Een autofabrikant van componenten in het middenwesten van de VS stond onder toenemende druk van OEM-klanten: strakkere hardheidstoleranties, hogere volumes en strengere auditvereisten. Hun oude box-type warmtebehandelingsoven kon het niet meer bijhouden — de batchkwaliteit was inconsistent, de energiekosten waren hoog en de lijn kon de cyclustijd van de geautomatiseerde productiecellen niet evenaren.

Om dit op te lossen, gaf de klant opdracht voor een speciale, op maat gemaakte buisvormige warmtebehandelingsoven (Custom Heat Treatment Furnace, 580kW, 1100°C) ontworpen en gebouwd door ons team, speciaal voor tandwielen, assen en andere kritieke stalen onderdelen.

Achtergrond van de klant & pijnpunten

De fabriek verwerkt voornamelijk autotandwielen, assen en differentiële componenten. Vóór de upgrade vertrouwden ze op een verouderde box-type warmtebehandelingsoven voor carboneren, normaliseren en temperen. Na verloop van tijd werden verschillende pijnpunten kritiek:

• Inconsistente hardheid en microstructuur
  De temperatuuruniformiteit was moeilijk te controleren, wat leidde tot merkbare variatie van batch tot batch. Sommige onderdelen vereisten nabewerking, wat direct van invloed was op de levering en de kosten.

• Hoog energieverbruik per onderdeel
  Inefficiënte isolatie en niet-geoptimaliseerde brander-/verwarmingsindelingen betekenden dat de oven veel stroom verbruikte om de temperatuur te handhaven, waardoor de energiekosten per eenheid stegen.

• Bottleneck in een verder geautomatiseerde lijn
  De rest van de productielijn was grotendeels geautomatiseerd (robotbelading, transportbandoverdracht, automatisch wassen), maar de oude oven vereiste nog steeds handmatig laden/lossen en frequente tussenkomst van de operator.

• Beperkt procesvenster voor toekomstige materialen
  Het bestaande systeem had moeite in de buurt van het boveneinde van zijn temperatuurbereik en bood weinig marge voor nieuwe legeringen of hogere-temperatuurproeven die door R&D werden geëist.

Deze problemen deden het management uitkijken naar een buisvormige warmtebehandelingsoplossing die de kwaliteit kon stabiliseren en tegelijkertijd de operationele kosten op lange termijn kon verlagen.

Belangrijkste vereisten voor de op maat gemaakte warmtebehandelingsoven

Tijdens de gezamenlijke evaluatie en het ontwerp definieerde de Amerikaanse klant verschillende niet-onderhandelbare vereisten:

• Geïnstalleerd vermogen: 580kW om een hoge doorvoer te ondersteunen en tegelijkertijd een stabiele temperatuur te handhaven tijdens continu laden.

• Maximale bedrijfstemperatuur: 1100°C, om de huidige carboniseer-/normaliseercycli en toekomstige proeven met hoge legeringen te dekken.

• Volledige integratie met bestaande automatisering – de oven moet onderdelen van robots en transportbanden accepteren, met herhaalbare positionering en een soepele overdracht.

• Energie-efficiëntie en veiligheidsconformiteit in overeenstemming met de lokale Amerikaanse elektrische en veiligheidscodes, ter ondersteuning van toekomstige certificering door derden.

• Traceerbaarheid – de warmtebehandelingsoven moest communiceren met de MES van de fabriek, waarbij temperatuurcurves, houdertijden en recepten voor elke batch werden geregistreerd.

De 580kW op maat gemaakte buisvormige warmtebehandelingsoplossing

Op basis van deze vereisten leverden we een speciale, op maat gemaakte buisvormige warmtebehandelingsoven, als volgt geconfigureerd:

1. Multi-zone buisontwerp & temperatuurregeling

   • Een meerzone buiskamer met onafhankelijk geregelde verwarmingszones om het temperatuurprofiel over de ovengte af te stellen.

   • Maximale bedrijfstemperatuur van 1100°C, wat procesruimte biedt voor carboneren, normaliseren en temperen op hoge temperatuur.

   • Zeer nauwkeurige thermocouples in combinatie met PID-regeling om een strikte temperatuuruniformiteit te handhaven en de hardheidsspreiding over onderdelen te verminderen.

2. Energie-optimalisatie & veiligheidsvoorzieningen

   • Verbeterde isolatie en geoptimaliseerde indeling van de verwarmingselementen om warmteverlies te minimaliseren, waardoor de effectieve benutting van het geïnstalleerde vermogen van 580kW wordt verbeterd.

   • Gereserveerde interfaces voor beschermende atmosfeer en uitlaatgasbehandeling ter ondersteuning van schonere verwerking en emissiecontrole.

   • Meerdere veiligheidsvergrendelingen op deuren, overtemperatuur- en stroomcircuits om te voldoen aan de Amerikaanse veiligheidsnormen en goedkeuring door lokale inspecteurs te vergemakkelijken.

3. Automatisering en MES-connectiviteit

   • Gestandaardiseerde interfaces voor robots en rollenbanen bij zowel de inlaat als de uitlaat, waardoor volledig automatisch laden en lossen van trays/armaturen mogelijk is.

   • PLC en HMI ontworpen om te communiceren met de MES van de fabriek: de temperatuurcurve, de houdertijd en de receptgegevens van elke batch worden automatisch geregistreerd.

   • Receptbeheer in de Custom Heat Treatment Furnace maakt snel schakelen tussen verschillende componenttypen mogelijk zonder handmatige herprogrammering.

Resultaten: kwaliteit, energie en doorvoer zijn allemaal verbeterd

Na inbedrijfstelling en opstart rapporteerde de Amerikaanse klant meetbare verbeteringen:

• Meer stabiele warmtebehandelde kwaliteit
  Hardheidswaarden en krasdieptes voor tandwielen en assen werden veel consistenter over batches. Nabewerking als gevolg van warmtebehandeling buiten de tolerantie daalde aanzienlijk.

• Lagere eenheidskosten voor energie en arbeid
  Ondanks de geïnstalleerde capaciteit van 580kW, sneden geoptimaliseerde isolatie en regeling het energieverbruik per afgewerkt onderdeel in vergelijking met de oude box-type oven. Tegelijkertijd werd handmatige handling grotendeels verwijderd, waardoor operators konden toezicht houden in plaats van constant te hoeven ingrijpen.

• Betere lijnbalans en kortere doorlooptijd
  De continue stroom door de buisvormige warmtebehandelingsoven komt nu overeen met de cyclustijd van de upstream bewerking en downstream wassen en inspectie, waardoor de WIP wordt verminderd en de algehele leveringssnelheid wordt verbeterd.

De fabriek heeft deze Custom Heat Treatment Furnace sindsdien gepositioneerd als een sjabloon voor toekomstige lijnupgrades en overweegt vergelijkbare configuraties voor nieuwe productiecellen die zijn gewijd aan componenten met een hogere waarde.