Investigation of Oxygen Cutting Process in Solid-State Welding

The oxygen cutting is a thermal cutting process, in which metal is heated locally up to its ignition temperature and burnt off by oxygen blast. Oxygen cutting can be used to remove upset metal of a hollow bar occurred due to solid-state welding process. The main goal of this research was to establish a connection between oxygen blasts and mass of metal removed and relate findings to production to suggest improvements to the current process. This master´s thesis describes the designing and building of a test rig for oxygen blowing measurements. It also contains all executed tests and test results, which were carried out. There are different cutting parameters which were studied as well as their effect on cutting process. The oxygen cutting process, used in solid-state welding process, can be improved by the test results.

Fiber Laser Cutting of Mild Steel

Fiber laser for materials processing have undergone a rapid development in the pastseveral years. As fiber laser provides a combination of high beam quality and awavelength that is easily absorbed by metal surfaces, the named future laser isexpected to challenge the CO2 and Nd:YAG lasers in the area of metal cutting. This thesis studied the performance of fiber laser cutting mild steel. In the literature review part, it introduced the laser cutting principle and the principle of fiber laser including the newest development of fiber laser cuttingtechnology. Because the fiber laser cutting mild steel is a very young technology, a preliminary test was made in order to investigate effect of the cutting parameters on cut quality. Then the formal fiber laser cutting experiment was madeby using 3 mm thickness S355 steel with oxygen as assistant gas. The experimentwas focused on the cut quality with maximum cutting speed and minimum oxygen gas pressure. And the cut quality is mainly decided by the kerf width, perpendicularity tolerance, surface roughness and striation patterns. After analysis the cutting result, several conclusions were made. Although the best result got in the experiment is not perfect as predicted, the whole result of the test can be accepted. Compared with CO2 laser, a higher cutting speed was achieved by fiber laser with very low oxygen gas pressure. A further improvement about the cutting quality might be possible by proper selection of process parameters. And in order to investigate the cutting performance more clearly, a future study about cutting different thickness mild steel and different shape was recommended.

Koneinvestoinnin suunnittelu valmistavaan teollisuuteen

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutustua ohutlevyjen nykyaikaisiin koneellisiin leikkausmenetelmiin ja tutkia niiden soveltuvuutta yrityksen tarpeisiin. Kohdeyrityksessä investoinnin tarve jakautui tuottavuusinvestoinnin, korvausinvestoinnin ja strategisen investoinnin kesken. Tavoitteena oli luoda investointipolku, jonka avulla poissuljettiin menetelmät, jotka eivät soveltuneet yrityksen tuotantoon. Työn kirjallisuusosuudessa tarkastellaan teoriatietoja, jotka liittyvät yleisesti nykyaikaisiin ohutlevyjen leikkausmenetelmiin sekä investointiprojektin suunnitteluun ja toteutuksen teoriaan. Lisäksi käsitellään investointeihin liittyviä kannattavuus- ja kustannuslaskennan perusperiaatteita. Työn empiirisessä osassa selvitettiin yrityksen ohutlevyosien valmistuksen periaatteita nykytila-analyysin avulla. Tämän perusteella määritettiin nykyaikaisista markkinoilla olevista menetelmistä yritykselle soveltuvin. Tutkimuksen perusteella laserleikkaus oli menetelmistä soveltuvin. Perusinvestoinniltaan laser oli vaihtoehtoisista menetelmistä kallein, mutta se soveltui käytettävyyden, tehokkuuden, joustavuuden ja muiden ominaisuuksiensa perusteella parhaiten tuotannon tarpeisiin. Työn merkittävimmät tulokset osoittivat, että investoinnin kannattavuus riippui koneelle saatavasta käyttösuhteesta. Uusien koneiden tehokkuus lyhentäisi tuotannon läpimenoaikoja, mutta ilman riittävää kapasiteetin käyttöastetta kappaleiden omakustannusarvo nousisi. Lopputulokset ja suositukset on esitetty työn lopussa.

