પણ ઓછો હોય છે.
1. ઢાળણના ફાયદા અને મર્યાદાઓ : આકાર આપી વસ્તુઓ તૈયાર કરવાની અન્ય રીતો(જેવી કે રોલિંગ, ફૉર્જિંગ, એક્સટ્રૂઝન, વેલ્ડિંગ, મશીનિંગ વગેરે)ની સરખામણીમાં ઢાળણનાં ફાયદાઓ અને મર્યાદાઓ છે.
ફાયદાઓ : (1) અટપટા અને મોટા કદના ભારે દાગીનાઓ આ રીતથી સહેલાઈથી બની શકે છે. બીજી રીતોમાં તે મુશ્કેલ કે અશક્ય જેવું હોય છે. (2) બીજી રીતોમાં મોટા દાગીનાને જુદા જુદા ભાગોમાં તૈયાર કરી ભેગા કરવા પડે છે જ્યારે આ રીતમાં ગમે તેવો મોટો દાગીનો એક ભાગમાં અલગ રીતે ઢાળી તૈયાર કરી શકાય છે. (3) ભઠ્ઠીમાં યોગ્ય મિશ્રધાતુઓની પસંદગી કરી તેનું જોઈતું પ્રમાણ રાખીને ઢાળેલ વસ્તુની સંરચના માટે ઘણી વિશાળ પસંદગી થઈ શકે છે. વસ્તુબનાવટની બીજી રીતોમાં બનાવટ દરમિયાન તેની સંરચનામાં ફેરફાર કરી શકાતો નથી.
મર્યાદાઓ : (1) જ્યારે બહુ ઓછાં નંગ જોઈતાં હોય ત્યારે પૅટર્નના ખર્ચને લીધે ઢાળણ મોંઘું પડે છે. (2) ઢાળણ દરમિયાન પોલાણ અને એવી બીજી ઊણપો રહી જવા સંભવ રહે છે. આવી ઊણપો ટાળવા ખાસ કાળજી રાખવી પડે છે. (3) ફૉર્જિંગ કે એક્સટ્રૂઝન ક્રિયામાં ધાતુના કણોને ખાસ દિશા આપી સામર્થ્ય વધારી શકાય છે.
ઢાળણની ક્રિયામાં કણોની દિશાનું નિયમન શક્ય નથી.
2. ઢાળણની રીતો અને પ્રકારો : ઢાળણમાં ધાતુરસને બીબામાં રેડવામાં આવે છે. બીબા પ્રમાણે દાગીનો તૈયાર થાય છે. આ કારણસર ઢાળણક્રિયા બીબાકામ સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલ છે. બીબાના અનેક પ્રકારો છે; પરંતુ મુખ્યત્વે તેને બે પ્રકારોમાં મૂકી શકાય. નાશનીય બીબું : જેમાં એક વખત રસ રેડી દાગીનો મેળવ્યા બાદ તે બીજી વખત વાપરી શકાતું નથી. ભીની રેતી વાપરીને તૈયાર કરવામાં આવતાં બીબાં એ આ પ્રકારનું સારું ઉદાહરણ છે. લોહધાતુના ઢાળણ માટે બીબાઢાળણની આ રીત ખૂબ વપરાય છે. બીજા પ્રકારનાં બીબાં તે સ્થાયી બીબાં છે, જે અનેક વખત વાપરી શકાય છે. આ બીબાંઓ રેતીમાંથી બનાવાયાં હોતાં નથી, પરંતુ ધાતુમાંથી બનાવાયાં હોય છે. તેને ધાતુબીબાં કહેવામાં આવે છે અને આ પ્રકારનાં બીબાં વાપરતી ઢાળણની રીતને ધાતુબીબા ઢાળણ (die casting) કહેવાય છે. ધાતુબીબા ઢાળણ ઍલ્યુમિનિયમ, જસત અને મૅગ્નેશિયમની મિશ્રધાતુના દાગીના માટે ખૂબ વપરાય છે.
