Runkoverstaan tuotannon läpimenoajan sekä valmistusystävällisyyden kehittäminen

Diplomityö tehtiin kansainväliseen maanalaisia kaivoskoneita toimittavaan yritykseen. Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa runkojen läpimenoaikaa robottihitsauksen ja koneistuksen osalta Normet Oy:n hitsaamon tuotannossa. Diplomityön teoriaosassa on esitelty tuotantojärjestelmiä, tuotantotekniikan kehittämisen osa-alueita, valmistusystävällisyyttä, tuotannonohjausta sekä tuotannon mittareita tuottavuuden kehittämisen näkökulmasta. Diplomityön kokeellisessa osassa tehtiin nykyisten tuotantoprosessien tarkat aikaseurannat. Ensisijaisesti koneistuksen kehittämisellä tavoiteltiin asetus- ja sivuaikojen minimointia sekä tuottavampaa lastuamista. Näin ollen uusien työkalujen sekä koneistusinnovaatioiden löytäminen oli avainasemassa kehitystyössä. Robotisoinnin kehittämisessä tärkeintä on tehokkaampien hitsausprosessien hyödyntäminen, laatutekijöiden analysointi sekä robottiystävällisten konstruktioiden käyttöönotto. Case-esimerkissä näitä menetelmiä pyritään esittämään Normetin volyymituote NT100-rungossa.

Architecture for machining process and production monitoring based in open computer numerical control

This paper proposes an architecture for machining process and production monitoring to be applied in machine tools with open Computer numerical control (CNC). A brief description of the advantages of using open CNC for machining process and production monitoring is presented with an emphasis on the CNC architecture using a personal computer (PC)-based human-machine interface. The proposed architecture uses the CNC data and sensors to gather information about the machining process and production. It allows the development of different levels of monitoring systems with mininium investment, minimum need for sensor installation, and low intrusiveness to the process. Successful examples of the utilization of this architecture in a laboratory environment are briefly described. As a Conclusion, it is shown that a wide range of monitoring solutions can be implemented in production processes using the proposed architecture.

Dynamic behavior analysis of drill-threading process when machining AISI Al-Si-Cu(4) alloy

Conventional threading operations involve two distinct machining processes: drilling and threading. Therefore, it is time consuming for the tools must be changed and the workpiece has to be moved to another machine. This paper presents an analysis of the combined process (drilling followed by threading) using a single tool for both operations: the tap-milling tool. Before presenting the methodology used to evaluate this hybrid tool, the ODS (operating deflection shapes) basics is shortly described. ODS and finite element modeling (FEM) were used during this research to optimize the process aiming to achieve higher stable machining conditions and increasing the tool life. Both methods allowed the determination of the natural frequencies and displacements of the machining center and optimize the workpiece fixture system. The results showed that there is an excellent correlation between the dynamic stability of the machining center-tool holder and the tool life, avoiding a tool premature catastrophic failure. Nevertheless, evidence showed that the tool is very sensitive to work conditions. Undoubtedly, the use of ODS and FEM eliminate empiric decisions concerning the optimization of machining conditions and increase drastically the tool life. After the ODS and FEM studies, it was possible to optimize the process and work material fixture system and machine more than 30,000 threaded holes without reaching the tool life limit and catastrophic fail.

Mechanistic approach to predict real machining time for milling free-form geometries applying high feed rate

An accurate estimate of machining time is very important for predicting delivery time, manufacturing costs, and also to help production process planning. Most commercial CAM software systems estimate the machining time in milling operations simply by dividing the entire tool path length by the programmed feed rate. This time estimate differs drastically from the real process time because the feed rate is not always constant due to machine and computer numerical controlled (CNC) limitations. This study presents a practical mechanistic method for milling time estimation when machining free-form geometries. The method considers a variable called machine response time (MRT) which characterizes the real CNC machine`s capacity to move in high feed rates in free-form geometries. MRT is a global performance feature which can be obtained for any type of CNC machine configuration by carrying out a simple test. For validating the methodology, a workpiece was used to generate NC programs for five different types of CNC machines. A practical industrial case study was also carried out to validate the method. The results indicated that MRT, and consequently, the real machining time, depends on the CNC machine`s potential: furthermore, the greater MRT, the larger the difference between predicted milling time and real milling time. The proposed method achieved an error range from 0.3% to 12% of the real machining time, whereas the CAM estimation achieved from 211% to 1244% error. The MRT-based process is also suggested as an instrument for helping in machine tool benchmarking.

