Kwaliteitscontrole bij de werking van gaasbandovens: hardheid, structuur en ontkoling.
Kwaliteitscontrole bij een continu werkende bandoven verschilt van kwaliteitscontrole bij een batchoven. In een batchoven ondergaat elk onderdeel hetzelfde tijd-temperatuurprofiel (binnen de uniformiteitsspecificatie) en wordt de kwaliteit steekproefsgewijs gecontroleerd. In een bandoven komen onderdelen continu de oven in en verlaten deze ook continu. Het proces moet zodanig worden gecontroleerd dat elk onderdeel een consistente kwaliteit heeft, niet alleen de kwaliteit van de steekproeven. Dit is een echte technische uitdaging en het kwaliteitssysteem van een bandovenlijn is bepalend voor het verschil tussen een goed en een matig functionerend bedrijf.
Wat te testen en wanneer
De standaardkwaliteitstests op een bandovenlijn zijn: hardheid, microstructuur, ontkoling en hardingsdiepte (voor gecarburiseerde onderdelen). Elke test wordt met een andere frequentie uitgevoerd en het testprogramma is zo ingesteld dat procesafwijkingen worden opgemerkt voordat er onderdelen buiten de specificaties worden geproduceerd.
Hardheid is de meest voorkomende test en wordt uitgevoerd op elke batch (doorgaans 30 minuten tot 1 uur productietijd). De test is snel (30 seconden per onderdeel op een moderne Rockwell-tester) en geeft een directe indicatie van het resultaat van de warmtebehandeling. De streefhardheid voor geharde en getemperde bevestigingsmiddelen ligt doorgaans tussen HRC 38 en 44, en de test wordt uitgevoerd op 5 tot 10 onderdelen per batch.
De microstructuur wordt minder vaak gecontroleerd, meestal één keer per dienst of één keer per dag. De test is trager (5 tot 10 minuten per monster voor de monstervoorbereiding, daarna 2 tot 3 minuten voor het eigenlijke onderzoek) en vereist een metallurgisch technicus. De test controleert de juiste fase (martensiet voor geharde onderdelen, fijn perliet voor gegloeide onderdelen) en signaleert eventuele afwijkende structuren (overmatig achtergebleven austeniet, ongetemperd martensiet of korrelgrenscarbiden).
De ontkoling wordt dagelijks gecontroleerd tijdens het hardingsproces. De test meet de diepte van de ontkolingslaag, de zachte oppervlaktezone die ontstaat wanneer koolstof uit het staal diffundeert. De standaardtest is een microhardheidsmeting van het oppervlak naar de kern, waarbij de ontkolingsdiepte wordt gedefinieerd als de diepte waarop de hardheid onder een drempelwaarde daalt (doorgaans 90 procent van de hardheid van de kern).
De hardingsdiepte van gecarburiseerde onderdelen wordt doorgaans dagelijks gecontroleerd. De test bestaat uit een microhardheidsmeting, waarbij de hardingsdiepte wordt gedefinieerd als de diepte waarop de hardheid onder een drempelwaarde daalt (doorgaans 50 HRC voor gecarburiseerde onderdelen). De hardingsdiepte wordt afgestemd op het procesrecept en de specificaties van het onderdeel.
Procesbesturingsparameters
De kwaliteit van een gaasbandoven hangt af van de beheersing van de volgende procesparameters: bandsnelheid, zonetemperaturen, atmosfeersamenstelling en blusmiddelcondities. Elke parameter heeft een streefwaarde en een tolerantie, en het besturingssysteem zorgt ervoor dat de parameter binnen de tolerantie blijft.
De bandsnelheid is de belangrijkste variabele die de verblijftijd in elke zone bepaalt. De snelheid wordt ingesteld op basis van het procesrecept en de werkelijke snelheid wordt continu gemonitord. Een afwijking van de bandsnelheid van meer dan 5 procent ten opzichte van de ingestelde waarde wordt als kwaliteitswaarschuwing aangemerkt en de tijdens de afwijking geproduceerde onderdelen worden vastgehouden voor kwaliteitscontrole.
De temperatuur in elke zone wordt geregeld door onafhankelijke PID-regelaars. De ingestelde waarden zijn afgestemd op het procesrecept en de werkelijke temperaturen worden continu geregistreerd. Een temperatuurafwijking van meer dan plus of minus 10 graden Celsius ten opzichte van de ingestelde waarde activeert een alarm en de onderdelen die tijdens de afwijking zijn geproduceerd, worden vastgehouden.