ઉપર વર્ણવેલ બે રીતો ઉપરાંત ‘ઇન્વેસ્ટમેન્ટ કાસ્ટિંગ’, ‘શેલ મોલ્ડિંગ’ અને કેન્દ્રત્યાગી ઢાળણની રીતો ઉત્તરોત્તર વધી રહી છે.
ઇન્વેસ્ટમેન્ટ કાસ્ટિંગની રીત જે સિદ્ધાંત પર કામ કરે છે તે સિદ્ધાંત તો વર્ષોથી શિલ્પીઓ કલાના નમૂના (શિલ્પો) તૈયાર કરવામાં વાપરે છે; પરંતુ હવે આ રીત શિલ્પીઓ પૂરતી મર્યાદિત ન રહેતાં મશીનોના ભાગ તૈયાર કરવામાં પણ વપરાય છે. ખૂબ અટપટા આકાર તેમજ સારા સપાટીસમાપન અને પરિમાણચોકસાઈ માટે આ રીત પસંદ કરાય છે. આ રીતમાં બહુ સહેલાઈથી પીગળી જાય તેવા પદાર્થ જેવા કે મીણનું પૅટર્ન તૈયાર કરાય છે. આ પૅટર્ન આસપાસ પ્લાસ્ટર લગાવી (‘ઇન્વેસ્ટ’ કરી) બીબું તૈયાર કરાય છે. પ્લાસ્ટર જુદા જુદા પદાર્થો જેવા કે પ્લાસ્ટર ઑવ્ પૅરિસ અથવા સિલિકા ફ્લોર, કેઓલીન અને ગ્રૅફાઇટને પાણીમાં નાખી તૈયાર કરેલ ગારા(સ્લરી)નું બનાવાય છે. પ્લાસ્ટર જામી જાય પછી બીબાને ભઠ્ઠીમાં બેથી ત્રણ કલાક માટે ગરમ કરવામાં આવે છે. ગરમ કરવાથી અંદર રહેલું મીણનું પૅટર્ન ઓગળીને બહાર નીકળી જાય છે. અને બીબું તૈયાર થાય છે. મીણ પીગળીને બહાર નીકળતું હોઈ આ રીતને ‘લૉસ્ટ-વૅક્સ કાસ્ટિંગ’ પણ કહેવાય છે. બીબામાં ધાતુ રેડતાં દાગીનો તૈયાર થાય છે. મીણના પૅટર્ન બનાવવા માટે બીસ્મથ કે સીસાનું માસ્ટર બીબું તૈયાર કરાય છે કે જેથી મીણના પૅટર્ન સહેલાઈથી બનાવી શકાય. માસ્ટર બીબું તૈયાર કરવા માટે સૌપ્રથમ માસ્ટર પૅટર્ન બનાવાય છે. આકૃતિમાં ઇન્વેસ્ટમેન્ટ કાસ્ટિંગનો ક્રિયાક્રમ દર્શાવ્યો છે.
આકૃતિ 2
શેલ-મોલ્ડિંગ ઢાળણ રીતમાં સૂકી રેત (સિલિકા) અને ફિનોલિક રેઝિનનું બીબું બનાવવામાં આવે છે. બીબું બે સરખા ભાગ ભેગા કરીને તૈયાર કરવામાં આવે છે. બીબાની દીવાલો ઘણી પાતળી અને જે દાગીનો તૈયાર કરવાનો હોય તેની જાણે કે ખોળ હોય તે રીતે ગોઠવાયેલી હોય છે. ઇન્વેસ્ટમેન્ટ કાસ્ટિંગની માફક આ રીત દ્વારા પણ સારું સપાટીસમાપન તેમજ પરિમાણચોકસાઈ મળે છે. આ રીત બહુ અટપટા તેમજ મોટા કદના દાગીના માટે વાપરી શકાય નહિ.
