Modernisation des équipements d’imprégnation sous vide

Image 1 : Jusqu'au milieu des années 80, la plupart des entreprises géraient l'imprégnation sous vide en interne avec des systèmes d'imprégnation sous vide par lots.

Imprégnation sous vide Modernisation des équipements d’imprégnation sous vide

Rédactrice : Nicole Kareta

L’imprégnation sous vide a été développée il y a plus de 70 ans pour sceller la porosité des pièces en métal coulé. Alors que la demande pour la technologie a augmenté au cours de cette période, le processus est resté essentiellement inchangé des années 1950 au début du 21st siècle. Puis vint un tournant : en moins de deux décennies, des améliorations significatives ont été apportées en matière de sécurité et de qualité de production.

Sociétés liées

Image 1 : Jusqu'au milieu des années 80, la plupart des entreprises géraient l'imprégnation sous vide en interne avec des systèmes d'imprégnation sous vide par lots.
Image 1 : Jusqu’au milieu des années 80, la plupart des entreprises géraient l’imprégnation sous vide en interne avec des systèmes d’imprégnation sous vide par lots.

(Source : Godfrey & Wing)

Imprégnation sous vide : une brève histoire

L’imprégnation sous vide a été développée dans les années 1950 pour sceller la porosité interne et connectée qui se forme lors de la coulée ou du moulage de pièces métalliques. La technique scelle la porosité sans modifier les caractéristiques dimensionnelles ou fonctionnelles de la pièce moulée. Le procédé permet l’utilisation de pièces qui seraient autrement mises au rebut. Le procédé a été adopté rapidement dans diverses industries, notamment dans les secteurs de l’automobile et de l’aérospatiale. C’est devenu la méthode préférée pour empêcher les fuites de liquides ou de gaz sous pression.

La méthode traditionnelle d’imprégnation sous vide implique l’utilisation d’un système par lots, dans lequel les travailleurs chargent plusieurs pièces dans de grands paniers pour le traitement (Image 1). Cette approche a généralement un temps de cycle de 30 à 40 minutes. Pour augmenter la productivité, les opérateurs peuvent augmenter la taille de l’équipement de traitement, mais cela s’accompagne souvent d’une réduction de la qualité du produit fini et de la sécurité du processus.

Image 1 : Jusqu'au milieu des années 80, la plupart des entreprises géraient l'imprégnation sous vide en interne avec des systèmes d'imprégnation sous vide par lots.
Image 1 : Jusqu’au milieu des années 80, la plupart des entreprises géraient l’imprégnation sous vide en interne avec des systèmes d’imprégnation sous vide par lots.

(Source : Godfrey & Wing)

Comment fonctionne l’imprégnation sous vide

Pour sceller la porosité de la coulée, l’imprégnation sous vide traite les pièces à travers quatre stations :

  • 1. Chambre d’imprégnation. L’opérateur scelle la chambre et fait le vide. Cela élimine l’air dans la porosité et le chemin de fuite dans la paroi de coulée. Ensuite, les pièces sont recouvertes de mastic et une pression positive est appliquée. Il faut plus d’énergie pour pénétrer la porosité avec le mastic que pour évacuer l’air. L’opérateur relâche alors la pression et vidange la chambre.
  • 2. Récupération de l’excès de mastic. L’opérateur enlève l’excès de mastic par gravité, rotation ou force centrifuge.
  • 3. Station de lavage/rinçage. Ensuite, l’opérateur lave le mastic résiduel des passages internes, des robinets, des poches et des caractéristiques de la pièce.
  • 4. Station de cure. Enfin, l’opérateur polymérise le mastic imprégné dans le trajet de fuite.

Livre blanc_Étude ACV IMA_Coverbild

Préoccupations en matière de sécurité et de qualité

Au fil des ans, l’imprégnation sous vide s’est normalisée, tandis que d’autres opérations de fabrication (par exemple, l’usinage, les tests de pression et l’assemblage) ont été modernisées. Ces autres opérations sont devenues plus cellulaires, plus automatisées, plus ergonomiques, plus sûres pour les opérateurs et plus efficaces. L’imprégnation sous vide, cependant, est restée un processus manuel avec des problèmes de sécurité importants (Image 2).

Parmi les problèmes de sécurité :

  • Les réservoirs ouverts émettent de la vapeur chaude avec des niveaux élevés de COV, ce qui peut causer des problèmes de santé.
  • Les composants du système tels que les chaînes de levage aérien, les couvercles de réservoir d’actionnement, les bagues de verrouillage et les entraînements par chaîne peuvent provoquer des blessures.
  • Les paniers de pièces sont volumineux et lourds, et leur déplacement peut créer une tension sur le corps de l’opérateur ou provoquer des blessures en cas de mauvaise manipulation.
  • Les modules ouverts peuvent compromettre la sécurité de l’opérateur. Par exemple, un opérateur pourrait être éclaboussé de mastic ou tomber dans un récipient ouvert de 800 gallons d’eau à 195 °F.

Image 2 : Les problèmes de sécurité, comme les réservoirs ouverts émettant des vapeurs chaudes, pourraient causer des problèmes de santé.
Image 2 : Les problèmes de sécurité, comme les réservoirs ouverts émettant des vapeurs chaudes, pourraient causer des problèmes de santé.

