Một nhà sản xuất linh kiện ô tô ở miền Trung Tây Hoa Kỳ đang phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng từ các khách hàng OEM: dung sai độ cứng chặt chẽ hơn, sản lượng lớn hơn và các yêu cầu kiểm toán nghiêm ngặt hơn. Lò xử lý nhiệt kiểu hộp kiểu cũ của họ không còn đáp ứng được nữa — chất lượng theo lô không nhất quán, chi phí năng lượng cao và dây chuyền không thể khớp với thời gian takt của các ô sản xuất tự động.

Để giải quyết vấn đề này, khách hàng đã ủy quyền một Lò xử lý nhiệt kiểu ống tùy chỉnh đặc biệt (Lò xử lý nhiệt tùy chỉnh, 580kW, 1100°C) được thiết kế và chế tạo bởi nhóm của chúng tôi, dành riêng cho bánh răng, trục và các bộ phận thép quan trọng khác.

Bối cảnh và các vấn đề của khách hàng

Nhà máy chủ yếu xử lý bánh răng, trục và các bộ phận vi sai ô tô. Trước khi nâng cấp, họ dựa vào Lò xử lý nhiệt kiểu hộp đã cũ để thấm cacbon, chuẩn hóa và tôi luyện. Theo thời gian, một số vấn đề trở nên nghiêm trọng:

• Độ cứng và cấu trúc vi mô không nhất quán
  Độ đồng đều về nhiệt độ khó kiểm soát, dẫn đến sự thay đổi đáng chú ý giữa các lô. Một số bộ phận yêu cầu làm lại, ảnh hưởng trực tiếp đến việc giao hàng và chi phí.

• Tiêu thụ năng lượng cao trên mỗi bộ phận
  Cách nhiệt không hiệu quả và bố trí đầu đốt/gia nhiệt không tối ưu có nghĩa là lò tiêu thụ rất nhiều điện để duy trì nhiệt độ, đẩy chi phí năng lượng trên một đơn vị lên cao.

• Điểm nghẽn trong một dây chuyền tự động
  Phần còn lại của dây chuyền sản xuất phần lớn được tự động hóa (tải robot, chuyển băng tải, rửa tự động), nhưng lò cũ vẫn yêu cầu tải/dỡ thủ công và sự can thiệp thường xuyên của người vận hành.

• Cửa sổ quy trình hạn chế cho các vật liệu trong tương lai
  Hệ thống hiện có gặp khó khăn gần giới hạn trên của dải nhiệt độ và ít có biên độ cho các hợp kim mới hoặc các thử nghiệm nhiệt độ cao hơn do R&D yêu cầu.

Những vấn đề này khiến ban quản lý tìm kiếm giải pháp Lò xử lý nhiệt kiểu ống có thể ổn định chất lượng đồng thời giảm chi phí vận hành dài hạn.

Các yêu cầu chính đối với lò xử lý nhiệt tùy chỉnh

Trong quá trình đánh giá và thiết kế chung, khách hàng Hoa Kỳ đã xác định một số yêu cầu không thể thương lượng:

• Công suất lắp đặt: 580kW để hỗ trợ thông lượng cao trong khi vẫn duy trì nhiệt độ ổn định trong quá trình tải liên tục.

• Nhiệt độ hoạt động tối đa: 1100°C, để bao gồm các chu trình thấm cacbon/chuẩn hóa hiện tại và các thử nghiệm hợp kim cao trong tương lai.

• Tích hợp đầy đủ với tự động hóa hiện có – lò phải chấp nhận các bộ phận từ robot và băng tải, với định vị lặp lại và bàn giao trơn tru.

• Hiệu quả năng lượng và tuân thủ an toàn phù hợp với các quy tắc an toàn và điện của Hoa Kỳ tại địa phương, hỗ trợ chứng nhận của bên thứ ba trong tương lai.

• Khả năng truy xuất nguồn gốc – Lò xử lý nhiệt phải giao tiếp với MES của nhà máy, ghi lại các đường cong nhiệt độ, thời gian giữ và công thức cho mọi lô.