De chemische samenstelling van de atmosfeer wordt geregeld door de gasstroom, de koolstofpotentiaalregelaar en de ovendruk. De belangrijkste parameters zijn: zuurstofgehalte (minder dan 10 ppm voor heldere processen), dauwpunt (minder dan -40 graden Celsius voor waterstofhoudende atmosferen) en koolstofpotentiaal (binnen 0,05 procent C van de ingestelde waarde voor endogasatmosferen).
De omstandigheden van het afschrikmiddel zijn cruciaal voor geharde onderdelen. De temperatuur, concentratie en roersnelheid van het afschrikmiddel moeten binnen de processpecificaties blijven. Typische temperaturen voor olieafschrikmiddelen liggen tussen de 60 en 80 graden Celsius, met een roersnelheid van 0,5 tot 1,0 meter per seconde. Polymere afschrikmiddelen worden gebruikt voor staalsoorten met een lage hardbaarheid, met concentraties van 5 tot 15 procent en temperaturen van 30 tot 50 graden Celsius.
Veelvoorkomende kwaliteitsproblemen
Het meest voorkomende kwaliteitsprobleem bij gaasbandovens is een te lage hardheid. De oorzaak hiervan is meestal een onvoldoende austenitiseringstijd, een te lage austenitiseringstemperatuur of overmatige ontkoling. De oplossing is om de procesparameters te controleren en de bandsnelheid, de zonetemperaturen of de atmosfeersamenstelling aan te passen.
Het op één na meest voorkomende probleem is overmatige ontkoling. De oorzaak hiervan is meestal een te lage koolstofpotentiaalinstelling, een ovenatmosfeer met zuurstof- of waterdampverontreiniging, of een te hoge oventemperatuur. De oplossing is om de endogenerator, de gastoevoer en de ovenafdichtingen te controleren.
Het derde probleem is afschrikbarsten. De oorzaak hiervan is meestal een te hoge austenitiseringstemperatuur, onvoldoende koeling tijdens het afschrikproces of een te agressief afschrikmiddel. De oplossing is om de austenitiseringstemperatuur te verlagen, de roering te verhogen of een minder agressief afschrikmiddel te gebruiken.
Procescapaciteit en SPC
Moderne bandovens maken gebruik van statistische procescontrole (SPC) om het proces te bewaken en afwijkingen te detecteren voordat er onderdelen buiten de specificaties worden geproduceerd. De hardheidsgegevens worden uitgezet in X-bar- en R-grafieken, met controlelimieten ingesteld op plus of minus 3 sigma. Een trend van 7 of meer opeenvolgende punten aan één kant van de middenlijn wordt gemarkeerd als een proceswaarschuwing, en van de operator wordt verwacht dat hij/zij dit onderzoekt.
De procesgeschiktheidsindex (Cpk) voor een goed gecontroleerde werking van een gaasbandoven ligt doorgaans tussen 1,33 en 1,67 voor hardheid. Een Cpk lager dan 1,0 geeft aan dat het proces niet geschikt is en verbeterd moet worden voordat de oven onderdelen van hoge kwaliteit kan produceren.
De MONTE INTELLIGENCE-besturingssystemen voor bandovens bevatten ingebouwde SPC-tools die automatisch de Cpk-waarde berekenen en de controlegrafieken op de HMI van de operator weergeven. Het systeem genereert ook een dagelijks kwaliteitsrapport met de testresultaten, de Cpk-waarden en eventuele proceswaarschuwingen.
Kwaliteitsdocumentatie en traceerbaarheid
De meeste gaasbandovens leveren onderdelen aan klanten in de automobiel-, ruimtevaart- of industriële sector die volledige traceerbaarheid vereisen. Het traceerbaarheidsrecord bevat: de tijd en datum van productie, de ovenparameters, de chemische samenstelling van de atmosfeer, de resultaten van de hardheidstest en de naam van de operator. Het record wordt 5 tot 10 jaar bewaard en is op verzoek van de klant in te zien.
De besturingssystemen van MONTE INTELLIGENCE archiveren alle procesgegevens op een lokale server met een instelbare bewaartermijn. Het systeem kan voor elke productiebatch een certificaat van warmtebehandeling genereren, inclusief de procesparameters en de testresultaten. Het certificaat is zo opgemaakt dat het voldoet aan de meeste specificaties van de klant.
Neem contact op met MONTE INTELLIGENCE voor meer informatie over kwaliteitssystemen.
Voor kopers die een bandoven met strenge kwaliteitseisen overwegen, kan MONTE INTELLIGENCE engineering een kwaliteitssysteem ontwerpen dat aan de specificaties voldoet. Bezoek de website.www.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Voor casestudies over kwaliteitscontrole. Voor een projectbespreking kunt u een e-mail sturen naar helenxu@cnlymonte.com met als onderwerp 'kwaliteit gaasband' en details over uw kwaliteitsspecificaties en klantvereisten.
