SOLO Swiss, constructeur de fours sous atmosphère depuis 1945 vient de mettre en route une ligne automatique de traitement thermique type Profitherm 1000 pour l’industrie aéronautique et automobile en Asie.
Cette ligne SOLO Swiss, conçue pour traiter des pièces jusqu’à 3 mètres de long telles que des arbres de transmission en 45CrNiMoVA, comprend une cloche de transfert des charges, un four pot vertical d’austénitisation, cémentation et carbonitruration jusqu’à 950°C, un bac de trempe huile 120°C, un four de revenu sous N2, une machine à laver avec déshuileur, un magasin de chargement, déchargement et de stockage des charges et un système de pilotage et de supervision AXRON Swiss Technology (www.axron.com). Le traitement s’effectue en atmosphère afin d’éviter toute altération superficielle sur les pièces de petits diamètres.
Cahier des charges du client :
- Trempe homogène sur toute la longueur de la pièce
- Décarburation inférieure à 0,05 mm
- Pas de carburation et structure homogène selon norme nationale de l’aviation Chinoise HB5354
- Aucune tolérance de dépassement de la consigne de potentiel carbone
- Microstructure après trempe: carbure de classe ≤ image type 3; martensite de classe ≤ image type 3; austénite résiduelle de classe ≤ image type 3
- Potentiel de carbone contrôlé strictement et de manière stable entre 0,4-0,6%
- Contrôle de l’enrichissement en hydrogène
- Chauffage de la charge de 1000 kg en moins de 2h30
- Uniformité de température du four de ± 8°C
- Précision de contrôle de température de ± 1°C
- Précision du contrôle de potentiel carbone de ±0.05%
- Gaz requis : N2, C3H8, CH3OH+N2
- Occupation au sol : Longueur 20m, Largeur 4m, Profondeur 5m, Hauteur 5,10m
- Système de conception simple, facile d’utilisation
- Réparation, entretien et maintenance aisés
Cette installation peut recevoir des charges pouvant aller jusqu’à 850 mm de diamètre et 3000 mm de hauteur pour un poids de 1000 kg pour les industries de l’aéronautique, l’aérospatial, l’armement et l’automobile.
Cheminement des charges sur la ligne selon schéma en figure 1 :
Figure 1
L’opérateur prépare la charge à partir de la station 2.
Dès que la gamme de traitement est lancée, la charge est récupérée à l’aide de la station de transfert n°1 qui la transporte sur la première station programmée dans le cycle, en l’occurrence ici, le four de trempe en station 3.
Une fois la charge placée dans le four, le cycle de traitement peut alors démarrer.
Le transport de la charge du four dans le bac huile (station 4) s’effectue au moyen de la station (cloche) de transfert, la charge peut ainsi voyager sous protection gazeuse. Après positionnement de la cloche sur le bac huile, l’ascenseur de la cloche de transfert prend la charge pour l’immerger dans le bac. La descente du four dans le bac s’effectue en moins de dix secondes.
La trempe achevée, les pièces passent alors dans la machine à laver (station 5) pour ensuite être transférée dans le four de revenu suivant la gamme planifiée.
Les gaz :
Dans le cas présent, les pièces sont traitées avec un potentiel carbone contrôlé par une sonde à oxygène et un analyseur CO/CO2.
L’atmosphère est obtenue dans le four de trempe par craquage direct de méthanol.
Le système de distribution de gaz est composé de :
- deux débits de méthanol pulvérisé par de l’azote, équipés de contrôle de débits : un petit débit pour le traitement et un grand débit pour le transfert des charges,
- un débitmètre massique pour le propane, l’air et l’ammoniac,
- trois débits d’azote ajustables séparément (sécurité, purge, et cycle).
Il est possible ainsi de passer d’une atmosphère de méthanol à une atmosphère de méthanol/azote en quelques instants, ce qui permet de travailler aussi bien avec des CO de 32% pour valoriser des coefficients de transfert élevés qu’avec des %CO inférieurs afin de limiter l’oxydation intergranulaire et de diminuer également le %H2 de l’atmosphère cémentante.
