KROHNE est un leader mondial dans la fabrication et la fourniture de solutions dans le domaine de l'instrumentation des processus industriels. Au Royaume-Uni, KROHNE Ltd est le centre d'excellence mondial du groupe pour la technologie des débitmètres massiques à effet Coriolis. C'est dans son usine de Wellingborough qu'est fabriquée la gamme primée de débitmètres massiques OPTIMASS.
Le processus de fabrication des produits chez Krohne Ltd implique souvent de travailler avec des matériaux spécialisés tels que les aciers inoxydables Duplex 31803 et Super Duplex 32750. En ce qui concerne les matériaux tels que le Super Duplex, il est extrêmement important que le processus de brasage soit effectué correctement.
Cependant, les plus grands produits de Krohne à braser mesurent jusqu'à deux mètres de long et il n'existe pas au Royaume-Uni de four approprié ayant la capacité de zone chaude nécessaire pour traiter un produit aussi grand.
Cela signifie que le brasage de ce produit a été sous-traité à un fournisseur en France, ce qui a posé des problèmes de délais, de transport et de coûts associés.
L'objectif : internaliser le processus de brasage.
L'équipe de direction de Krohne Ltd a pris la décision d'internaliser le processus de brasage de ses plus gros produits, assurant ainsi un contrôle total de la qualité et des délais.
Après un investissement important dans le plus grand four à vide horizontal du Royaume-Uni, la société a eu besoin d'aide pour la conception et la fabrication d'un dispositif de fixation qui posséderait la capacité de zone chaude spécifique, serait de taille appropriée et, en même temps, ferait face aux limitations de poids, de coût et de distorsion tout en traitant les plus gros produits de Krohne Ltd.
Pour cela, l'équipe de Krohne s'est tournée vers Erodex UK.
Évolution de la conception des appareils
Les discussions ont commencé six à neuf mois avant l'arrivée du four. Le concept initial fourni par l'équipe d'Erodex UK était basé sur l'utilisation de plaques de graphite et d'entretoises.
Après une consultation étroite avec leurs homologues de Krohne, ce concept a été revu et il a été déterminé qu'une méthode de grille plate serait plus appropriée, en raison des exigences de résistance de l'appareil et pour permettre la réduction requise du poids de l'appareil.
La conception qui en a résulté est un dispositif de 2,4 m x 1,2 m en composite de fibre de carbone (CFC) composé de deux couches et d'une plaque de couverture pour garantir qu'il n'y a pas de rayonnement thermique direct sur les composants traités sur la couche supérieure et que la chaleur est répartie uniformément dans le four.
Darren Hawes, directeur de l'ingénierie de production, commente : "L'équipe d'Erodex a été très impressionnée par la qualité de son travail et par la qualité de son service : "L'équipe d'Erodex a été en mesure de comprendre nos besoins spécifiques et de concevoir un dispositif basé sur une grille CFC. Lors d'une réunion ultérieure, nous avons ajouté des canaux et une plaque de recouvrement qui s'appuie sur la structure de la grille CFC pour maintenir une planéité de 0,1 mm.
"Des trous perforés ont été ajoutés pour permettre au refroidissement par gaz à 360 degrés de circuler sous le dispositif jusqu'aux pièces, car le refroidissement est l'une des caractéristiques critiques du processus. Des rails latéraux ont été ajoutés au dispositif pour éviter que des pièces ne tombent et nous avons ajouté des points de levage au dispositif, de sorte qu'une fois retiré du four, si le chargeur devait tomber en panne à un moment donné, le dispositif pourrait être retiré du chargeur par des ponts roulants".
Andrew McFarlane, ingénieur technico-commercial chez Erodex UK et chef de projet, ajoute : "Lorsqu'il est apparu qu'un dispositif plus performant était nécessaire, il a été décidé de le remplacer par un dispositif plus efficace : "Lorsqu'il est devenu évident qu'une conception plus complexe et plus technique était nécessaire, nous avons impliqué toute notre équipe High Temp et d'autres réunions ont eu lieu pour trouver la conception optimale afin d'intégrer les changements identifiés par notre client et de fournir les caractéristiques supplémentaires requises pour le projet, telles que les pièces de rechange et les modifications des entretoises.
"Nous avons fait preuve de flexibilité pour fournir ce que le client voulait pour atteindre cet objectif et nous avons modifié les conceptions jusqu'à ce qu'ils soient satisfaits".
Pourquoi le graphite CFC (Carbon Fibre Composite) a-t-il été choisi comme matériau de choix pour la fabrication des fixations ?
Durability properties such as their high strength, stiffness, high thermal shock resistance and high fracture toughness, combined with being lightweight and having low rates of thermal expansion, CFC is the optimum material solution for charging systems in vacuum furnaces
Erodex CFC is available in a range of grades starting with Standard, for heating elements and furnace linings, Premium which is utilised for heating elements and structural components, Performance, for charging frames and systems, Filwound for cylinder components and Mechanical for connection elements.
