Publié le 2 novembre 2022 par Carrier Vibrating
GESTION ET TECHNOLOGIE DE LA FONDERIE
McConway & Torley L.L.C., à Kutztown, en Pennsylvanie, est une fonderie d'acier spécialisée dans les attelages, les jougs, les gâches, les barres d'attelage et d'autres composants de wagons, qu'elle fournit à l'industrie ferroviaire. McConway utilise une machine à mouler Brunswick pour produire des moules de 40x84x18/18 pouces, à raison de 25 par heure en moyenne, avec un poids de coulée estimé à 2 100 livres pour une pièce finie de 1 600 livres.
Après chaque coulée, les pièces moulées sont refroidies dans le moule sur la ligne de palettes, puis transportées vers le système d'ébranchage. Les flacons sont retirés manuellement de la ligne de palettes à l'aide d'une grue et retournés pour reposer sur le cadre d'ébranlement. Les moules sont ensuite retirés des flacons. Le système de décochage sépare le sable et les pièces coulées, qui sont ensuite acheminées vers la salle de nettoyage.
Deux secousses, des problèmes divers
McConway a connu une série de problèmes avec son opération de secouage, qui était centrée sur deux anciens secouages à fréquence naturelle de deux masses.
La première machine a été installée pour faire sortir les moules des flacons. La machine à secouer était équipée de rails en bois pour minimiser les dommages causés aux flacons. McConway a investi beaucoup d'argent et de temps de maintenance pour remplacer ses ressorts coûteux, souder les défaillances structurelles et remplacer les moteurs vibrants coûteux. De plus, en raison de la chaleur du produit, les rails en bois devaient être remplacés tous les jours. La machine était usée et son fonctionnement coûtait trop cher à McConway.
La deuxième machine était conçue pour l'enlèvement de sable en vrac. Comme pour la première unité, il s'agissait d'une machine à secouer à fréquence naturelle à deux masses, âgée de quatre ans seulement, qui avait été remplacée en nature par la machine d'origine. Elle était équipée de coussins d'air pneumatiques à l'extrémité de la décharge pour surélever le secoueur et arrêter l'écoulement des pièces de fonte. L'arrêt du flux permet d'augmenter le temps de rétention du produit, ce qui favorise l'élimination du sable.
McConway a rencontré plusieurs autres problèmes avec ce système. Tout d'abord, les coussins d'air pneumatiques créaient un temps de rétention supplémentaire lorsque cela était nécessaire, mais ils étaient unidimensionnels : une fois le sable retiré, les pièces coulées restaient sur le pont pendant une période plus longue. Les opérateurs n'avaient aucun moyen d'"éjecter" rapidement les pièces de fonte, et comme les pièces restaient sur place, les risques d'endommagement des pièces de fonte et d'usure du pont augmentaient.
Le second problème est davantage lié à la sécurité. L'entraînement de l'ébrancheuse était situé au-dessus de la tête et, comme il n'y avait aucun moyen d'éjecter rapidement les pièces de fonte, celles-ci avaient tendance à rester coincées dans le tablier. Cela créait des embouteillages de pièces de fonte et conduisait les opérateurs à interrompre l'opération. L'entraînement étant situé au-dessus de la tête, les ouvriers devaient utiliser des treuils pour extraire les pièces de fonte, ce qui prenait beaucoup de temps et constituait une tâche dangereuse.
Les responsables de McConway & Torley ont réalisé qu'ils devaient remplacer les machines à secouer obsolètes par un système de secouage plus moderne et plus efficace. Randy Schudalla, directeur de l'usine, a demandé un devis à Carrier Vibrating Equipment pour un nouveau système de secouage. En mars 2006, Chuck Mitchell, directeur des ventes de Carrier pour les fonderies, a proposé une solution qui offrait des avantages mécaniques et de processus : le système de secouage breveté Delta-Phase®.
Avantages mécaniques
Le système de secouage Delta-Phase® utilise la technologie de l'entraînement direct, une conception simple et robuste avec des roulements à rouleaux sphériques à longue durée de vie et des poids excentriques pour entraîner le système. Les poids sont reliés à des moteurs à pied standard et à des joints universels standard et sont synchronisés de manière inerte, ce qui élimine le besoin de courroies ou de boîtes de vitesses spéciales.
Les opérateurs de McConway & Torley connaissaient bien les secoueurs à fréquence naturelle à deux masses, qui comportent plusieurs masses vibrantes, des forêts de ressorts hélicoïdaux et des moteurs vibrants coûteux. Le seul véritable avantage de cette conception est sa faible puissance, mais il s'agit d'un système étroitement réglé qui est très sensible à toute perturbation ou interruption d'un programme d'entretien préventif. Toute perturbation, y compris le grippage, les pièces moulées bloquées, la surcharge et les ressorts desserrés, peut causer des problèmes. Ces problèmes se traduisent souvent par un surpilotage, entraînant des fissures structurelles et des ruptures de ressorts.