Modelling Cutting States in Rough Turning of 34CrNiMo6 Steel

Rough turning is an important form of manufacturing cylinder-symmetric parts. Thus far, increasing the level of automation in rough turning has included process monitoring methods or adaptive turning control methods that aim to keep the process conditions constant. However, in order to improve process safety, quality and efficiency, an adaptive turning control should be transformed into an intelligent machining system optimizing cutting values to match process conditions or to actively seek to improve process conditions. In this study, primary and secondary chatter and chip formation are studied to understand how to measure the effect of these phenomena to the process conditions and how to avoid undesired cutting conditions. The concept of cutting state is used to address the combination of these phenomena and the current use of the power capacity of the lathe. The measures to the phenomena are not developed based on physical measures, but instead, the severity of the measures is modelled against expert opinion. Based on the concept of cutting state, an expert system style fuzzy control system capable of optimizing the cutting process was created. Important aspects of the system include the capability to adapt to several cutting phenomena appearing at once, even if the said phenomena would potentially require conflicting control action.

Development of Paperboard Forming Tools with a Focus on Intelligent Manufacturing

Tämä diplomityö käsittelee kartonginmuovaukseen käytettävien puristintyökalujen kehittämistä. Työntavoitteina oli kehittää työkalutekniikan suunnittelua ja valmistusta edullisemmaksi, nopeammaksi ja työkaluja toiminnoiltaan tehokkaammiksi. Työn tuli sisältää myös ohjeet työkalujen suunnittelemiseksi ja valmistamiseksi jatkoa ajatellen. Työn aikana selvitettiin mahdollisia työkalurakennevaihtoehtoja, valmistusmateriaaleja sekä niiden käsittelymenetelmiä ja lastuamista sekä sen tarjoamia mahdollisuuksia valmistusmenetelmänä. Työkalupari suunniteltiin modulaariseksi siten, että uusia työkaluja varten vain osa komponenteista täytyy valmistaa uudelleen, samalla työkalun osien lukumäärää pienennettiin merkittävästi. Valmistusmateriaaliksi valittiin hyvin lastuttava työkaluteräs ja sen koneistaminen tapahtui vaakakaraisessa koneistuskeskuksessa. Työn loppuvaiheessa työkalukokonaisuudelle tehtiin kustannuslaskelma jaoteltuna eri työvaiheille sekä komponenteittain. Työkalu asennettiin puristimeen ja sille suoritettiin käyttötestaus. Työn aikana karttuneen kokemuksen sekä koekäytön perusteella tehtiin jatkokehitysehdotuksia.

Tuotannon- ja materiaalinohjauksen kehittäminen huonekaluteollisuudessa

Työn tavoitteena oli kehittää sohvakalusteita valmistavan yrityksen tuotannon- ja materiaalinohjausta. Tuotanto on sekä varasto-ohjautuvaa, että tilausohjautuvaa kokoonpanoa. Kehittämisessä pääpaino oli läpäisyaikojen lyhentämisellä molemmissa tuotantomuodoissa, vaihto-omaisuuden arvon alentamisessa sekä kriittisten materiaalien ohjauksen tehostamisessa. Työssä on ensin selvitetty tuotannon- ja materiaalin-ohjauksen teoriaa, tilaus-toimitus-prosessia ja tietojärjestelmiä osana tuotannonohjausta. Tavoitteena on ollut valita käytännössä hyvin toimivia ohjausmenettelyitä ja soveltaa niitä kohdeyrityksessä, jotta asetetut tavoitteet saavutettaisiin mahdollisimman nopealla aikataululla. Raporttien ja seurantatyökalujen kehittäminen tietojärjestelmässä on ensisijaisen tärkeää, että voidaan mitata tuloksia ja asettaa tavoitteita. Varastoinnin painopisteen siirtäminen valmistuotevarastosta puolivalmis-tasolle tulee toteuttaa kuluvan vuoden aikana. Avainsanoja läpäisyajan lyhentämisessä tilausohjautuvassa tuotannossa ovat nopea tilausten aloittaminen, turhien alkuvaiheiden poistaminen, nopea leikkuu, töiden visuaalinen ohjaaminen, sähköisten kotiinkutsumenettelyiden kehittäminen ja toimittajayhteistyö. Varasto-ohjautuvilla tuotteilla taas puolivalmisteet, imuohjausmenettelyt ainakin puolivalmisteiden tekemisen ohjauksessa, vedossuunnittelun ja hienokuormituksen yksinkertaistaminen ja luonnollisesti kaikki materiaalinohjausta parantavat toimenpiteet. Konsignaatiovarastojen käyttö päälliskangasvarastossa alentaisi huomattavasti vaihto-omaisuuden määrää. Kehittämiskohteet on valittu, kehittämistyö on aloitettu ja toimintamallit luotu, Niiden impelementointi ja tietojärjestelmän loppuun kehittäminen vaativat vielä työtä, mutta saavutettavat hyödyt ovat suuret ja turvaavat tehtaan menestymisen tulevaisuudessakin.