કેન્દ્રત્યાગી ઢાળણ(centrifugal casting)ની રીતમાં બીબાને સ્થિર ન રાખતાં નિશ્ચિત ધરીની આસપાસ ફેરવવામાં આવે છે. બીબું ફરતું હોઈ તેમાં રેડાતી ધાતુ પર કેન્દ્રત્યાગી બળ લાગે છે. આ બળને લીધે ધાતુ બીબામાં પ્રસરી બીબાનો આકાર મેળવે છે. દાગીનામાં પોલાણ મેળવવા બીબામાં કોર (core) મૂકવો પડતો નથી. લોખંડની મોટી પાઇપો બનાવવામાં આ રીત વપરાય છે.
આકૃતિ 3 : કેન્દ્રત્યાગી ઢાળણ
3. ઢાળણ અને બીબાકામ માટે વપરાતાં સાધનો અને ઓજારો : અસ્થાયી બીબાઢાળણમાં બીબાપેટીઓમાં યોગ્ય રીતે તૈયાર કરેલ ભીની રેતી ભરવામાં આવે છે. રેતીમાં વચ્ચે પૅટર્ન મૂકવામાં આવે છે. રેતીને દાબવા, નમૂનો (pattern) બહાર કાઢવા, તૈયાર થયેલ પોલાણને સાફ કરવા વગેરે કાર્યો માટે પાવડા, ચાળણા, ટીપણીઓ, લેલાંઓ, પટ્ટીઓ એમ અનેક પ્રકારનાં હાથ-ઓજારો વપરાય છે.
જ્યારે એક જ પ્રકારના દાગીનાનું ઢાળણ મોટી સંખ્યામાં કરવાનું હોય ત્યારે બીબાકામ માટે હાથ-ઓજારોને બદલે મશીનો વપરાય છે. પેટીમાં રેતી દાબવી, ટીપવી અને રેતીમાંથી પૅટર્ન બહાર કાઢવું તે બીબાં બનાવવાનાં મુખ્ય કાર્યો છે. બીબાં-મશીનો પણ આમ જ કાર્ય કરે છે. બીબાકામ માટે વપરાતાં મશીનોમાં સ્ક્વીઝિંગ મશીન, જૉલ્ટ મશીન, રેત સ્લીન્જર મશીન, જૉલ્ટ સ્ક્વીઝ મશીન, પૅટર્ન-ડ્રો મશીન અને સ્ટ્રિપિંગ-પ્લેટ મશીન મુખ્ય છે.
ધાતુરસ બનાવવા માટે ભઠ્ઠીઓ વપરાય છે. ઢાળણ જુદી જુદી ધાતુઓનું અને જુદા જુદા જથ્થામાં બનાવવાનું થાય, ધાતુરસની શુદ્ધતાનું પ્રમાણ પણ જુદું જુદું હોઈ શકે. વળી ભઠ્ઠીમાં વાપરવાનું થતું ઇંધણ સહેલાઈથી મળી શકે તેમ છે કે નહિ તેવી અનેક બાબતોને ધ્યાનમાં લઈ ભઠ્ઠીનો પ્રકાર અને તેની ક્ષમતા નક્કી કરવામાં આવે છે. ઢાળણ માટે ધાતુરસ તૈયાર કરવા માટે વપરાતી ભઠ્ઠીઓ આ પ્રમાણે છે : (1) મૂસ ભઠ્ઠીઓ (crucible furnaces) (2) પરિભ્રામી ભઠ્ઠીઓ (rotary furnaces) (3) ભઠ્ઠીતલ ભઠ્ઠીઓ (hearth furnaces) (4) વિદ્યુત-ભઠ્ઠીઓ : (i) પ્રત્યક્ષ આર્ક-ભઠ્ઠીઓ (direct arc furnaces) (ii) પરોક્ષ આર્ક-ભઠ્ઠીઓ (indirect arc furnaces) (iii) પ્રેરણ-ભઠ્ઠીઓ (induction furnaces). (5) ક્યુપોલા-ભઠ્ઠીઓ. ભઠ્ઠીમાં તૈયાર થયેલ રસને બીબામાં રેડવા માટે રસપાત્રો(ladles)નો ઉપયોગ થાય છે. રસપાત્રો જુદા જુદા પ્રકાર અને કદનાં હોય છે.
