Ford baisse ses coûts avec la cémentation basse pression

Tr i m e s t r i e l N ° 2 - O c t o b r e 2 0 0 6
LE
MAGAZINE
D
’ECM,
Service rapproché
chez SEW-USOCOME
SPÉCIALISTE
DE
LA
C É M E N TAT I O N
BASSE
PRESSION
Ford baisse ses coûts avec la
cémentation basse pression
APPLICATIONS
en pages intérieures
Encore plus loin
avec l’acétylène
en dernière page
Chez SEW Usocome autant que
chez Ford, nous sommes
engagés dans le devenir des
solutions mises en place. Or le
premier n'utilise que deux
cellules quand le second en
possédera à terme 56. Il n'y a
donc pas de "petit client" pour
ECM. Plus qu'un slogan : c'est
une vraie stratégie et un
engagement à créer de la valeur
dans la durée.
35 millions de pignons cémentés sous vide chaque année à l’horizon 2008
L'avenir de la cémentation basse
pression reste largement devant
nous. Ardent défenseur de cette
technologie, ECM s'imposera
comme sa marque de référence
en faisant de chacune de vos
solutions une vitrine, qu'elle soit
à Haguenau (France) ou à
Sharonville (Ohio, USA). Pour
nous, la moindre de vos
performances est stratégique.
Notre valeur ajoutée, c'est votre
propre qualité industrielle,
maintenue à travers des
solutions pérennes, continûment
enrichies d'innovations
technologiques pour être à la
hauteur des meilleurs standards.
Nous la produisons à travers
une organisation de services
combinant des équipes locales
réactives et un centre de
compétence à haute valeur
ajoutée. Vous en découvrirez
des résultats concrets dans ce
numéro : bonne lecture !
LE
CHIFFRE DU TRIMESTRE
Laurent Combaz
ECM, président-directeur général
573
c’est le nombre de cellules de
chauffe en service dans le
monde, sur l’ensemble des
installations de cémentation
basse pression ECM.
Séduit par la qualité et la flexibilité du procédé, Ford généralise
aux Etats-Unis le traitement thermique sous vide sur plusieurs
composants de ses boîtes automatiques six vitesses. Avec, à
l’arrivée, une réduction significative des coûts de production.
ECM à Kenosha (Wisconsin, USA),
as moins d’un million
démarre cette année-là sa première
de dollars d’économies
ICBP afin de poursuivre des essais à
attendu par an : à mil’échelle industrielle. Le lancement de
chemin du déploiement massif
la transmission 6R (propulsion six
de plusieurs ICBP dans son
vitesses) va bousculer les plans.
usine de Sharonville (Ohio,
"L’installation avait été commandée en
USA), Ford mesure déjà les
bénéfices de la cémentation
2002, alors que la cémentation sous
basse pression. Des chiffres
vide était peu répandue en Amérique
que le constructeur n’a d’aildu Nord. Une fois l’ICBP en service,
leurs pas hésité à souligner
notre direction a souhaité accélérer le
dans le cadre de
mouvement" se sou“Notre direction
la modernisation
vient Ron Lucas, spéciade ses moyens de
liste des procédés
a accéléré le
production. Le lanmétallurgiques
chez
mouvement”
cement rapproché
Ford. Du coup, quatre
de plusieurs modèles de boîtes
des six cellules de l’ICBP entrent immésix vitesses confirme les atouts
diatement en production pour les comdu procédé, comme la possibiposants de la 6R, et seules les deux
lité de traiter des couronnes pardernières restent dévolues aux tests.
ticulièrement sensibles aux
déformations ou d’utiliser des
Quelques mois plus tard, l’apparition
alliages moins onéreux.
de la nouvelle famille de transmissions 6F (traction six vitesses) conduit
La vitesse supérieure
C’est en 2004 que l’histoire de la
cémentation basse pression s’accélère chez Ford, jusqu’alors
équipé en fours atmosphériques.
