Un produttore di componenti automobilistici situato nel centro-ovest degli Stati Uniti stava affrontando una crescente pressione da parte dei clienti OEM: tolleranze di durezza più strette, volumi più elevati e requisiti di audit più rigorosi.Il loro vecchio forno per il trattamento termico a scatola non poteva più tenere il passo con la qualità dei lotti., i costi energetici erano elevati e la linea non poteva corrispondere al tempo di tacco delle celle di produzione automatizzate.

Per risolvere questo problema, il cliente ha commissionato uno speciale forno di trattamento termico a tubo (forno di trattamento termico a misura, 580 kW, 1100 ° C) progettato e costruito dal nostro team, dedicato agli ingranaggi,di ferro o di acciaio.

Sfondo del cliente e punti critici

L'impianto lavora principalmente ingranaggi, alberi e componenti differenziali per l'automobile..Nel tempo, diversi punti dolorosi sono diventati critici:

• Durezza e microstruttura incoerenti
  L'uniformità della temperatura era difficile da controllare, portando a notevoli variazioni da lotto a lotto.

• Consumo energetico elevato per parte
  L'isolamento inefficiente e la disposizione non ottimizzata del bruciatore / riscaldamento significavano che il forno consumava molta energia per mantenere la temperatura, aumentando il costo energetico unitario.

• Collo di bottiglia in una linea altrimenti automatizzata
  Il resto della linea di produzione è stato in gran parte automatizzato (carico a robot, trasferimento su trasportatore, lavaggio automatico),ma il vecchio forno richiedeva ancora carico/scarico manuale e frequente intervento dell'operatore.

• Finestre di processo limitate per materiali futuri
  Il sistema esistente ha avuto difficoltà a raggiungere l'estremità superiore della sua gamma di temperature e ha offerto poco margine per nuove leghe o prove a temperature più elevate richieste dalla R & S.

Questi problemi hanno indotto la direzione a cercare una soluzione per forni di trattamento termico a tubo che potesse stabilizzare la qualità riducendo i costi operativi a lungo termine.

Requisiti fondamentali per il forno di trattamento termico su misura

Durante la valutazione e la progettazione congiunte, il cliente statunitense ha definito diversi requisiti non negoziabili:

• Potenza installata: 580 kW per sostenere un elevato throughput mantenendo una temperatura stabile durante il carico continuo.

• Temperatura massima di funzionamento: 1100°C, per coprire i cicli di carburizzazione/normalizzazione attuali e le future prove con alte leghe.

• Per una piena integrazione con l'automazione esistente, il forno deve accettare parti di robot e trasportatori, con posizionamento ripetibile e consegna agevole.

• L'efficienza energetica e la conformità alla sicurezza in linea con i codici elettrici e di sicurezza locali degli Stati Uniti, a sostegno della futura certificazione da parte di terzi.

• Tracciabilità  il forno di trattamento termico doveva interfacciarsi con il MES dell'impianto, registrando le curve di temperatura, i tempi di conservazione e le ricette per ogni lotto.

La soluzione del forno per il trattamento termico a tubo su misura da 580kW

Sulla base di questi requisiti, abbiamo consegnato uno speciale forno di trattamento termico a tubo personalizzato configurato come segue:

1. Progettazione di tubi multizona e controllo della temperatura

   • Una camera tubolare a più zone con zone di riscaldamento controllate in modo indipendente per regolare il profilo di temperatura lungo la lunghezza del forno.

   • Temperatura massima di funzionamento di 1100°C, che consente al processo di carburare, normalizzare e temperare ad alta temperatura.

   • Termocoppie ad alta precisione combinate con il controllo PID per mantenere una rigorosa uniformità di temperatura e ridurre la dispersione della durezza tra le parti.

2. Funzioni di ottimizzazione energetica e sicurezza

   • Isolamento aggiornato e sistemazione ottimizzata degli elementi di riscaldamento per ridurre al minimo le perdite di calore, migliorando l'utilizzo efficace della potenza installata di 580 kW.

   • Interfacce riservate per l'atmosfera protettiva e il trattamento dei gas di scarico per supportare un trattamento più pulito e il controllo delle emissioni.

   • Multipli blocchi di sicurezza sulle porte, sui circuiti di sovra-temperatura e di alimentazione per soddisfare le norme di sicurezza statunitensi e facilitare l'approvazione da parte degli ispettori locali.

3. Automazione e connettività MES

   • Interfacce standardizzate per robot e trasportatori a rulli sia all'ingresso che all'uscita, che consentono il carico e lo scarico completamente automatici dei vassoi/apparecchi.

   • PLC e HMI progettati per comunicare con il MES dell'impianto: la curva di temperatura, il tempo di attesa e i dati della ricetta di ogni lotto vengono registrati automaticamente.

   • La gestione delle ricette all'interno del forno di trattamento termico personalizzato consente di passare rapidamente tra diversi tipi di componenti senza riprogrammazione manuale.

Risultati: miglioramento della qualità, dell'energia e del rendimento

Dopo la messa in servizio e il ramp-up, il cliente statunitense ha riportato miglioramenti misurabili:

• Qualità termicamente trattata più stabile
  I valori di durezza e le profondità di cassa per ingranaggi e alberi sono diventati molto più coerenti tra i lotti.

• Bassi costi unitari di energia e manodopera
  Nonostante la capacità installata di 580 kW, l'isolamento e il controllo ottimizzati hanno ridotto il consumo energetico per pezzo finito rispetto al vecchio forno a scatola.La manipolazione manuale è stata in gran parte rimossa, consentendo agli operatori di vigilare piuttosto che di intervenire costantemente.

• Migliore equilibrio delle linee e tempi di consegna più brevi
  Il flusso continuo attraverso il forno di trattamento termico di tipo tubo corrisponde ora al tempo di ciclo di lavorazione a monte e di lavaggio e ispezione a valle, riducendo il WIP e migliorando la velocità di consegna complessiva.

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.