Μελέτη και κατασκευή φούρνου για την θερμική κατεργασία μετάλλου προς σφυρηλάτηση

Abstract

Σε αυτή την πτυχιακή εργασία θα αναλύσουμε πώς μπορούμε να κατασκευάσουμε και να χρησιμοποιήσουμε έναν φούρνο για την θερμική κατεργασία ενός μεταλλικού ή ενός κεραμικού υλικού. Λόγω των περισσότερων διαφορετικών ειδών, θερμικών κατεργασιών που μπορούν να υποστούν τα μέταλλα, θα επικεντρωθούμε περισσότερο γύρω από τα μεταλλικά υλικά. Μέσα στην εργασία θα αναφέρουμε τον φούρνο και ως καμίνι.

Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τον τρόπο παραγωγής κάποιων μεταλλικών και αμέταλλων υλικών από τα αρχαία στα πιο πρόσφατα χρόνια. Με λογική σειρά από τις πιο παλιές ως τις πιο σύγχρονες εποχές. Με λίγα λόγια κάνουμε μια ιστορική αναδρομή για τα μεταλλικά και αμέταλλα υλικά. Πώς και γιατί τα επεξεργαζόντουσαν, για ποιο λόγο τα χρησιμοποιούσαν στην κάθε εποχή ανάλογα τα υλικά που είχαν ανακαλύψει. Επίσης επισημαίνουμε και τα καμίνια που χρησιμοποιούσαν για την παραγωγή του κάθε υλικού, τρόπους παραγωγής του και πώς διαφοροποιούταν με την εξέλιξη της τεχνολογίας. Ποια ήταν η καύσιμη ύλη τους που αλλάζει όσο περνούν τα χρόνια. Πρώτα χρησιμοποιούσαν σαν καύσιμο το ξύλο, αργότερα το κοκ και σήμερα ηλεκτρικό ρεύμα, προπάνιο και φυσικό αέριο. Άλλη παράμετρος που διαφοροποιείται με το πέρασμα του καιρού και την ανακάλυψη νέων υλικών, παλαιότερα και στην εποχή μας, με την ανάπτυξη της επιστήμης, της τεχνολογίας των υλικών, είναι τα υλικά που καλούμαστε να επεξεργαστούμε θερμικά και η δημιουργία κραμάτων με πιο σύνθετους τρόπους παραγωγής .

Το δεύτερο κεφάλαιο έχει ως στόχο την διερεύνηση των διαφόρων ειδών καμινιών. Εκείνα της βιομηχανίας, αλλά και αυτά που υπάρχουν στο εμπόριο, τα οποία ταξινομούνται από τις εξής παράμετρους: 1) Τον αριθμό των τεμαχίων, που χωράνε στο καμίνι και μπορεί να τα επεξεργαστεί. 2) Το καύσιμο που καίγεται για να εκληφθεί η απαιτούμενη θερμότητα που χρειαζόμαστε για την θερμική επεξεργασία. 3) Το μέρος της φλόγας μέσα στο φούρνο σε σχέση με το τεμάχιο. 4) Τον τρόπο που εισέρχεται και εξέρχεται το τεμάχιο στο καμίνι. Την συνέχεια την έχουμε αφιερώσει σε ένα είδος υλικών τα οποία διατηρούν τις μηχανικές τους ιδιότητες ακόμα και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Αυτά τα υλικά είναι τα πυρίμαχα υλικά που είναι κατά πλειοψηφία ψαθυρά υλικά, δηλαδή έχουν ελάχιστο ποσοστό παραμόρφωσης όταν ασκήσουμε μια δύναμη σε σχέση με κάποιο άλλο μη ψαθυρό υλικό (όλκιμο). Είναι υλικά τα οποία χάρις αυτών μπορούμε να κατασκευάσουμε καμίνια και διάφορες κατασκευές που αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες υπό τάση. Σε αυτό το κεφάλαιο αναφέρουμε διάφορα πυρίμαχα υλικά και τα χαρακτηριστικά τους.

Το τρίτο κεφάλαιο ασχολείται με τη θερμική κατεργασία του μετάλλου και των μεταλλικών κραμάτων. Αν όχι όλες, τις περισσότερες θερμικές κατεργασίες μπορεί να τις υποστεί ένα μέταλλο, εφόσον το επιτρέπουν και τα στοιχεία που το συστήνουν, όπως είναι η περιεκτικότητα σε άνθρακα. Επίσης αναφέρουμε γιατί μπορούν να υποστούν τις συγκεκριμένες κατεργασίες και σε ποιες θερμοκρασίες γίνεται η κάθε μία κατεργασία από αυτές. Ακόμα το πως πρέπει να γίνεται η απόψυξη ανάλογα την κάθε περίπτωση μετάλλου και κατεργασίας που εκτελούμε. Σε αυτό το κεφάλαιο προσθέσαμε τις διεργασίες διαμόρφωσης μετάλλων που μπορούν να εκτελεστούν εν θερμώ. Όμως έχουμε δώσει ιδιαίτερη βαρύτητα στη διεργασία της σφυρηλάτησης, λόγω του ότι είναι το κύριο θέμα τις πτυχιακής μας. Η σφυρηλάτηση χρησιμοποιείται ευρέως ακόμα και σε μικρά μηχανουργεία. Για αυτήν χρειαζόμαστε την σωστή θερμοκρασία, έτσι ώστε να μην έχουμε αστοχία του υλικού κατά την κρούση του σφυριού (έμβολο) στο τεμάχιο.

Στο τέταρτο κεφάλαιο εξηγούμε την μεθοδολογία κατασκευής του φούρνου προπανίου, πως τον κατασκευάσαμε, τα υλικά που χρησιμοποιήσαμε να αντέχουν στις υψηλές θερμοκρασίες. Ποιος ήταν ο λόγος να χρησιμοποιηθεί θάλαμος κυλινδρικής διατομής και με ποιον τρόπο έγινε ο ψεκασμός του καυσίμου. Ακόμα με ποιο είδος θερμομόνωσης πετύχαμε να έχουμε όσο τον δυνατόν μικρότερες απώλειες. Τελειώνοντας κάνουμε αναφορά σε τυχόν βελτιώσεις και συμπεράσματα που αποκομίσαμε από την διαδικασία κατασκευής.