Arkkileikkauksen tehokkuuden optimointi tuotannonsuunnittelun keinoin

Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella Inkeroisten kartonkitehtaan arkkileikkausprosessin tehokkuutta jälkikäsittelyosaston näkökulmasta. Työn tarkastelu keskittyi koneiden hyötysuhteiden ja arkituskustannusten perusteella tapahtuvaan tilausten leikkauskustannusten optimointiin. Tavoitteena oli kehittää tuotannonsuunnittelun apuvälineeksi leikkauskustannusten optimointimalli ja suorittaa vaikutusarviointi tuotannonsuunnittelun vakiintuneille toimintatavoille.Tilastotiedon perusteella on tarkasteltu tämän hetkistä tehokkuuden tasoa sekä laskettu kustannusvaikutukset. Kirjallisuusosuudessa on tarkasteltu toiminnanohjauksen teoriaa ja tehokkuuslaskennan menetelmiä, joiden pohjalta on pyritty kehittämään arkkileikkausprosessin tehokkuutta. Leikkauskustannuksiin vaikutti tutkimuksen mukaan ennen kaikkea arkituksen tehokkuus. Reunanauhoista aiheutuvan hylyn vaikutus oli huomattavasti pienempi. Maksimoimalla arkituksen tehokkuutta saavutettiin vähintään 20 % kustannussäästö verrattuna pituusleikkauksen hylkykustannuksen minimoimisesta aiheutuvaan kustannussäästöön.

The Role of Surfactant Properties of Extractants in Hydrometallurgical LiquidLiquid Extraction Processes

The amphiphilic nature of metal extractants causes the formation of micelles and other microscopic aggregates when in contact with water and an organic diluent. These phenomena and their effects on metal extraction were studied using carboxylic acid (Versatic 10) and organophosphorus acid (Cyanex 272) based extractants. Special emphasis was laid on the study of phase behaviour in a pre neutralisation stage when the extractant is transformed to a sodium or ammonium salt form. The pre neutralised extractants were used to extract nickel and to separate cobalt and nickel. Phase diagrams corresponding to the pre neutralisation stage in a metal extraction process were determined. The maximal solubilisation of the components in the system water(NH3)/extractant/isooctane takes place when the molar ratio between the ammonia salt form and the free form of the extractant is 0.5 for the carboxylic acid and 1 for the organophosphorus acid extractant. These values correspond to the complex stoichiometry of NH4A•HA and NIi4A, respectively. When such a solution is contacted with water a microemulsion is formed. If the aqueous phase contains also metal ions (e.g. Ni²+), complexation will take place on the microscopic interface of the micellar aggregates. Experimental evidence showing that the initial stage of nickel extraction with pre neutralised Versatic 10 is a fast pseudohomogeneous reaction was obtained. About 90% of the metal were extracted in the first 15 s after the initial contact. For nickel extraction with pre neutralised Versatic 10 it was found that the highest metal loading and the lowest residual ammonia and water contents in the organic phase are achieved when the feeds are balanced so that the stoichiometry is 2NH4+(org) = Nit2+(aq). In the case of Co/Ni separation using pre neutralised Cyanex 272 the highest separation is achieved when the Co/extractant molar ratio in the feeds is 1 : 4 and at the same time the optimal degree of neutralisation of the Cyanex 272 is about 50%. The adsorption of the extractants on solid surfaces may cause accumulation of solid fine particles at the interface between the aqueous and organic phases in metal extraction processes. Copper extraction processes are known to suffer of this problem. Experiments were carried out using model silica and mica particles. It was found that high copper loading, aromacity of the diluent, modification agents and the presence of aqueous phase decrease the adsorption of the hydroxyoxime on silica surfaces.

