Un regard holistique sur le sablage automatisé dans l'atelier de fabrication métallique moderne

L'automatisation d'une opération de dynamitage devrait se concentrer sur l'efficacité, comme le nombre de pièces pouvant être dynamitées dans un certain délai, mais cela ne devrait pas être la seule considération.

Les opérations modernes de fabrication de métal ne ressemblent pas aux ateliers de fabrication d'autrefois. Beaucoup sont propres, bien éclairés, avec des employés travaillant dans de l'air frais et filtré. Oui, certaines opérations de fabrication sont, eh bien, tout simplement sales - et le sablage manuel en est un excellent exemple. Le travail n'est pas agréable, nécessite un équipement de protection, et si les cabines ne sont pas entretenues ou installées correctement, elles peuvent sérieusement limiter le flux de travail.

Les options d'automatisation du dynamitage abondent, mais avant de plonger dans toute cette magie technologique, essayez de jeter les bases en répondant à une question fondamentale : que doit accomplir l'opération de dynamitage ?

Le grenaillage (ou simplement le « grenaillage » si vous utilisez un autre média autre que la grenaille) prépare une surface métallique tandis que le grenaillage vise à modifier les propriétés du métal (voir la figure 1). Certaines applications aérospatiales nécessitent des niveaux précis de soulagement des contraintes (ou d'autres modifications des propriétés des matériaux), et elles utilisent des technologies spécialisées de grenaillage pour y parvenir. Le grenaillage de précision des trains d'atterrissage en est un excellent exemple, le processus optimisant les contraintes de surface, éliminant les microfissures et les élévateurs de contraintes qui les entourent.

La plupart des fabricants de métaux utilisent le nettoyage par sablage pour la grande majorité de leurs applications, nettoyant et préparant une surface métallique pour la prochaine étape de fabrication, généralement la peinture. Si une poutre ou une plaque n'est pas sablée correctement, la peinture n'adhérera pas correctement. Cependant, certaines opérations de fabrication utilisent une sorte de grenaillage - pas aussi précis que les applications de grenaillage haut de gamme, mais il s'agit néanmoins d'un grenaillage, le média impactant la surface et provoquant des contraintes de compression qui visent à modifier les propriétés du matériau.

Imaginez fabriquer un bol qui sera utilisé dans un cadre à haute vibration. Les soudures à l'intérieur de ces bols ont besoin d'un certain soulagement des contraintes, et le grenaillage aide à y parvenir. Pour assurer un soulagement adéquat des contraintes pour les soudures, l'application peut choisir d'utiliser de la grosse grenaille, qui peut avoir un effet de grenaillage qui pénètre plus profondément dans la surface. Alternativement, l'opération peut choisir d'utiliser la même grenaille que celle utilisée pour les applications de décapage, tout en prolongeant la durée du cycle pour obtenir l'effet de grenaillage requis dans la pièce.

Encore une fois, la majorité des fabricants ont besoin de préparer une surface de pièce pour une opération en aval comme la peinture, donc, ils sont grenaillage (pas martelage). Plus la finition finale est de qualité, plus la préparation de surface devient importante. En d'autres termes, un revêtement de haute qualité et très homogène nécessite une préparation de surface de haute qualité. Un panneau de voiture automobile nécessite une préparation de surface très différente de celle d'une poutre structurelle.

À quel endroit de la séquence de fabrication est-il le plus logique de sablage ? Les plaques découpées sont-elles sablées pour les préparer aux processus en aval, ou la fabrication terminée sera-t-elle sablée après pliage et soudage ? Appliquer le sablage au matériau entrant peut sembler contre-intuitif, surtout si les soudures doivent être sablées de toute façon. Après tout, la plupart des opérations qui utilisent le sablage le font juste avant qu'elles n'entrent dans le processus de revêtement final.

Pourtant, le dynamitage ne doit pas toujours se produire à la fin du flux de valeur. Parfois, l'arrivée de matériaux plus propres dans l'atelier peut faciliter les processus en aval comme la découpe et le soudage, et cela peut aider à rationaliser considérablement l'opération de finition finale. Certaines opérations peuvent choisir d'automatiser le grenaillage du matériau entrant tout en conservant le grenaillage final des soudures manuel, avant que le travail n'entre dans le processus de revêtement final. L'opération n'est pas entièrement automatisée, mais comme le matériau entrant est propre, le débit global augmente considérablement, et le temps et la main-d'œuvre nécessaires au sablage manuel des pièces fabriquées sont considérablement réduits.

