Qualitätskontrolle bei der Bearbeitung von Drahtgewebeöfen: Härte, Struktur und Entkohlung
Die Qualitätskontrolle in einem Durchlauf-Siebbandofen unterscheidet sich von der in einem Chargenofen. In einem Chargenofen durchläuft jedes Teil das gleiche Zeit-Temperatur-Profil (innerhalb der vorgegebenen Gleichmäßigkeitsvorgaben), und die Qualität wird stichprobenartig geprüft. In einem Siebbandofen hingegen werden die Teile kontinuierlich in den Ofen eingeführt und wieder ausgeführt. Der Prozess muss so gesteuert werden, dass für jedes Teil eine gleichbleibende Qualität gewährleistet ist, nicht nur für Stichproben. Dies stellt eine echte technische Herausforderung dar, und das Qualitätssicherungssystem einer Siebbandofenlinie ist entscheidend für den Erfolg.
Was und wann getestet werden sollte
Die Standardqualitätsprüfungen an einer Durchlaufofenanlage umfassen Härteprüfung, Gefügeprüfung, Entkohlungsgradmessung und Einsatzhärtungstiefe (bei aufgekohlten Teilen). Jede Prüfung wird mit unterschiedlicher Frequenz durchgeführt, und das Prüfprogramm ist so ausgelegt, dass Prozessabweichungen erkannt werden, bevor Teile außerhalb der Spezifikation entstehen.
Die Härteprüfung ist die gängigste Methode und wird an jeder Charge durchgeführt (typischerweise alle 30 Minuten bis 1 Stunde der Produktion). Die Prüfung ist schnell (30 Sekunden pro Teil mit einem modernen Rockwell-Härteprüfgerät) und liefert ein direktes Maß für das Ergebnis der Wärmebehandlung. Die Zielhärte für gehärtete und vergütete Verbindungselemente liegt typischerweise zwischen HRC 38 und 44, und die Prüfung wird an 5 bis 10 Teilen pro Charge durchgeführt.
Die Gefügeprüfung erfolgt seltener, typischerweise einmal pro Schicht oder einmal täglich. Die Prüfung ist zeitaufwändiger (5 bis 10 Minuten pro Probe für die Probenvorbereitung, anschließend 2 bis 3 Minuten für die eigentliche Untersuchung) und erfordert einen Metallurgen. Die Prüfung dient der Feststellung der korrekten Phase (Martensit bei gehärteten Teilen, feinkörniger Perlit bei geglühten Teilen) und kennzeichnet jegliche anomale Gefügestrukturen (übermäßiger Restaustenit, nicht angelassener Martensit oder Korngrenzencarbide).
Die Entkohlung wird bei Härteprozessen täglich überprüft. Dabei wird die Tiefe der entkohlten Schicht gemessen, also der weichen Oberflächenzone, die entsteht, wenn Kohlenstoff aus dem Stahl diffundiert. Standardmäßig wird die Mikrohärte von der Oberfläche bis zum Kern gemessen. Die Entkohlungstiefe ist definiert als die Tiefe, in der die Härte unter einen Schwellenwert (typischerweise 90 Prozent der Kernhärte) abfällt.
Die Einsatzhärtungstiefe wird bei einsatzgehärteten Teilen in der Regel täglich überprüft. Die Prüfung erfolgt mittels Mikrohärteprüfung. Die Einsatzhärtungstiefe ist definiert als die Tiefe, bei der die Härte auf einen Schwellenwert abfällt (typischerweise 50 HRC für einsatzgehärtete Teile). Die Einsatzhärtungstiefe wird an die Prozessvorgaben und die Teilespezifikation angepasst.
Prozesssteuerungsparameter
Die Qualität des Betriebs eines Drahtbandofens hängt von der Kontrolle der folgenden Prozessparameter ab: Bandgeschwindigkeit, Zonentemperaturen, Atmosphärenzusammensetzung und Abschreckbedingungen. Jeder Parameter hat einen Sollwert und eine Toleranz, und das Regelsystem hält den Parameter innerhalb der Toleranz.
Die Bandgeschwindigkeit ist die zentrale Variable, die die Verweilzeit in jeder Zone steuert. Die Geschwindigkeit wird anhand der Prozessvorgabe eingestellt und kontinuierlich überwacht. Eine Abweichung der Bandgeschwindigkeit von mehr als 5 Prozent vom Sollwert wird als Qualitätswarnung ausgelöst, und die während dieser Abweichung produzierten Teile werden zur Qualitätsprüfung zurückgehalten.
Die Zonentemperaturen werden in jeder Zone durch unabhängige PID-Regler gesteuert. Die Sollwerte sind auf die Prozessvorgaben abgestimmt, und die Ist-Temperaturen werden kontinuierlich erfasst. Eine Temperaturabweichung von mehr als ±10 °C vom Sollwert löst einen Alarm aus, und die während der Abweichung produzierten Teile werden zurückgehalten.
Die Atmosphärenchemie wird durch die Gasdurchflussraten, den Kohlenstoffpotentialregler und den Ofendruck gesteuert. Die wichtigsten Parameter sind: Sauerstoffgehalt (weniger als 10 ppm für Glanzprozesse), Taupunkt (weniger als -40 °C für wasserstoffhaltige Atmosphären) und Kohlenstoffpotential (innerhalb von 0,05 % C des Sollwerts für endotherme Gasatmosphären).