On the development of object functions and restrictions for shapes made with a turret punch press

This study presents the information required to describe the machine and device resources in the turret punch press environment which are needed for the development of the analysing method for automated production. The description of product and device resources and their interconnectedness is the starting point for method comparison the development of expenses, production planning and the performance of optimisation. The manufacturing method cannot be optimized unless the variables and their interdependence are known. Sheet metal parts in particular may then become remarkably complex, and their automatic manufacture may be difficult or, with some automatic equipment, even impossible if not know manufacturing properties. This thesis consists of three main elements, which constitute the triangulation. In the first phase of triangulation, the manufacture occuring on a turret punch press is examined in order to find the factors that affect the efficiency of production. In the second phase of triangulation, the manufacturability of products on turret punch presses is examined through a set of laboratory tests. The third phase oftriangulation involves an examination of five industry parts. The main key findings of this study are: all possible efficiency in high automation level machining cannot be achieved unless the raw materials used in production and the dependencies of the machine and tools are well known. Machine-specific manufacturability factors for turret punch presses were not taken into account in the industrial case samples. On the grounds of the performed tests and industrial case samples, the designer of a sheet metal product can directly influence the machining time, material loss, energy consumption and the number of tools required on a turret punch press by making decisions in the way presented in the hypothesis of thisstudy. The sheet metal parts to be produced can be optimised to bemanufactured on a turret punch press when the material to be used and the kinds of machine and tool options available are known. This provides in-depth knowledge of the machine and tool properties machine and tool-specifically. None of the optimisation starting points described here is a separate entity; instead, they are all connected to each other.

Value added logistical support service Part 2. Outsourcing process of spare part logistics in metal industry

The aim of this research study was to find out guidelines for outsourcing of logistics processes. The study was outlined to spare parts and `business-to-business' (B2B) markets in metal industry. This study can be applied as a manual for outsourcing especially warehousing and transportation activities. The study also touches other important areas of spare part logistics like manufacturing, customer service, procurement, quality control, reverse and recycling logistics, logistics technologies and valueadded services. The method of study consisted of three areas. Firstly exchanging views with logistics experts in participating companies, and secondly compiling material based on author's practical experience in logistics business with several international and domestic logistics service providers and vendors. Thirdlythe study includes also references to literature material. Due to the fact thatthe outsourcing of logistics functions can be handled widely and from differentpoint of views, in this study it is concentrated mainly on giving general levelguidelines for defining logistics strategy, hints both for tendering process and implementation project, and not forgetting the aftercare of business partnership.

Welding of Sheet metal using Modified short arc MIG/MAG welding process

In this research work, the results of an investigation dealing with welding of sheet metals with diverse air gap using FastROOT modified short arc welding method and short circuit MAG welding processes have been presented. Welding runs were made under different conditions and, during each run, the different process parameters were continuously monitored. It was found that maximum welding speed and less HAZ are reached under specific welding conditions with FastROOT method with the emphasis on arc stability. Welding results show that modified short arc exhibits a higher electrode melting coefficient and with virtually spatter free droplet transition. By adjusting the short circuit duration the penetration can be controlled with only a small change in electrode deposition. Furthermore, by mixing pulsed MIG welding with modified arc welding the working envelope of the process is greatly extended allowing thicker material sections to be welded with improved weld bead aesthetics. FastROOT is a modified short arc welding process using mechanized or automated welding process based on dip transfer welding, characterized by controlled material deposition during the short circuit of the wire electrode to the workpiece.

Preparation for ramp-up production process in metal manufacturin

Collaboration is essential for successful new product development. In the preparation for ramp-up production collaboration between R&D and supply chain functions is crucial. This thesis examines the meaning of collaboration and the effects of collaboration between R&D and supply chain. The aim of this thesis is to analyse and advice on how to improve the collaboration between the research and development department and supply chain within the preparation for rampup process. This thesis begins by introducing the reader to the product development methodologies and collaboration literature. The following part of the thesis describes the current situation and the results of the qualitative research. The last part of the thesis will explain the improvement suggestions. The main improvement suggestions are clarification of the processes and responsibilities and the introduction of a kick-off meeting.