Le revêtement n'a pas non plus nécessairement besoin d'avoir lieu à la toute fin de la production. Par exemple, certains chantiers navals font sauter les tôles entrantes, les apprêtent avec un apprêt soudable, puis soudent. Ensuite, le travail est à nouveau sablé, mais uniquement les joints soudés. Pour les grandes pièces en particulier, une telle séquence de fabrication permet de rationaliser considérablement l'opération globale.

L'industrie dispose de diverses normes (telles que celles du SSPC et de la NACE) pour aider les fabricants à évaluer l'état de surface des matériaux. Plus le matériau est propre, moins vous devez le décaper de manière agressive et moins vous devez utiliser de média de décapage agressif pour obtenir la finition souhaitée. Lorsque vous travaillez avec une plaque avec une rouille importante, la grenaille peut devoir être plus grande, ou l'application peut nécessiter un grain, qui est anguleux. La grenaille ronde produit généralement une finition plus fine que le grain, mais le grain peut être nécessaire pour produire un profil de surface plus rugueux pour une adhérence adéquate pour une épaisse couche de peinture.

FIGURE 1. Pour les fabricants nécessitant un grenaillage, pour le soulagement des contraintes de soudure ou toute autre application impliquant un changement des propriétés du matériau, le maintien du bon mélange de médias est essentiel. Les médias fracturés et sous-dimensionnés doivent être continuellement et systématiquement retirés du système de grenaillage.

Considérez l'état du brut et la finition finale requise, c'est-à-dire ce qui est livré par rapport à la finition de surface finale que vous devez obtenir avant l'expédition du produit. La différence entre la qualité des matériaux entrants et sortants détermine le débit de grenaillage. Plus la différence de qualité est grande (c'est-à-dire une finition très rugueuse à fine), plus le sablage prendra du temps. Certaines applications peuvent également nécessiter plusieurs étapes de sablage, la première à nettoyer et une autre étape secondaire, utilisant un média de sablage plus fin pour composer les caractéristiques d'adhérence de la peinture de la surface.

La "vitesse" dans le dynamitage peut être définie de plusieurs façons. Premièrement, quelle quantité de grenaille doit toucher la surface à un moment donné et à quelle fréquence la grenaille doit-elle frapper pour enlever la rouille et préparer la surface au besoin ? Plus une pièce a de rouille, plus elle nécessitera de grenaille. Une turbine peut lancer 500 lb/min. de grenaille sur une pièce à mouvement lent, pour s'assurer que suffisamment de grenaille frappe la surface suffisamment de fois pour créer la finition de surface nécessaire. Alternativement, un système peut avoir plusieurs roues de grenaillage, positionnées les unes après les autres, qui lancent (au total) 1 500 lb/min. à la surface, ce qui permet aux pièces de se déplacer trois fois plus vite.

Il y a une limite à cela, bien sûr. Lancez trop de tirs et le support de tir commence à ricocher dans le système, ce qui crée à son tour toutes sortes d'incohérences. Lancé à un volume suffisamment élevé, le média de sablage lui-même perd de son efficacité.

Plusieurs variables contrôlent l'intensité du souffle. Une opération peut ajuster les vannes d'alimentation pour contrôler la quantité de fluide qui s'écoule sur la turbine. Alternativement, une opération peut ralentir la vitesse de la turbine, de sorte que l'abrasif lui-même frappe la pièce à une vitesse plus lente. Une application a une vitesse de sortie optimale ; trop faible et le média n'est pas efficace (par exemple, il ne parvient pas à éliminer la rouille de surface) ; trop élevé peut causer d'autres problèmes, comme le gauchissement, en particulier pour les pièces très fines.

Une autre variable implique la distribution de la taille du média de soufflage. Les systèmes automatisés ont des systèmes de recyclage qui séparent le média de sablage de la rouille et des débris éliminés. Le système de recyclage lui-même est extrêmement critique ; s'il ne fonctionne pas correctement, le média de sablage ne sera pas cohérent, ce qui peut entraîner une adhérence de la peinture et d'autres problèmes.

La grenaille devient de plus en plus petite à mesure qu'elle est recyclée. Le système de recyclage de l'abrasif doit être surveillé pour s'assurer qu'une quantité suffisante de grenaille fraîche ou d'un autre média est ajoutée au mélange et que le système de criblage (qui évacue les particules fines) fonctionne correctement. La procédure n'est pas compliquée. Les opérateurs prélèvent essentiellement un échantillon de média de sablage et l'envoient à travers plusieurs tamis spécialement conçus, afin qu'ils puissent voir la distribution de la grossièreté et tout débris ou contaminant qui pourrait être présent.

Les grenailleuses transportent les pièces à travers le flux de sablage, collectant le moins de média possible sur la pièce tout en exposant toutes les surfaces qui doivent être sablées.