Die Abschreckbedingungen sind für gehärtete Teile entscheidend. Temperatur, Konzentration und Rührgeschwindigkeit des Abschreckmittels müssen den Prozessvorgaben entsprechen. Typische Öl-Abschreckmittel werden bei Temperaturen von 60 bis 80 °C und einer Rührgeschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 m/s eingesetzt. Polymere Abschreckmittel werden für Stähle mit geringer Härtbarkeit verwendet, mit Konzentrationen von 5 bis 15 Prozent und Temperaturen von 30 bis 50 °C.
Häufige Qualitätsprobleme
Das häufigste Qualitätsproblem bei Durchlauföfen ist die unzureichende Härte. Die Ursache liegt meist in einer zu kurzen Austenitisierungszeit, einer zu niedrigen Austenitisierungstemperatur oder einer übermäßigen Entkohlung. Abhilfe schafft die Überprüfung der Prozessparameter und die Anpassung der Bandgeschwindigkeit, der Zonentemperaturen oder der Atmosphärenzusammensetzung.
Das zweithäufigste Problem ist übermäßige Entkohlung. Ursache hierfür ist meist ein zu niedriger Sollwert für das Kohlenstoffpotenzial, eine mit Sauerstoff oder Wasserdampf verunreinigte Ofenatmosphäre oder eine zu hohe Ofentemperatur. Abhilfe schafft die Überprüfung des Endogenerators, der Gaszufuhr und der Ofendichtungen.
Das dritte Problem ist die Abschreckrissbildung. Ursache hierfür ist meist eine zu hohe Austenitisierungstemperatur, unzureichende Abkühlung beim Abschrecken oder ein zu aggressives Abschreckmittel. Abhilfe schafft eine niedrigere Austenitisierungstemperatur, eine stärkere Bewegung des Materials oder die Verwendung eines weniger aggressiven Abschreckmittels.
Prozessfähigkeit und SPC
Moderne Durchlauföfen nutzen statistische Prozesskontrolle (SPC), um den Prozess zu überwachen und Abweichungen zu erkennen, bevor Teile außerhalb der Spezifikation entstehen. Die Härtedaten werden in X-quer- und R-Diagrammen dargestellt, wobei die Kontrollgrenzen auf ± 3 Standardabweichungen (Sigma) festgelegt sind. Ein Trend von sieben oder mehr aufeinanderfolgenden Messpunkten auf einer Seite der Mittellinie wird als Prozesswarnung gekennzeichnet, und der Bediener ist zur Untersuchung aufgefordert.
Der Prozessfähigkeitsindex (Cpk) eines gut geregelten Durchlaufofens liegt typischerweise zwischen 1,33 und 1,67 für die Härteprüfung. Ein Cpk-Wert unter 1,0 bedeutet, dass der Prozess nicht ausreichend leistungsfähig ist und verbessert werden muss, bevor der Ofen qualitativ hochwertige Teile produzieren kann.
Die Steuerungssysteme für Bandöfen von MONTE INTELLIGENCE verfügen über integrierte SPC-Tools, die den Cpk-Wert automatisch berechnen und die Kontrollkarten auf dem Bediener-HMI anzeigen. Das System generiert außerdem einen täglichen Qualitätsbericht mit den Testergebnissen, den Cpk-Werten und etwaigen Prozesswarnungen.
Qualitätsdokumentation und Rückverfolgbarkeit
Die meisten Betriebe von Durchlauföfen liefern Teile an Kunden aus der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- oder Industriebranche, die eine vollständige Rückverfolgbarkeit benötigen. Die Rückverfolgbarkeitsdokumentation umfasst: Produktionsdatum und -zeitpunkt, Ofenbetriebsparameter, Atmosphärenzusammensetzung, Härteprüfergebnisse und den Namen des Bedieners. Die Dokumentation wird 5 bis 10 Jahre lang aufbewahrt und kann auf Anfrage vom Kunden eingesehen werden.
Die Steuerungssysteme von MONTE INTELLIGENCE archivieren alle Prozessdaten auf einem lokalen Server mit einer konfigurierbaren Aufbewahrungsfrist. Das System kann für jede Produktionscharge ein Wärmebehandlungszertifikat mit den Prozessparametern und den Prüfergebnissen erstellen. Das Zertifikat ist so formatiert, dass es den meisten Kundenspezifikationen entspricht.
Sprechen Sie mit MONTE INTELLIGENCE über Qualitätssysteme
Für Käufer, die einen Förderbandofen mit hohen Qualitätsanforderungen evaluieren, kann MONTE INTELLIGENCE Engineering ein Qualitätssystem entwickeln, das die Spezifikationen erfüllt. Besuchen Sie uns.www.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Für Fallstudien zur Qualitätskontrolle. Für eine Projektbesprechung senden Sie bitte eine E-Mail an helenxu@cnlymonte.com mit dem Betreff „Qualität von Gewebebändern“ und geben Sie Details zu Ihren Qualitätsspezifikationen und Kundenanforderungen an.