4. ઢાળેલ દાગીનામાં ખામીઓ અને તેનું નિરીક્ષણ : ઢાળેલ દાગીનામાં અનેક કારણોસર એક યા બીજા પ્રકારની ખામી રહી જવા સંભવ રહે છે. ભીની-રેત-બીબા-ઢાળણમાં ખામીઓની શક્યતા વિશેષ રહે છે. ફાઉન્ડ્રીમાં જવાબદાર વ્યક્તિએ ઢાળણમાં ખામીઓના પ્રશ્નો એક યા બીજી રીતે સામનો કરવો પડે છે. ઢાળણમાં આવતી ખામીઓ દૂર કરવાનો કે ઓછી કરવાનો સાચો ઉપાય ખામીઓ સમજી, તેના વિશે વિગતો ભેગી કરી તે ખામીઓ માટેનાં જવાબદાર કારણો દૂર કરવાનો છે. ખામીઓ માટે નીચેની એક કે તેથી વધુ બાબતો ભાગ ભજવી શકે છે : (1) પૅટર્ન, (2) બીબાનો માલસામાન, (3) કોર, (4) ગેટિંગ-પ્રથા, (5) ધાતુરસ અને તેનું રેડાણ.
ઢાળેલ દાગીનામાં મળી આવતી ખામીઓ નીચે મુજબ ગણાવી શકાય : (1) વાયુછિદ્રો (blow holes), (2) સંકોચન (shrinkage), (3) અંત:પ્રવેશ (droping) : ઢાળણમાં બીબારેતીનો પ્રવેશ, (4) સ્થાનાન્તર (shift), (5) બિનચલન અને અપૂરતું એકીકરણ (misrun and cold shut), (6) ગરમ તિરાડો (hot tears), (7) ધાતુમેલ અને અન્ય કચરાનું ભેળાણ (metallic slag and dirt mix), (8) મધુકોષ (honey comb), (9) ઉંદરપૂંછ (rat tails) સપાટી પર પાતળી લાંબી ટેકરીઓ, (10) પરિમાણ ખામીઓ (dimensional defects).
ઢાળેલ દાગીના ફાઉન્ડ્રીમાંથી પછીની ક્રિયાઓ માટે બીજી જગ્યાએ મોકલાય તે પહેલાં તેમાં કોઈ ખામી રહેતી નથી તેની ખાતરી કરવી જરૂરી છે. આ માટે દાગીનાનું નિરીક્ષણ જો એક પ્રકારના દાગીના ખૂબ મોટી સંખ્યામાં બનાવવામાં આવતા હોય તો તેમાંથી અમુક નમૂના લઈ તેમાં કોઈ પણ પ્રકારની ખામી નથી તે જોવા માટે વિનાશી કસોટી (destruction testing) કરવામાં આવે છે. ખૂબ દબાણ કે ઊંચું તાપમાન રહેતું હોય તેવી સ્થિતિમાં જો દાગીનાનો ઉપયોગ કરવાનો હોય તો તેની ક્ષ-કિરણો કે ગૅમા-કિરણો જેવી રેડિયોગ્રાફી કસોટીઓ કરવામાં આવે છે. અન્યથા પાણીના દબાણની કસોટી, રંગકસોટી કે લોહની બારીક રજકસોટી કરવામાં આવે છે.
ગાયત્રીપ્રસાદ હીરાલાલ ભટ્ટ