Characterization Of Process Efficiency Improvement In Laser Additive Manufacturing

Laser additive manufacturing (LAM), known also as 3D printing, has gained a lot of interest in past recent years within various industries, such as medical and aerospace industries. LAM enables fabrication of complex 3D geometries by melting metal powder layer by layer with laser beam. Research in laser additive manufacturing has been focused in development of new materials and new applications in past 10 years. Since this technology is on cutting edge, efficiency of manufacturing process is in center role of research of this industry. Aim of this thesis is to characterize methods for process efficiency improvements in laser additive manufacturing. The aim is also to clarify the effect of process parameters to the stability of the process and in microstructure of manufactured pieces. Experimental tests of this thesis were made with various process parameters and their effect on build pieces has been studied, when additive manufacturing was performed with a modified research machine representing EOSINT M-series and with EOS EOSINT M280. Material used was stainless steel 17-4 PH. Also, some of the methods for process efficiency improvements were tested. Literature review of this thesis presents basics of laser additive manufacturing, methods for improve the process efficiency and laser beam – material- interaction. It was observed that there are only few public studies about process efficiency of laser additive manufacturing of stainless steel. According to literature, it is possible to improve process efficiency with higher power lasers and thicker layer thicknesses. The process efficiency improvement is possible if the effect of process parameter changes in manufactured pieces is known. According to experiments carried out in this thesis, it was concluded that process parameters have major role in single track formation in laser additive manufacturing. Rough estimation equations were created to describe the effect of input parameters to output parameters. The experimental results showed that the WDA (width-depth-area of cross-sections of single track) is correlating exponentially with energy density input. The energy density input is combination of the input parameters of laser power, laser beam spot diameter and scan speed. The use of skin-core technique enables improvement of process efficiency as the core of the part is manufactured with higher laser power and thicker layer thickness and the skin with lower laser power and thinner layer thickness in order to maintain high resolution. In this technique the interface between skin and core must have overlapping in order to achieve full dense parts. It was also noticed in this thesis that keyhole can be formed in LAM process. It was noticed that the threshold intensity value of 106 W/cm2 was exceeded during the tests. This means that in these tests the keyhole formation was possible.

Management of Metals in the Pulping Process

Diplomityön tarkoituksena oli löytää keino korkean mangaanipitoisuuden hallintaan ECF-valkaisussa. Kirjallisuusosassa käsiteltiin eri metallien ja kuidun vuorovaikutuksia sekä niiden vaikutuksia prosessiin. Lisäksi käytiin läpi sellunvalmituksen yleisimpiä metallienhallintamenetelmiä. Työn kokeellisessa osassa tehtiin esikokeina laboratoriokokeita, jotta löydettiin oikeat kelatointistrategiat tehdasmittakaavan koeajoille. Laboratoriovalkaisut suoritettiin kuudella eri kemikaalilla käyttäen DD3-pesurin jälkeistä massaa ja samanlaisia parametrejä kuin tehdasvalkaisussa. Kolmesta eri valkaisusekvenssistä paras tulos saavutettiin D0-QEP-sekvenssillä. Tehdasmittakaavan koeajojen tavoitteena oli saavuttaa alle 1 mg/kg jäännösmangaanipitoisuus valkaistussa massassa ja korkeampi vaaleus EOP-vaiheessa pienemmällä klooridioksidin kulutuksella. Koeajoissa käytettiinDTPA:ta ja EDTA:ta kahdeksassa eri koepisteessä. Pienimpiin jäännöspitoisuuksiin päästiin koepisteissä, joissa kelatointiaine annosteltiin ennen valkaisun viimeistä pesuvaihetta tai sen jälkeen. Samanlaisia tuloksia saavutettiin koepisteissä, joissa kelatointiaine lisättiin suoraan EOP-vaiheeseen. Tällöin kelatointiaineen käyttö johti myös korkeampaan vaaleuteen EOP-vaiheessa pienemmällä kappakertoimella kuin referenssissä. Säästöt klooridioksidin kulutuksessa eivät olleet kuitenkaan tarpeeksi suuret kattaakseen kelatointiaineiden käytön kustannuksia. Kustannustehokkain tapa kontrolloida jäännösmangaanipitoisuutta oli EDTA:n annostelu D2 DD-pesurin jälkeen. Haittapuolena tälläisessä kelatoinnissa oli metallikompleksien palautuminen valkaisuun kuivauskoneen kiertoveden mukana. Tärkeimmät onnistuneeseen kelatointiin vaikuttavat parametrit olivat lajittelussa käytetyn rikkihapon annos, D0-vaiheen pH ja D0 DD-pesurin pesutehokkuus.