Après plusieurs séries de tests
chez différents fournisseurs, le
constructeur, convaincu par la qualité métallurgique obtenue chez
P
Transmission 6F : un coût
de revient optimisé
Suite >
Suite de la page 1
APPLICATIONS
ECM renforce son pôle
R&D
Cotes et tolérance respectées
grâce à la trempe gaz
Ford à passer… la vitesse supérieure.
Pour traiter davantage de composants
et des volumes plus importants, le
constructeur commande dès 2004
quatre nouvelles installations, puis
deux autres en 2005. A terme, son
usine de Sharonville disposera de 56
cellules de chauffe réparties sur huit
ICBP, toutes équipées en trempe gaz.
Trois sont d’ores et déjà opérationnelles, les suivantes en cours d’installation. A l’arrivée, Ford pourra cémenter
sous vide 35 millions de pignons par
an. Impressionnant !
Ron Lucas, spécialiste des
procédés métallurgiques chez
Ford : ”Répondre aux exigences
de nos ingénieurs produit”
Avec l'abandon définitif du
8620 (20NiCrMo2), utilisé
jusqu’alors en traitement
Un tournant
atmosphérique, le point de
En fait, le lancement du programme 6F
non-retour est atteint.
marque un véritable tournant. Le nom"Nous utilisions du 8620
bre de pièces cémentées sous vide
passe de six (trois pignons et trois plaafin de réduire l’oxydation.
nétaires) pour la 6R
Sous vide, ce risà 13 pour la 6F, avec
“Un alliage moins que disparaît. Un
le traitement de trois
alliage plus simple
cher convient”
pignons de sortie et
et moins cher
quatre couronnes.
convient" explique
Pour une de ces dernières, sujette à
Ron Lucas. Là encore les
déformations en raison de son grand
économies
s’avèrent
diamètre et de ses faibles sections
conséquentes, de l’ordre
(photo), l’association cémentation
de plusieurs centimes par
basse pression-trempe gaz s’avère
kilo de matière : contraireincontournable pour respecter les tolément au 8620, le 5120 ne
rances imposées. "Le paramétrage
contient pas de nickel – une
matière première dont le
précis de la pression et du temps de
prix a grimpé de 300 % en
trempe a permis de répondre aux exitrois ans.
gences de nos ingénieurs produit" précise Ron Lucas. L’alternative – d’un
Chez Ford, Ron Lucas se soucoût rédhibitoire – aurait été de provient avoir planché avec ses
duire cette couronne dans un autre
collègues sur un process de
matériau, plus difficile à usiner et
traitement thermique idéal.
traité à l’extérieur.
C’était au début des années
2000. Avant de conclure :
Enfin, un dernier facteur va sceller le
"Avec la cémentation sous
sort de la cémentation atmosphérique
chez Ford. Avec la basse pression, le
vide, nous avons vraiment
constructeur peut généraliser un
découvert ce dont nous
nouvel alliage, le 5120M (20MnCr5).
avions besoin à l’époque."
Ford Edge : 13 composants de
transmission cémentés sous vide
Benoît Rossignol est le nouveau
responsable du service R&D de ECM
depuis juillet dernier. Dans cette
fonction, il anime une équipe d’experts
« Produits et Procédés » et dispose
d’une plateforme d’essais intégrée pour
offrir aux clients d’ECM des solutions
au plus près de leurs attentes. Il apporte
une expertise
précieuse, acquise
chez GM
Powertrain
pendant dix ans
dans le secteur des
boîtes de vitesses.
L’innovation ECM s’expose
Amélioration des propriétés mécaniques
des pièces traitées, réduction des
déformations, carbonitruration : retrouvez
nos présentations lors des événements
professionnels de l’automne :
• 11 au 13 octobre : congrès AWT à
Wiesbaden (Allemagne)
• 1er et 2 novembre : symposium ASM de
la cémentation basse pression et trempe
gaz haute pression Worcester, MA (USA).