Surface integrity analysis in the super duplex stainless steel ASTM-A890 after machining

The purpose of this paper was to study the main effects of the turning in the superficial integrity of the duplex stainless steel ASTM A890-6A. The tests were conducted on a turning centre with carbide tools and the main entrances variables were: tool material class, feed rate, cutting depth, cutting speed and cutting fluid utilisation. The answers were analysed: microstructural analysis by optical microscopy and x-ray diffraction, cutting forces measurements by a piezoelectric dynamometer, surface roughness, residual stress by x-ray diffraction technique and the microhardness measurements. The results do not show any changes in the microstructural of the material, even when the greater cutting parameters were used. The smaller feed rate (0.1 mm/v), smaller cutting speed (110 m/min) and the greater cutting depth (0.5 mm) provided the smaller values for the tensile residual stress, the smaller surface roughness and the greater microhardness.

Surface characterization of 6H-SiC (0001) substrates in indentation and abrasive machining

Surface characterization of 6H-SiC (0001) substrates in indentation and abrasive machining was carried out to investigate microfracture, residual damage, and surface roughness associated with material removal and surface generation. Brittle versus plastic deformation was studied using Vickers indention and nano-indentation. To characterize the abrasive machining response, the 6H-SiC (0001) substrates were ground using diamond wheels with grit sizes of 25, 15 and 7 mum, and then polished with diamond suspensions of 3 and 0.05 mum. It is found that in indentation, there was a scale effect for brittle versus plastic deformation in 6H-SiC substrates. Also, in grinding, the scales of fracture and surface roughness of the substrates decreased with a decrease in diamond grit size. However, in polishing, a reduction in grit size of diamond suspensions gave no significant improvement in surface roughness. Furthermore, the results showed that fracture-free 6H-SiC (0001) surfaces were generated in polishing with the existence of the residual crystal defects, which were associated with the origin of defects in single crystal growth. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

High speed versus conventional grinding in high removal rate machining of alumina and alumina-titania

High removal rate (up to 16.6 mm(3)/s per mm) grinding of alumina and alumina-titania was investigated with respect to material removal and basic grinding parameters using a resin-bond 160 mu m grit diamond wheel at the speeds of 40 and 160 m/s, respectively. The results show that the material removal for the single-phase polycrystalline alumina and the two-phase alumina-titania composite revealed identical mechanisms of microfracture and grain dislodgement under the grinding conditioned selected. There were no distinct differences in surface roughness and morphology for both materials ground at either conventional or high speed. An increase in material removal rate did not necessarily worsen the surface toughness for the two materials at both speeds. Also the grinding forces for the two ceramics demonstrated similar characteristics at any grinding speeds and specific removal rates. Both normal and tangential grinding forces and their force ratios at the high speed were lower than those at the conventional speed, regardless of removal rates. An increase in specific removal rate caused more rapid increases in normal and tangential forces obtained at the conventional grinding speed than those at the high speed. Furthermore, it is found that the high speed grinding at all the removal rates exerted a great amount of coolant-induced normal forces in grinding zone, which were 4-6 times higher than the pure normal grinding forces. (c) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Machining of micro aspherical mould inserts

This paper reports a parametric investigation and development of grinding technologies for micro aspherical mould inserts using parallel grinding method. The parametric investigation revealed that at nanometric scale the undeformed chip thickness has little influence on the surface finish of ground inserts. The grinding trace spacing has a slightly larger influence on the surface finish. A new technique was developed to true and dress the resin bonded micro wheels with mesh size of #3000, which produced a satisfactory wheel form accuracy and relatively high grain packing density. A form error compensation technique was also developed, with which mould inserts of submicron form accuracy were consistently produced. Using the developed technologies, micro aspherical inserts of diameters ranging from 200 mu m to 1000 mu m with surface finish of around 10 nm and form error of similar to 0.2-0.4 mu m were successfully fabricated. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Cutting forces and wear analysis of Si3N4 diamond coated tools in high speed machining