Logistics Management in China's Development Zones - Finnish Metal Industry Perspective

Alikehittynyt infrastruktuuri, tiukat säädökset ja säädösten tulkitseminen, sekä monimutkaiset verotuskäytännöt ovat aiheuttaneet ongelmia suomalaisille Alikehittynyt infrastruktuuri, tiukat säädökset ja säädösten tulkitseminen, sekä monimutkaiset verotuskäytännöt ovat aiheuttaneet ongelmia suomalaisille yrityksille Kiinassa. Tutkimuksen perusteella yritykset eivät pysty vaikuttamaan infrastruktuurin kehittymiseen tai säädösten implementointiin, mutta ylläpitämällä suhteita ja valitsemalla oikeat partnerit yritykset pystyvät hallitsemaan ongelma-alueitaan. Etenkin ulkomaalaisille yrityksille oikean logistiikkaoperaattorin valinta on tärkeätä ja huomioon ottaen palvelutason, kulttuuritaustan sekä kansainväliset operaatiot on ulkomaalaisten yritysten tehokkaampaa käyttää kansainvälisiä operaattoreita kuin paikallisia toimijoita, jotkaovat usein halvempia, mutta eivät pysty toimimaan kansainvälisellä tasolla. Vientiin keskittyneiden yritysten tulisi sijoittua vapaakauppa-alueille tai vientiin painottuneille teollisuusalueille. Kyseisillä alueilla liiketoiminta mannermaahan on rajoitettu, eivätkä alueet täten sovellu yrityksille, jotka ovat keskittyneet Kiinan markkinoille. Paikallisesti operoivien yritysten tulisi sijoittua normaaleihin teollisuuspuistoihin ja käyttää tullin valvomia varastoja tukemaan kansainvälisiä toimintojaan.Tulisi myös muistaa etteivät kiinalaiset teollisuuspuistot täytä kansainvälisiä kriteerejä, joten säädöksiin on tärkeätä tutustua huolella jamielipiteitä kerätä toisilta yrityksiltä. Kiinassa merkittävimmät logistiikkaongelmat ilmenevät tuonnin ja viennin yhteydessä, jolloin säädökset ja toimintamallit ovat kontrolloidumpia. Etenkin tullaus- ja arvonlisävero ongelmat liittyvät kiinteästi tuonti- ja vientiprosessiin. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että tullausprosessi tehostuu yhteistyön ja koulutuksen kautta, mutta arvonlisäverosta aiheutuvien kustannusten minimointi vaatii logistiikkapuistojen käyttöä. Mikäli asiakas haluaa tehdä tullauksen kotiprovinssissaan tai yritys tekee kauppaa ALV -vapautettujen yritysten kanssa, tulisi logistiikkapuistojen käyttöä lisätä. Käytettäessä logistiikkapuistoja yritykset välttävät tuotteiden kuljetukset Hongkongiin jatakaisin säästäen huomattavasti kustannuksissa ja toimitusajoissa. Logistiikkapuistoja on myös mahdollista käyttää ratkaisuna kasvaviin ja viivästyviin ALV palautuksiin. Tutkimuksen tulosten mukaan toimintaympäristö ja vientipainotteinen valmistus ohjaavat 3PL yritysten valintaa ja vaihtoehtoisten logistiikkapalvelujen implementointia. Etabloiduttaessavapaakauppa-alueille vientiin ja tuontiin liittyvät ongelmatekijät vahvistuvat sekä rajoitukset kiinan liiketoimintaan kasvavat, mikä tekee yhteistyönkansainvälisten logistiikkaoperaattoreiden kanssa välttämättömäksi ja kannustaa hyödyntämään logistiikkapuistoja.