La gamme peut être composée d’autant de blocs que nécessaire. Dans chaque bloc tous les paramètres cités ci-dessous sont saisissables: température, vitesse de montée à température, temps de maintien du bloc, vitesse turbine, choix du gaz porteur, choix du gaz additionnel (NH3), valeur du CO, régulation du potentiel carbone, choix du moyen de mesure du potentiel carbone (sonde ou analyseur) régulation du potentiel carbone sans air ou sans propane, etc. La gamme devient une vraie recette métallurgique dans laquelle chaque paramètre est un ingrédient que l’on peut ajuster à sa guise pour optimiser au mieux le traitement. Chaque bloc est l’équivalent, par exemple, d’une zone d’un four poussant, la différence est qu’ici les blocs sont illimités.
L’atmosphère :
L’introduction de méthanol donne le gaz porteur formé essentiellement de monoxyde de carbone et d’hydrogène, gaz dont le coefficient de transfert de carbone est excellent.
CH3OH
CO + H20
CO + 3H2
2H2O
Pour la régulation du potentiel, il faut un fluide carburant riche en carbone avec une teneur en oxygène nulle, comme par exemple le propane.
C3H8
Le propane en se décomposant produit du carbone qui réagit immédiatement avec le dioxyde suivant la réaction :
C + CO2
Le rôle du fluide carburant est de maintenir le potentiel carbone à une valeur constante.
En carbonitruration, de l’ammoniac est ajouté à l’atmosphère de base. Une partie de l’azote de la dissociation de l’ammoniac pénètre dans le réseau cristallin de l’acier en provocant une augmentation de la trempabilité.
2NH3
Les différents modules :
a. Le Four : (station 2)
Le four est équipé de six zones de chauffe indépendantes avec une régulation en cascade afin de respecter l’homogénéité de ± 8°C demandée par le client sur toute la hauteur du four.
Il est doté de plusieurs injecteurs de gaz, d’une turbine de dernière génération équipée d’un variateur de fréquence.
Un moufle (cloche) en acier réfractaire constitue le noyau du four afin d’obtenir une bonne homogénéisation des gaz et un échange parfait entre les gaz et les pièces.
b. Le bac : (station 4)
D’une capacité de 12000 litres d’huile, le bac est doté de deux brasseurs pouvant être activés séparément afin de limiter au maximum les déformations sur les longues pièces. Un refroidisseur permet de garder une température homogène, et ce, même lors de la trempe. Il est également équipé d’un injecteur d’azote.
c. La cloche de transfert : (station 1)
Elle permet de déplacer les charges à chaud ou à froid. Elle est constituée de plusieurs systèmes d’injection de gaz afin de permettre un transfert four/bac dans une atmosphère protectrice pour éviter toute décarburation ou oxydation. Elle possède également une porte afin de mieux protéger la charge.
Son déplacement d’une station à une autre s’effectue à des vitesses variables.
Le variateur du système de déplacement de la cloche de transfert garantie un positionnement précis.
d. La machine à laver : (station 5)
Elle est composée de deux bacs agencés en cascade, d’un système d’aspersion par rampes de buses orientables et d’un chauffage des bains pouvant aller jusqu’ à 100° C.
Un récupérateur d’huile, raccordé à la machine à laver sépare l’huile de l’eau et recycle l’eau de lavage.
e. Le four de revenu : (station 6)
Le four de revenu, pouvant atteindre des températures de 650°C, est équipé de gaz de protection et d’une turbine à pale orientée afin d’obtenir une meilleure homogénéisation des températures autour de 180°C.
f. La station de préparation : (station 2)
Une fois la charge assemblée par l’opérateur, elle est placée dans cette station de
g.