Le jet de souffle que la turbine lance a un "point chaud" près du centre, une zone où le média de souffle transporte le plus d'énergie. Cela régit à son tour la position optimale des turbines (voir Figure 2). Par exemple, une machine de sablage qui traite la plaque nécessite une répartition uniforme du sablage sur la surface, et si ces points chauds dans chaque flux de sablage ne se chevauchent pas, la plaque peut se retrouver avec des "rayures" dans les zones exposées à moins de média de sablage.

Ces bases constituent la base de toute conception de machine de sablage. Une conception populaire pour la fabrication de métaux comprend des machines à rouleaux, où des rouleaux largement espacés (voir la figure 3) transportent des plaques ou des poutres dans une machine, où elles sont soufflées dans plusieurs directions.

Le placement de la turbine est essentiel (voir Figure 4). Certaines machines peuvent placer les turbines de soufflage à une certaine distance pour accepter, par exemple, diverses géométries de faisceau. L'agencement n'est peut-être pas aussi efficace pour les tôles qu'une machine avec des turbines placées plus près du travail, mais l'agencement offre une flexibilité, c'est-à-dire que le système peut traiter à la fois des tôles plates et des poutres de différentes formes et tailles.

FIGURE 2. Les turbines émettent des flux de souffle qui se chevauchent pour s'assurer que toutes les pièces reçoivent une couverture suffisante.

Encore une fois, le moment où le travail est dynamité joue également un rôle. Cette machine flexible peut dynamiter la plaque brute pour la nettoyer et la préparer pour le traitement en aval, puis dynamiter l'assemblage après le soudage. Un atelier peut utiliser cette stratégie en raison de problèmes d'accès au média de sablage (c'est-à-dire que le média de sablage d'une machine ne peut pas accéder à toutes les surfaces du produit assemblé) ou parce que le soudage nécessite des surfaces propres produites par le processus de sablage. Alternativement, l'entreprise peut choisir de "grenailler deux fois" - à la fois le stock entrant et les produits soudés - car c'est toujours le moyen le plus rapide et le plus efficace de traiter le travail. Le nettoyage des matières premières au fur et à mesure qu'elles arrivent rationalise les opérations en aval. Et parce que les pièces ont déjà été nettoyées, le sablage de l'assemblage soudé prend moins de temps.

La machine choisie par un fabricant dépend des exigences de l'application, y compris la géométrie de la pièce. Les pièces plates ou les poutres peuvent être sablées de manière adéquate sur une machine à rouleaux, tandis que les flèches, les godets ou d'autres formes complexes peuvent nécessiter une machine de type cintre ou cintre. Un seau envoyé à travers une machine à rouleaux peut commencer à accumuler de la grenaille sur sa surface, ce qui empêche la grenaille de frapper la surface avec suffisamment d'énergie. Dans ce cas, une machine de sablage à suspension rotative, où un anneau de turbines de soufflage autour d'une pièce suspendue qui tourne, pourrait être en mesure d'accéder à toutes les surfaces tout en permettant à la grenaille usée de tomber de la pièce.

Le principal avantage de la salle de sablage manuelle est l'accès de l'opérateur. L'opérateur peut dynamiter toutes les surfaces et brosser la grenaille accumulée au besoin. Un système automatisé pourrait ne pas avoir cette flexibilité. Dans le même temps, l'abrasif d'une turbine à l'intérieur d'une machine automatisée a beaucoup plus d'énergie que l'abrasif d'un pistolet manuel. Cette énergie peut réduire considérablement l'accumulation de média. Ainsi, alors qu'un opérateur manuel peut être en mesure de décaper des géométries complexes et difficiles, il peut également avoir à brosser plus fréquemment les médias accumulés. (Remarque : le sablage manuel de retouche peut être intégré dans une machine de sablage automatique, telle qu'une machine de type suspendu. Dans ce cas, l'opérateur s'habille et explose la pièce avec une baguette de sablage manuelle à l'intérieur de la machine de sablage désactivée.)

À l'autre extrémité du spectre, certaines technologies de sablage offrent une automatisation complète, et pas seulement de l'ensemble du processus de sablage. Certains systèmes de sablage à plaque et à faisceau se connectent directement à un système de peinture (voir Figure 5). Encore une fois, cela aide à minimiser la préparation de surface requise plus tard dans le flux de valeur. Chez le fournisseur d'acier ou chez le façonneur lui-même, les poutres et tôles sont grenaillées puis immédiatement enduites d'un apprêt soudable.