Giải pháp lò xử lý nhiệt kiểu ống tùy chỉnh 580kW

Dựa trên các yêu cầu này, chúng tôi đã cung cấp một Lò xử lý nhiệt kiểu ống tùy chỉnh đặc biệt được cấu hình như sau:

1. Thiết kế ống đa vùng & kiểm soát nhiệt độ

   • Một buồng hình ống đa vùng với các vùng gia nhiệt được kiểm soát độc lập để tinh chỉnh hồ sơ nhiệt độ dọc theo chiều dài lò.

   • Nhiệt độ hoạt động tối đa 1100°C, mang lại không gian quy trình để thấm cacbon, chuẩn hóa và tôi luyện nhiệt độ cao.

   • Cặp nhiệt điện có độ chính xác cao kết hợp với điều khiển PID để duy trì độ đồng đều nhiệt độ nghiêm ngặt và giảm độ phân tán độ cứng trên các bộ phận.

2. Tối ưu hóa năng lượng & các tính năng an toàn

   • Cách nhiệt được nâng cấp và bố trí phần tử gia nhiệt được tối ưu hóa để giảm thiểu thất thoát nhiệt, cải thiện việc sử dụng hiệu quả công suất lắp đặt 580kW.

   • Giao diện dự phòng cho môi trường bảo vệ và xử lý khí thải để hỗ trợ xử lý sạch hơn và kiểm soát khí thải.

   • Nhiều khóa liên động an toàn trên cửa, mạch quá nhiệt và mạch điện để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn của Hoa Kỳ và tạo điều kiện thuận lợi cho việc phê duyệt của các thanh tra viên địa phương.

3. Kết nối tự động hóa và MES

   • Giao diện tiêu chuẩn cho robot và băng tải con lăn ở cả đầu vào và đầu ra, cho phép tải và dỡ khay/đồ gá hoàn toàn tự động.

   • PLC và HMI được thiết kế để giao tiếp với MES của nhà máy: đường cong nhiệt độ, thời gian giữ và dữ liệu công thức của mỗi lô được ghi lại tự động.

   • Quản lý công thức bên trong Lò xử lý nhiệt tùy chỉnh cho phép chuyển đổi nhanh chóng giữa các loại linh kiện khác nhau mà không cần lập trình lại thủ công.

Kết quả: chất lượng, năng lượng và thông lượng đều được cải thiện

Sau khi chạy thử và tăng tốc, khách hàng Hoa Kỳ đã báo cáo những cải tiến có thể đo lường được:

• Chất lượng xử lý nhiệt ổn định hơn
  Các giá trị độ cứng và độ sâu lớp vỏ của bánh răng và trục trở nên nhất quán hơn nhiều giữa các lô. Việc làm lại do xử lý nhiệt không đạt yêu cầu đã giảm đáng kể.

• Chi phí năng lượng và nhân công trên một đơn vị thấp hơn
  Mặc dù có công suất lắp đặt 580kW, nhưng việc cách nhiệt và kiểm soát tối ưu đã cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi bộ phận hoàn thiện so với lò kiểu hộp cũ. Đồng thời, việc xử lý thủ công phần lớn đã được loại bỏ, cho phép người vận hành giám sát thay vì liên tục can thiệp.

• Cân bằng dây chuyền tốt hơn và thời gian giao hàng ngắn hơn
  Luồng liên tục thông qua Lò xử lý nhiệt kiểu ống hiện phù hợp với thời gian chu kỳ của quá trình gia công thượng nguồn và quá trình rửa và kiểm tra hạ nguồn, giảm WIP và cải thiện tốc độ giao hàng tổng thể.

Nhà máy kể từ đó đã định vị Lò xử lý nhiệt tùy chỉnh này làm khuôn mẫu cho các nâng cấp dây chuyền trong tương lai và đang xem xét các cấu hình tương tự cho các ô sản xuất mới dành riêng cho các linh kiện có giá trị cao hơn.