Pitkien terästaosten lämpökäsittelyjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin ja toteutettiin pitkille terästaoksille sopivin lämpökäsittelyjärjestelmä Pirkkalassa toimivalle Takomo Hukkarauta -nimiselle yritykselle. Työn alkuvaiheessa kartoitettiin tarkan sähkövastuksilla toimivan modulaarisen lämpökäsittelyuunin toteutus- ja tuotteistusmahdollisuuksia. Ideaalitavoite oli löytää ratkaisu, jolla pystytään lämpökäsittelemään eli karkaisemaan ja päästämään tehokkaasti erityisesti pitkiä mutta tarvittaessa myös lyhyempiäkin teräskappaleita. Pitkiä kappaleita lämpökäsiteltäessä vaatimuksena oli mahdollisimman tasainen 830 - 850 °C lämpötila koko kappaleen noin 70cm pituiselta matkalta. Lyhyemmillä kappaleilla vaadittiin tarkkaa korkean, n. 1000 - 1150 °C, lämpötilan hallintaa noin 5 - 15 minuutin pitoajan verran. Suurin painotus työssä oli saada kehitettyä järjestelmä pitkien kappaleiden kuumentamiseen.

Työssä selvitetään kattavasti erilaiset lämmitystekniikat ja eristeratkaisut. Sähköllä toimivan lämpökäsittelyuunin toteutettavuudesta tehtiin tarkat tutkimukset, joiden perusteella todetaan tämän vaihtoehdon toteuttamisen kustannusten nousevan melko suuriksi lopputuotteen käytön määrään suhteutettuna. Lisäksi patentoitavuus ja mahdollisuus valmistaa sitä myyntiin vaikuttaa myös suuren riskin ja pienten voittojen toiminnalta, joten sähköllä toimiva vaihtoehto voitiin poistaa suunnitelmista.

Parin vuoden tauon jälkeen työssä päädyttiin kaasuahjoihin perustuvaan ratkaisuun. Ajan myötä ja yritystoiminnasta saadun kokemuksen kartuttua tämä ratkaisu osoittautui parhaaksi vaihtoehdoksi. Pitkien kappaleiden lämpökäsittelyssä tämä yksinkertainen, huokea ja nopeasti toteutettava kaasuahjojono osoittautui riittävän hyväksi lopputulokseksi onnistuneeseen karkaisuun ja päästöön.

The purpose of this thesis was to plan and possibly implement a heat treatment system for longer steel forgings to a Birckalan company called Kvenland Forgeworks. In the beginning of the project the thesis work was concentrated on surveying the possibilities and productisation of a precise electrically heated modular heat treatment oven. The ideal purpose was to find an effective solution for heating carbon steel forgings to quenching and tempering temperatures but also, when needed, shorter steel items too. The required temperature for long items was to maintain a steady 830-850 Celsius temperature for length of approximately 70 cm. For shorter items the main requirement was to maintain a steady and high, approximately 1000-1150, Celsius temperature for 5-15 minutes soaking time. The most important aim however was to develop a system for heating longer steel items to quenching temperatures.

Different heating techniques and insulation solutions were thoroughly researched in the thesis. The feasibility of an electrically powered heat treatment oven was carefully examined. From the basis of this a conclusion was drawn that the costs of planning and creating a modular electric oven system were rather high when the level of use of the product was added into consideration. In addition the price to file for patent and productisation of modular oven for sale seems to be a high risk-low reward business and thus this option was effectively ousted from feasible possibilities.

After a few years break a gas forge based system proved to be a successful enough of a solution. This idea formed slowly as a thought during those few years of practical entrepreneurship experience. In the heat treatment of long steel items this simple, cheap and quickly executable line of small gas forges proved to be more than enough to provide successful quench and temper.