Krohne Ltd Manufacturing Engineer Tom Harrison explains why, guided by the Erodex UK team, they opted to manufacture the fixture from Carbon Fibre Composite (CFC) graphite: “We had to find the right material for the fixture when considering weight, cost and distortion limitations and we could not find another material that was comparable to CFC for achieving this.
“The CFC fixture is lightweight yet as the temperature increases within the furnace the material gets stronger. Our main requirement of the fixture and the plate itself was to have a 0.1mm flatness tolerance, so when we manufacture and process our parts, any distortion of the fixture does not impact on the assembly that is being processed.
“The straight tube assemblies being processed within the furnace also have a 1/600mm straightness tolerance. Up to two metres we can have 3mm distortion end to end in the bow of the tube. To get that right, we required the fixture base to be as true as possible, so that we are not adding any additional distortion into the processing of the parts. The CFC fixture was therefore designed and manufactured by Erodex to deliver on that 0.1mm flatness constraint.
“In addition, the more mass within the furnace, the greater the effect on heating and cooling rates. A metallic fixture can act as a heat sink, using CFC reduces the mass greatly so our process is optimised and the energy we do use is used efficiently”.
Avantages supplémentaires liés à l'utilisation d'une structure de réseau CFC.
Un avantage supplémentaire d'une structure de grille CFC est que si des parties individuelles de l'appareil se cassent, seules ces parties doivent être remplacées. Contrairement à une grille métallique, l'ensemble de la grille doit être remplacé ou remis à neuf, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de maintenance.
En outre, l'acier inoxydable Duplex et l'acier inoxydable Super Duplex sont principalement utilisés pour leur résistance à la corrosion, ce qui signifie que tout carbone ou autre contamination provenant de la fixation elle-même pourrait affecter la métallurgie du matériau, ce qui à son tour peut ajouter des complications supplémentaires aux produits traités.
Pour éviter cela, la fixation en graphite CFC a été recouverte d'un revêtement en zircone Yttria afin d'empêcher toute pénétration de carbone dans le matériau.
Hawes poursuit : "La connaissance des applications et des propriétés du CFC au sein de l'équipe d'Erodex UK a été essentielle pour nous aider à comprendre ce qui pouvait être réalisé à la fois avec le matériau et avec la conception de la fixation elle-même. Au fur et à mesure que nous avancions dans le processus, la conception devenait plus complexe, et le fait de pouvoir compter sur leur expertise pour nous aider à la développer nous a été très bénéfique.
Ils se sont comportés comme un partenaire sur ce projet, et il était clair dès le départ qu'ils étaient prêts à écouter, à s'adapter aux changements et à fournir de nouvelles idées".
Assemblage et fonctionnement de l'appareil.
Erodex a assemblé le dispositif avant le revêtement et a fourni une vidéo montrant comment répéter l'opération. Après le revêtement de l'appareil, l'équipe était de retour sur le site pour renforcer la démonstration de la facilité d'assemblage à tous les utilisateurs finaux de Krohne Ltd.
L'équipe de Hawes doit s'assurer que l'appareil est précisément placé au centre du four à chaque chargement. Pour ce faire, un chariot élévateur spécialisé est utilisé et Erodex a conçu la fixation pour qu'elle soit maintenue par le chariot élévateur. Le chariot élévateur est centralisé lorsque vous le conduisez dans le four, par deux guides qui se trouvent sous lui.
Harrison ajoute : "Le dispositif lui-même est utilisé depuis octobre, nous avons effectué de nombreux cycles et il répond aux exigences de planéité de la conception, le revêtement fonctionne bien et, en fin de compte, le dispositif remplit sa mission.
"Nous nettoyons le dispositif et le four à l'aide d'un aspirateur après chaque cycle pour éliminer tous les débris provenant du traitement. Le dispositif fait également l'objet d'un contrôle de maintenance et d'un rodage bihebdomadaire afin d'éliminer tout contaminant susceptible d'avoir été déposé sur le dispositif lors du traitement des produits dans le four.
"Nous avons également utilisé le dispositif en graphite CFC pour traiter un produit dans le cadre de la validation de notre four, produit qui avait été traité par un sous-traitant. Nous avons pu constater une distorsion de 7 mm d'un bout à l'autre de la pièce fournie par le sous-traitant. Une fois que nous l'avons traitée sur l'appareil, tous les points de contact ont été remis à niveau. Nous n'aurions pas pu réaliser cela dans un four de sous-traitance.
"En fin de compte, cela nous a donné un contrôle total sur le traitement. Il nous a donné la possibilité de développer nos processus et d'augmenter la productivité, tout en permettant un développement et une amélioration continus du processus.
"Par exemple, nous avions identifié quelques problèmes dans le déroulement d'un cycle, lorsque nous positionnions les thermocouples de contrôle pour nous assurer que les pièces étaient entièrement à température avant de commencer la partie brasage du processus, ce qui nous a permis d'approfondir nos connaissances dans ce domaine, ce qui a profité au produit traité".
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