Si3N4 tools were coated with a thin diamond film using a Hot-Filament Chemical Vapour Deposition (HFCVD) reactor, in order to machining a grey cast iron. Wear behaviour of these tools in high speed machining was the main subject of this work. Turning tests were performed with a combination of cutting speeds of 500, 700 and 900 m min−1, and feed rates of 0.1, 0.25 and 0.4 mm rot−1, remaining constant the depth of cut of 1 mm. In order to evaluate the tool behaviour during the turning tests, cutting forces were analyzed being verified a significant increase with feed rate. Diamond film removal occurred for the most severe set of cutting parameters. It was also observed the adhesion of iron and manganese from the workpiece to the tool. Tests were performed on a CNC lathe provided with a 3-axis dynamometer. Results were collected and registered by homemade software. Tool wear analysis was achieved by a Scanning Electron Microscope (SEM) provided with an X-ray Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) system. Surface analysis was performed by a profilometer.

Optimal location of the workpiece in a PKM-based machining robotic cell

Most machining tasks require high accuracy and are carried out by dedicated machine-tools. On the other hand, traditional robots are flexible and easy to program, but they are rather inaccurate for certain tasks. Parallel kinematic robots could combine the accuracy and flexibility that are usually needed in machining operations. Achieving this goal requires proper design of the parallel robot. In this chapter, a multi-objective particle swarm optimization algorithm is used to optimize the structure of a parallel robot according to specific criteria. Afterwards, for a chosen optimal structure, the best location of the workpiece with respect to the robot, in a machining robotic cell, is analyzed based on the power consumed by the manipulator during the machining process.

Empirical models for quantification of machining damage in composite materials

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Mecânica

Koneistuksen kannattavuus ostaa-valmistaa päätöksentekotilanteessa

Työn tavoitteena oli tutkia kohdeyrityksen oman koneistuksen tämän hetkistä kannattavuutta ostaa-valmistaa päätöksentekotilanteessa. Tarkoituksena oli löytää edullisin menetelmä hankkia yrityksen tarvitsemat koneistetut osat. Työssä selvitettiin oman koneistuksen aiheuttamat vuotuiset kustannukset, ulkoa ostettavan koneistuksen kustannukset sekä muille yrityksille myytävän alihankinnan tuomat tulot yritykselle. Työn lopussa on verrattu eri vaihtoehtojen vuotuisia kokonaiskustannuksia, joista perustellen valittiin kyseisen yrityksen toimintaan parhaiten soveltuva koneistettavien tuotteiden hankintamalli.Toimintamalleissa, missä yritykselle syntyy uutta liiketoimintaa, on kyseisen toiminnan osalta otettu huomioon yrityksen johdon asettama myyntikatetavoite. Työn lopputulemana on joko yrityksen koneistuksen jatkaminen entisellään, koneistustoiminnan laajentaminen tai koneistuksen täydellinen tai osittainen ulkoistaminen. Koneistusta on tarkasteltu tässä työssä kokonaisuutena.

Raaka-aine- ja energiatehokkuuden parantaminen Oras Oy:n valimossa

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia toimintatapoja ja edellytyksiä parantaa Oras Oy:n valimon raaka-aine- ja energiatehokkuutta. Tarkastelu suoritettiin ekotehokkuusajattelun näkökulmasta. Valimon ekotehokkuutta mitattiin metallin saannon sekä valu-uunien energiatehokkuuden avulla. Tutkimustyö suoritettiin valitsemalla tarkastelun kohteeksi 20 valutuotetta. Metallin saantoa selvitettäessä punnittiin tuotteita eri työvaiheissa,jolloin saatiin selville valukanavien sekä koneistus- ja hiontavarojen osuudet valutuotteisiin panostetusta messingistä. Saantoa laskettaessa tuli myös huomioida vuosittain hylättävien tuotteiden määrät sekä messingin raaka-ainekierto kokonaisuudessaan. Valu-uunien osalta selvitettiin toiminta-ajan ja energiankulutuksen jakautuminen messingin sulattamisen ja sulan kuumanapidon kesken. Työssä tarkasteltiin, kuinka paljon metallin saantoa voitaisiin parantaa pienentämällä valukanavien ja työvarojen osuutta valoksissa sekä vähentämällähylkyjen määrää. Lisäksi tarkasteltiin muutosten vaikutuksia raaka-ainekustannuksiin sekä jätteiden määrään. Valu-uunien energiatehokkuuden parantamisen osaltatarkasteltiin käyttöasteen nostamisen eli viikoittaisen käyntiajan lisäämisen vaikutuksia energiankulutukseen ja -kustannuksiin sekä edellytyksiä pitää osa uuneista kylmänä.

