Un fabricant de composants automobiles situé dans le centre-ouest des États-Unis faisait face à une pression croissante des clients OEM: tolérances de dureté plus strictes, volumes plus élevés et exigences d'audit plus strictes.Leur ancien four de traitement thermique de type boîte ne pouvait plus tenir le rythme. La qualité du lot était incohérente., les coûts énergétiques étaient élevés et la ligne ne pouvait pas correspondre au temps de chargement des cellules de production automatisées.

Pour résoudre ce problème, le client a commandé un four de traitement thermique de type tube (four à traitement thermique personnalisé, 580 kW, 1100 °C) conçu et construit par notre équipe, dédié aux engrenages,autres pièces d'acier.

Les antécédents des clients et les points faibles

L'usine traite principalement des engrenages automobiles, des arbres et des composants différentiels..Au fil du temps, plusieurs points douloureux sont devenus critiques:

• Dureté et microstructure incohérentes
  L'uniformité de la température était difficile à contrôler, ce qui entraînait des variations notables d'un lot à l'autre.

• Consommation d'énergie élevée par pièce
  L'isolation inefficace et la disposition non optimisée du brûleur / chauffage signifient que le four consomme beaucoup d'énergie pour maintenir la température, ce qui fait grimper le coût unitaire de l'énergie.

• Échec d'une ligne autrement automatisée
  Le reste de la chaîne de production a été largement automatisé (chargement par robot, transfert par convoyeur, lavage automatique),mais l'ancien four nécessitait toujours un chargement/déchargement manuel et une intervention fréquente de l'opérateur.

• Fenêtre de processus limitée pour les matériaux futurs
  Le système existant avait du mal à atteindre la limite supérieure de sa plage de température et offrait peu de marge de manœuvre pour les nouveaux alliages ou les essais à température plus élevée exigés par la R&D.

Ces problèmes ont amené la direction à rechercher une solution de four à traitement thermique de type tube qui pourrait stabiliser la qualité tout en réduisant les coûts d'exploitation à long terme.

Exigences clés pour le four de traitement thermique personnalisé

Au cours de l'évaluation et de la conception conjointes, le client américain a défini plusieurs exigences non négociables:

• Puissance installée: 580 kW pour un débit élevé tout en maintenant une température stable pendant la charge continue.

• Température de fonctionnement maximale: 1100°C, pour couvrir les cycles de carburation/normalisation actuels et les essais futurs avec des alliages de haute teneur.

• L'intégration complète avec l'automatisation existante: le four doit accepter les pièces des robots et des convoyeurs, avec un positionnement répétable et un transfert en douceur.

• La conformité à l'efficacité énergétique et à la sécurité est alignée sur les codes électriques et de sécurité locaux des États-Unis, ce qui soutient la future certification par des tiers.

• La traçabilité du four de traitement thermique doit être en interface avec le MES de l'usine, en enregistrant les courbes de température, les temps de conservation et les recettes pour chaque lot.

La solution de four de traitement thermique de type tube sur mesure de 580 kW

Sur la base de ces exigences, nous avons livré un four de traitement thermique de type tube spécial sur mesure configuré comme suit:

1. Conception de tubes multi-zones et contrôle de la température

   • Une chambre tubulaire à zones multiples avec des zones de chauffage contrôlées indépendamment pour régler le profil de température le long de la longueur du four.

   • Température de fonctionnement maximale de 1100°C, ce qui donne une marge de manœuvre pour le carburage, la normalisation et le trempage à haute température.

   • Des thermocouples de haute précision combinés avec un contrôle PID pour maintenir une stricte uniformité de température et réduire la dispersion de dureté entre les pièces.

2. Caractéristiques d'optimisation de l'énergie et de sécurité

   • L'isolation améliorée et la disposition optimisée des éléments de chauffage pour minimiser les pertes de chaleur, améliorant l'utilisation efficace de la puissance installée de 580 kW.

   • Interfaces réservées pour le traitement de l'atmosphère de protection et des gaz d'échappement afin de soutenir un traitement plus propre et la maîtrise des émissions.

   • Plusieurs verrouillages de sécurité sur les portes, sur-température et les circuits électriques pour répondre aux normes de sécurité américaines et faciliter l'approbation par les inspecteurs locaux.

3. Automatisation et connectivité des SME

   • Interfaces standardisées pour les robots et les convoyeurs à rouleaux à l'entrée et à la sortie, permettant le chargement et le déchargement entièrement automatiques des plateaux/montage.

   • PLC et HMI conçus pour communiquer avec le MES de l'usine: la courbe de température, le temps de rétention et les données de recette de chaque lot sont enregistrés automatiquement.

   • La gestion des recettes à l'intérieur du four de traitement thermique personnalisé permet de basculer rapidement entre différents types de composants sans reprogrammation manuelle.

Résultats: amélioration de la qualité, de l'énergie et du débit

Après la mise en service et la montée en puissance, le client américain a signalé des améliorations mesurables:

• Qualité plus stable après traitement thermique
  Les valeurs de dureté et les profondeurs de boîtier des engrenages et des arbres sont devenues beaucoup plus cohérentes entre les lots.

• Moins de coûts unitaires d'énergie et de main d'œuvre
  Malgré la puissance installée de 580 kW, l'isolation et le contrôle optimisés réduisent la consommation d'énergie par pièce finie par rapport à l'ancien four à boîte.La manipulation manuelle a été en grande partie supprimée, permettant aux opérateurs de superviser plutôt que d'intervenir constamment.

• Un meilleur équilibre des lignes et un délai de livraison plus court
  Le flux continu à travers le four de traitement thermique de type tube correspond maintenant au temps de cycle de l'usinage en amont et du lavage et de l'inspection en aval, réduisant le WIP et améliorant la vitesse de livraison globale.

The plant has since positioned this Custom Heat Treatment Furnace as a template for future line upgrades and is considering similar configurations for new production cells dedicated to higher-value components.