Ces systèmes peuvent également être équipés d'une station de nettoyage avant le sablage, particulièrement utile pour les fabricants de structures qui stockent leur matériau à l'extérieur. Cette station enlève les débris en vrac (comme la saleté, la neige et les feuilles) avant que les faisceaux n'entrent dans la station de dynamitage. Après le grenaillage, le travail passe par une station de nettoyage avec des brosses et des soufflantes à air, qui éliminent toute grenaille restante ou autres débris avant que les pièces ne soient peintes et séchées.

Le débit de ces systèmes dépend de l'état du matériau entrant dans la machine ainsi que des exigences de peinture telles que l'épaisseur, la consistance et le temps de durcissement. Les concepteurs de tels systèmes ont à l'esprit un débit optimal. Si le temps de durcissement prend plus de temps, le système de sablage peut être modifié pour fonctionner plus lentement (turbines plus lentes, moins de média ou une combinaison des deux).

Dans le même temps, il n'est pas nécessaire d'envoyer toutes les pièces à travers le système de peinture. Par exemple, un fabricant qui cambrure des poutres ou forme des plaques en aval ne voudrait pas peindre ces pièces en amont, de sorte que les pièces qui subissent ces processus pourraient simplement être sablées puis rapidement envoyées à travers le système de peinture inactif, puis vers le cambrage ou le formage.

Encore une fois, il s'agit de débit global, pas de "l'efficacité locale" d'un processus de sablage ou de peinture spécifique. Oui, le sablage peut prendre un peu plus de temps lorsqu'il est couplé à la peinture, et le système de peinture peut ne pas être utilisé pour chaque faisceau. Mais lier directement la peinture au sablage augmente le flux global et minimise les travaux en cours, ce qui représente un gain de temps considérable. Le résultat : L'atelier dynamite et peint plus de matériaux en moins de temps en utilisant moins de ressources.

Dans les applications avec des géométries de pièces très variables ou complexes, un fabricant peut choisir d'automatiser partiellement le sablage, avec une machine sablant 80 % ou plus de la surface du matériau et un opérateur manuel sablant les 20 % restants. L'automatisation de l'ensemble du processus est, bien sûr, idéale pour de nombreuses applications, mais pas toutes. L'idée est de mettre en œuvre le dynamitage automatisé là où il peut être le plus efficace.

Dans d'autres situations, l'opérateur peut n'avoir besoin que de souffler le média de sablage. Certains systèmes de type hangar, par exemple, ont une station de nettoyage désignée où les opérateurs, pour les pièces qui le nécessitent, peuvent effectuer un nettoyage final avant que la pièce ne passe à l'étape suivante (voir Figure 6).

FIGURE 3. Des rouleaux largement espacés transportent des plaques, des poutres ou des pièces similaires dans la machine.

L'objectif est de rationaliser l'ensemble de la chaîne de valeur, et cela s'étend jusqu'à l'achat de matériel. Un fabricant peut acheter un matériau plus cher qui nécessite moins de sablage ou pas de sablage du tout, ou il peut acheter un matériau moins cher qui nécessite un sablage et une préparation de surface importants. Cependant, que se passe-t-il si les soudures nécessitent un sablage quelle que soit la qualité du matériau ? Tant que les exigences de l'application peuvent être satisfaites, il peut être plus judicieux d'acheter le matériau brut le moins cher, de passer plus de temps à dynamiter et pourtant (grâce à un matériau moins cher) d'économiser de l'argent dans l'ensemble.

Un fabricant de gros volumes peut même choisir d'installer en interne une ligne de sablage et de peinture automatisée, non seulement parce que cela augmente le débit, mais aussi parce que cela permet à l'entreprise d'acheter des matériaux moins chers et de mieux contrôler la qualité de la surface des matériaux, en fonction, bien sûr, des exigences de l'application finale.

Certaines opérations de traitement de poutres structurelles ont effectivement automatisé tout leur flux, du grenaillage à la découpe, la peinture, puis le chargement directement sur les camions. Dans au moins un fabricant d'acier de construction européen, un opérateur est assis dans une salle climatisée et contrôle l'ensemble de l'opération. Son travail principal consiste à surveiller l'équipement et à signaler le personnel de maintenance en cas de problème, qu'il s'agisse de vibrations supplémentaires sur une turbine de soufflage (détectées par des capteurs), d'un problème de vibration de la lame des scies à ruban ou de toute autre chose.

Le développement de tels systèmes ne s'est pas fait du jour au lendemain, et il ne s'est pas produit en analysant des processus spécifiques de manière isolée. Il est essentiel de prendre en compte l'ensemble de la chaîne de valeur, y compris le lien avec la planification des ressources d'entreprise ainsi que le potentiel de la maintenance prédictive basée sur l'IA. Lorsque cela se produit, les fabricants découvrent souvent qu'ils peuvent porter l'automatisation à de nouveaux sommets.