Avec son interface graphique intuitive, le système AXRON est simple à utiliser : les fonctions claires, avec textes et alarmes dans la langue du client facilitent la prise en main. C’est un système basé sur les derniers standards industriels avec un matériel évolutif 100% Siemens. Le logiciel est extensible et modulaire, précis et sûr: sécurités process en atmosphère conforme à la norme ATEX.
Fonctionnalités :
- Régulation de la température (cascade).
- Régulation du %C (sonde O2 et analyseur CO-CO2).
- Simulation off-line et calcul on-line du profil de diffusion du carbone dans la pièce, profondeur efficace, carbone surface et prise de poids.
- Ecrans de saisie des paramètres de calibration des instruments et capteurs de mesure (SAT) et de l’enceinte chauffante (TUS); traçabilité de toutes les modifications de paramètres (date, heure et nom de l’opérateur).
- Gestion des familles, avec notion de gamme, cycle, subcycle et bloc; structure des traitements et des éléments fonctionnels très granulaire. Marche-arrêt par calendrier hebdomadaire, départ différé des traitements.
- Gestion des pièces: saisie de diverses informations de la pièce (Nom, Opération, Poids, Client, Commentaires et Informations de chargement); lien pièce-famille.
- Gestion des archives orientés charges, avec nombreux critères de recherche (Date, Famille, Pièce, N° de commande, OF, item1, item2) configurables pour le client. Génération de rapports papier.
- Automatisation du chargement, du déchargement et de la séquence de trempe, avec fonctions de pilotage manuel sécurisées; automatisation complète de l’installation.
Exemple de données (trends) dans les archives :
Grâce à ces fondements solides, le client dispose :
· d’une garantie de pérennité de son choix technique, qui lui assure une excellente durée de vie de son système,
· d’un système à l’ergonomie toujours améliorée,
· d’une capacité de réaction aux pannes très flexible,
· d’une intégration simplifiée à sa gestion de production.
La pratique montre qu’avec un tel système, les temps de mise en route sont divisés par deux avec, dès le début, une interface très appréciée par les opérateurs.
Performances de la ligne SOLO Swiss :
- Sécurité : aucun contact avec les parties chaudes.
- Qualité : pas d’oxydation durant le transfert.
- Fiabilité : transfert automatique du four vers le bac.
- Rejet d’effluent minimisé : la trempe se fait en milieu fermé.
- Economique : Grâce à la conception du moufle autour de la charge, la consommation des gaz de traitement est beaucoup moins élevée donc moins coûteuse que celle des autres fours classiques de type batch.
- Homogénéité de trempe : la conception du bac de trempe séparé de la chambre de chauffe garantit une parfaite homogénéité de trempe sur toutes les pièces traitées grâce à la qualité de l'échange thermique au refroidissement jamais égalé dans un four batch.
- Précision : le transfert direct four/bac assure un meilleur contrôle de température pendant la phase de trempe.
- Une maintenance facilitée par l’accessibilité aisée de tous les organes mécaniques.
- Pas de déformation des éléments d'usure : aucun mouvement mécanique n’est soumis à haute température, ce qui permet également d’augmenter leur durée de vie.
- Modules four/bac indépendant : optimisation de leur utilisation au maximum et donc taux d'occupation élevé.
- Moufle de forme cylindrique pour un meilleur rendement : une reproductibilité et une parfaite homogénéité (± 5°C).
- Gaz de traitement uniquement en contact avec éléments en acier réfractaire : temps de changement rapide et parfaite homogénéité thermochimique donc économie d’énergie significative par rapport à un four de type batch.
- Moufle en acier réfractaire permettant le conditionnement rapide des atmosphères des différents traitements souhaités.
Suite aux résultats obtenus, cette ligne de fours à pots munie d’une cellule de transfert sous protection gazeuse offre une solution intéressante aux clients soucieux de traiter de longues pièces tout en garantissant une qualité de traitements similaires aux fours à cloche.
Contact : Ouisa Bousbain
SOLO Swiss Group
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