Ammattiosaamisennäytöt ja työssäoppiminen toisen asteen koulutuksessa

Opetusviranomaiset ovat pohtineet keinoja nuorisoasteen (toisen asteen) ammatillisen koulutuksen laadun varmistamiseksi, kehittämiseksi ja kilpailukyvyn parantamiseksi. Yhtenä tällaisena keinona on tuotettu työssä oppimisjärjestelmä ja siihen on liitetty elokuusta 2006 alkaen ammattiosaamisen näytöt. Näyttöjen perustana on laki ammatillisesta koulutuksesta. Opiskelija osoittaa ammattiosaamistaan näytöissä opiskelusuunnitelmaan sisältyviä työtehtäviä tehden. Kolmivuotiseen (120 ov) perustutkinnon koulutukseen sisältyy työssäoppimista vähintään 20 ov. Näytöt pyritään järjestämään työssäoppimisen yhteydesssä opiskelijoiden työssäoppimispaikoilla. Arvioinnin ja palautteen osuus on tärkeä ja siinä mukana opiskelija, työpaikkaohjaaja ja opettaja. Tässä työssä on tuotettu yleinen toimintamalli näyttöjen toteuttamiseksityössäoppimisen yhteydessä. Toisena on tuotettu alueellinen vastaava toimintamalli oppilaitostasolle kone- ja metallialalle. Mallissa on huomioitu alueen teollisuuden erityispiirteet. Edellisten lisäksi on myös tuotettu toimintamalli oppilaitoskohtaisesta soveltamisesta näyttöjen toteuttamiseen kone- ja metallialalla yksilötasolle saakka. Järjestelmän käyttöönotto eri toimijoiden kesken on käynnistynyt. Sen onnistunut toteutus vaatii jatkuvaa innovatiivisuutta ja taloudellisia resursseja jokaisen siihen osallistuvan tahon osalta. Tällöin on saavutettavissa uudistuksen tarkoitus: koulutuksen laadun konkreettinen varmistaminen ja kehittäminen.

Transfer pricing tool development process based on valve package production costs

Tämän diplomityön päätavoitteena oli parantaa kehitetyn kustannusperusteisen siirtohinnoittelutyökalun ominaisuuksia osastokohtaisen kustannusarviointiprosessin käyttöön. Työ on vaikeutunut lähimenneisyyden heikosta hintakyselyiden vastauskyvystä. Työn pääongelmana oli kerätä luotettavaa tuotannonohjausjärjestelmän kustannusaineistoa osittain vanhentuneista vakioventtiilien koneistus- ja materiaalitiedosta. Tutkimuksessa käytetyt tärkeimmät tutkimusmenetelmät voidaan jakaa siirtohinnoittelu- ja kustannusarvioprosessien kirjallisuustutkimukseen, kenttäanalyysiin ja nykyisen Microsoft Excel –siirtohinnoittelutyökalun kehittämiseen eri osastojen rajapinnassa. Siirtohinnoittelumenetelmät ovat yleisesti jaettu kustannus-, markkina- ja neuvotteluperusteisiin malleihin, jotka harvoin sellaisenaan kohtaavat siirtohinnoittelulle asetetut tavoitteet. Tämä ratkaisutapa voi johtaa tilanteisiin, jossa kaksi erillistä menetelmää sulautuvat yhteen. Lisäksi varsinaiseen siirtohinnoittelujärjestelmään yleensä vaikuttavat useat sisäiset ja ulkoiset tekijät. Lopullinen siirtohinnoittelumenetelmä tulisi ehdottomasti tukea myös yrityksen visiota ja muita liiketoiminnalle asetettuja strategioita. Työn tuloksena saatiin laajennettu Microsoft Excel –sovellus, joka vaatii sekä vuosittaista että kuukausittaista erikoisventtiilimateriaalien hinta- ja toimitusaikatietojen päivittämistä. Tämä ratkaisutapa ehdottomasti parantaa kustannusarviointiprosessia, koska myös alihankkijatietoja joudutaan tutkimaan systemaattisesti. Tämän jälkeen koko siirtohinnoitteluprosessia voidaan kehittää muuntamalla kokoonpano- ja testaustyövaiheiden kustannusrakennetta toimintoperustaisen kustannuslaskentamallin mukaiseksi.