Le système d'entraînement direct n'est pas réglé, il n'est donc pas sensible aux variations de masse et de vitesse, ni aux ressorts desserrés, qui peuvent tous provoquer une "surcourse". La surcourse est la principale cause de dommages structurels dans les équipements vibrants, et le fait que le secoueur Delta-Phase® ne soit pas en surcourse en raison de sa conception à entraînement direct était un grand avantage pour McConway & Torley.
Avantages du processus
Le véritable avantage du Delta-Phase® est son système électronique simple et fiable qui permet de modifier l'angle de vibration. Le changement variable de l'angle de vibration contrôle la vitesse de transport et le temps de rétention des pièces de fonte sur la table de décochage. Cela permet d'optimiser l'élimination du sable et de minimiser les dommages causés aux pièces de fonderie et l'usure de la table de décochage. L'angle peut être modifié à la volée et couplé au centre de contrôle de la fonderie, si nécessaire. L'utilisation de réglages préprogrammés permet de s'adapter à une large gamme de types et de tailles de pièces coulées. Diverses pièces coulées peuvent être préprogrammées selon une multitude de recettes.
Le panneau préprogrammé a la polyvalence d'utiliser une technologie VFD et PLC simple pour répondre aux exigences spécifiques du secouage. Les deux programmes les plus populaires sont le mode "stop-and-go" et le mode continu.
En mode stop-and-go, l'angle de vibration est réglé à la verticale une fois que le moule a atteint l'emplacement souhaité pour le secouage. La séparation du sable de la pièce moulée et la décomposition des grumeaux se poursuivent jusqu'à ce que le moule suivant s'approche de l'unité de décochage. L'angle de vibration passe alors à l'avance rapide et le moule propre est déchargé à l'arrivée du moule suivant. Dans ce mode, plusieurs moules peuvent être conservés sur l'appareil pour une durée de conservation maximale.
En mode continu, l'angle de vibration est réglé et maintenu pour fournir le temps de rétention optimal pour les pièces coulées produites. Lorsqu'une nouvelle pièce est produite, l'angle de vibration est modifié pour atteindre son angle optimal.
Nouveau système d'alerte
Une fois que McConway & Torley a choisi le système Delta-Phase® de Carrier Vibrating, l'installation a été programmée pour août 2006. Les ingénieurs de Carrier ont travaillé en étroite collaboration avec la direction et les opérateurs de la fonderie pour traiter tous les aspects des deux secousses et concevoir correctement la nouvelle installation.
Le shake-out punch-out a été conçu pour mesurer 5 pieds de large sur 16 pieds de long. L'installation d'origine était équipée de rails en bois qui étaient remplacés tous les jours. Carrier avait l'expérience d'une application similaire utilisant des barres d'impact en aluminium, qui sont suffisamment souples pour ne pas endommager les flacons, mais suffisamment robustes pour durer beaucoup plus longtemps qu'une journée, généralement de 6 à 12 mois. Ces barres ont été installées sur la nouvelle installation.
Le deuxième système de décochage mesure 5 pieds de large sur 25 pieds de long, et c'est le véritable cheval de bataille du système. Elle reçoit les moules provenant du premier système de décochage et doit nettoyer une grande partie du sable des pièces coulées.
Les deux machines sont équipées de ponts robustes de 1,5 pouce d'épaisseur fabriqués en acier AR 400. En outre, les ponts ont été fortement renforcés pour résister aux impacts des pièces moulées en acier de 1 600 livres.
Chaque plateau est découpé avec des fentes en retrait pour maximiser l'enlèvement du sable et minimiser le bourrage du produit. Les entraînements directs sont situés sous le tablier, de manière à ne pas interférer avec le flux du processus. Le sable est déchargé directement dans une trémie située en dessous.
Les deux unités sont entraînées par deux moteurs à pied de 25 HP. Chacune a été équipée de commandes Delta-Phase®, ainsi que d'un contrôleur de recettes local. Ces panneaux sont situés près de la station de poinçonnage et proposent cinq recettes préprogrammées pour différents types de pièces moulées : le programme 1 est utilisé pour les pièces moulées nécessitant un temps de rétention minimal ; le programme 5 est programmé pour un temps de rétention maximal, ce qui constitue un avantage notable pour les moules non coulés (trois autres programmes sont échelonnés entre ces deux programmes). (Trois autres programmes sont échelonnés entre ces deux programmes.) Le panneau de recettes contrôle les deux secoueurs.
Pendant l'installation, Carrier a fourni à McConway & Torley un technicien de service qui a supervisé l'installation mécanique et formé les opérateurs de la fonderie pour qu'ils fassent fonctionner la machinerie correctement. Le technicien est resté sur place pendant le démarrage pour mettre au point les recettes.
L'installation du nouveau système de secouage Delta-Phase® de Carrier a permis à McConway & Torley d'éliminer l'équipement exigeant de l'entretien et d'améliorer le processus d'élimination du sable. Peu après l'installation, le directeur de la fonderie, Jody Rahn, a confirmé qu'il s'agissait de l'une des meilleures décisions prises par l'entreprise au cours des vingt dernières années. Après plus d'un an de fonctionnement, les machines n'ont fait l'objet d'aucune maintenance importante, ce qui semble difficilement contestable.
Télécharger l'article "Une secousse plus sûre résout les problèmes de production" (en anglais)