(Source : Godfrey & Wing)

Problèmes de qualité

Les systèmes d’imprégnation par lots sont également sujets à des problèmes de qualité. Ceux-ci inclus:

  • Les moulages complexes sont difficiles à imprégner. Les gros lots ne peuvent pas être lavés et rincés de manière adéquate, ce qui augmente la contamination du mastic, ce qui rend de nombreuses pièces inutilisables ou compromet leur utilisation dans l’assemblage.
  • Il y a une forte probabilité d’erreur humaine. L’opérateur peut mal emballer le panier ou sauter des étapes de traitement, endommageant potentiellement des pièces.

Jusqu’au milieu des années 1980, la plupart des équipementiers automobiles géraient le processus d’imprégnation sous vide en interne, en utilisant cette méthode. Cependant, en raison du faible niveau de sécurité et de qualité des systèmes par lots, de nombreux OEM ont externalisé le processus à des fournisseurs tiers. Cela a permis aux équipementiers de réduire les risques et de se concentrer sur leurs compétences de base.

Le contrôle qualité identifie les défauts et aide à optimiser le processus de fabrication.

Imprégnation sous vide de réimagerie

Au début des années 2000, de nombreux équipementiers ont cherché à introduire l’imprégnation sous vide en interne, dans l’intention de répondre à la demande en volume de pièces en aluminium plus légères qui a augmenté en volume suite à l’augmentation des réglementations en matière d’efficacité énergétique et à la pression ultérieure pour produire des véhicules plus économes en carburant.

Les systèmes d’imprégnation sous vide ont ainsi été modernisés pour répondre aux exigences du nouvel environnement de fabrication. Plutôt que de grands systèmes par lots à chargement par le haut, les nouveaux équipements sont conçus pour être à chargement frontal. Il peut également traiter des pièces uniques ou un petit nombre de pièces moulées.

La manipulation robotisée permet aux pièces de se déplacer en continu entre chaque station. La robotique réduit les temps de cycle et améliore le temps de cycle global et les volumes de production (Image 3).

Image 3 : L'intégration de la robotique a réduit les temps de cycle et amélioré le temps de cycle global et les volumes de production.
Image 3 : L’intégration de la robotique a réduit les temps de cycle et amélioré le temps de cycle global et les volumes de production.

(Source : Godfrey & Wing)

La technologie d’imprégnation automatisée a en outre conduit au développement de systèmes compacts à commande manuelle. Cela permet aux équipementiers d’apporter l’imprégnation sous vide en interne à une fraction du coût. Ces nouveaux systèmes sont plus petits que les systèmes par lots et leur conception modulaire leur permet de s’intégrer à d’autres opérations de production.

L’opérateur d’un système d’imprégnation sous vide moderne est plus sûr que jamais, car des modules autonomes les protègent du contact avec le mastic et les fluides chauds (Image 4). Les éliminateurs de brouillard collectent la vapeur d’eau dans les gaz d’échappement et la renvoient par une conduite de vidange pour être réutilisée. Une meilleure ergonomie permet à l’opérateur de glisser facilement un accessoire léger sur la plate-forme pour chaque module, éliminant ainsi le risque de blessure.

Image 4 : L'opérateur est désormais plus en sécurité que jamais grâce à un équipement d'imprégnation sous vide repensé.
Image 4 : L’opérateur est désormais plus en sécurité que jamais grâce à un équipement d’imprégnation sous vide repensé.

(Source : Godfrey & Wing)

Production et qualité améliorées

La refonte des systèmes d’imprégnation sous vide a également amélioré les taux de récupération et les temps de cycle. Les anciennes économies d’échelle ont cédé la place à des systèmes plus petits et plus efficaces, ce qui a permis d’améliorer la productivité et la qualité.

Le nouvel équipement a été conçu pour fonctionner avec un processus automatisé et reproductible. Avec la robotique, les pièces peuvent être imprégnées automatiquement, ce qui réduit les risques d’erreur humaine. Les stations peuvent contenir les demandes des opérateurs du nouvel environnement de fabrication. Plutôt que de grands systèmes par lots à chargement par le haut, les nouveaux équipements sont conçus pour être à chargement frontal et ne traiter que des pièces uniques ou un petit nombre de pièces moulées (Image 5).

Image 5 : La refonte des systèmes d'imprégnation sous vide modernes a amélioré les taux de récupération et les temps de cycle.
Image 5 : La refonte des systèmes d’imprégnation sous vide modernes a amélioré les taux de récupération et les temps de cycle.

(Source : Godfrey & Wing)

La manipulation robotique est intégrée et les bras robotiques permettent aux pièces de se déplacer en continu entre chaque station. La robotique réduit les temps de cycle et améliore le temps de cycle global et les volumes de production (Image 6).

L’évolution de la technologie d’imprégnation automatisée comprend le développement d’IHM compactes à commande manuelle et de voyants d’état de cycle présentant des données de processus en temps réel et des diagnostics de défaut.

Image 6 : La robotique réduit les temps de cycle et améliore le temps de cycle global et les volumes de production.
Image 6 : La robotique réduit les temps de cycle et améliore le temps de cycle global et les volumes de production.

(Source : Godfrey & Wing)

En résumé

Comme le 21st siècle, les entreprises continueront de se débattre avec des normes de conception exigeantes, moins de ressources et des temps de cycle plus courts. Ceux qui prospèrent le feront en augmentant la productivité, la qualité, le débit et la réduction des coûts.

Les systèmes d’imprégnation sous vide par lots sont toujours utilisés dans certains secteurs de l’industrie, mais ils ne sont plus compétitifs dans les environnements modernes et à volume élevé. Les systèmes d’imprégnation sous vide d’aujourd’hui continueront d’offrir la sécurité aux opérateurs, avec des volumes de production croissants et l’efficacité continue pour sceller la porosité de la coulée.

(Réf : 47460643)