ECM était aussi présent au salon Gear
China à Shanghai du 25 au 28 septembre,
à Furnaces North America – FNA 2006 à
Reno, NV (USA) du 27 au 28 septembre,
ainsi qu'au congrès A3TS du traitement
thermique et de l’ingénierie des surfaces à
Bordeaux (France) du 4 au 6 octobre 2006.
Vous n'avez pas pu assister à ces
événements ? Demandez une copie des
présentations par e-mail à
[email protected].
Japon : succès de la journée
portes ouvertes
Une soixantaine d’invités ont pu
découvrir le fonctionnement d’une
installation de cémentation basse
pression ECM au Japon, au cours d’une
journée portes ouvertes organisée en
juillet par notre partenaire PNK. Les
démonstrations grandeur nature sur
l’ICBP 400TG/TH de PNK ont permis
d’illustrer avec
précision le
procédé
d’ECM et ses
avantages.
Une jolie moisson pour ECM
Dans la chaleur de l’été, un
équipementier japonais a commandé
deux ICBP six cellules. Bodycote a
décidé d’investir dans une installation
de cémentation basse pression en
Pologne. MTS, fabricant français
d’arbres à cames, a engagé
l’extension de ses capacités de
traitement avec l’achat d‘une ICBP.
APPLICATIONS
Service rapproché
chez SEW-USOCOME
Leader des systèmes d’entraînement industriels,
SEW-USOCOME bénéficie d'un service rapproché
pour garantir une fiabilité élevée sur son unique
et stratégique ICBP. "Un engagement proche
du partenariat, rare chez un fournisseur de
machine", apprécie Denis Bousser, directeur
de l’usine de production.
’installation de cémentation basse pression
joue un rôle critique dans le flux de la production des engrenages chez ce fabricant de
motoréducteurs industriels, leader sur son marché.
La compétitivité de SEW-USOCOME dépend en partie de cet équipement, dont la fiabilité fait l'objet
d'un effort permanent. Depuis son démarrage en
2001, ECM s'est engagée, au côté de son client,
sur un objectif de taux de disponibilité de 98 % –
dépassé depuis 2004 avec un résultat proche de
100 % obtenu par une succession
d'innovations.
"Deux points gagnés sur
ce process représentent
une semaine de production
pour le pôle d’usinage des
engrenages" calcule Denis
Bousser.
L
La qualité des
aciers traités
en ICBP au cœur des
motoréducteurs SEW
Progrès continus
Les opérations de maintenance et d’améliorations sont
planifiées. Les phases d’entretien sont souvent mises à
profit pour apporter les évolutions majeures. Ainsi, la
mise en place d’une nouvelle
génération d’hélices de brassage
de l’azote a permis d’améliorer le
rendement de ce composant et de
diminuer la consommation électrique. De même, le passage à l’alimentation directe en azote
haute-pression (30 bars) – avec la
solution ALNAT HP développée par
Air Liquide à la demande d’ECM –
a conduit à éliminer le bruit, la
chaleur et les risques de pannes
du surpresseur. Par ailleurs, les
recettes ont été optimisées avec
Christian Streissel (g.), Denis Bousser (d.) et leur
des temps de traitement réduits.
équipe : un partenariat avec ECM à tous les niveaux
Fixer le cap
La relation entre SEWUSOCOME et ECM s'organise autour d’un groupe
de travail commun. Les
responsables de la production et de la maintenance rencontrent plusieurs fois par an les
équipes commerciales, après-vente et bureau
d’études d’ECM. "Incidents à éviter, améliorations à prévoir, nous prenons une position claire
sur chaque point, explique Denis Bousser. De son
côté, ECM, force de proposition, nous fait part de
ses innovations.” Les objectifs sont déterminés,
un plan d’actions fixe le cap des six mois à venir.
Ce sont ensuite les opérateurs de production et
de maintenance chez SEW-USOCOME qui pilotent
les opérations avec leurs contacts ECM. "Une
relation exemplaire à tous les niveaux", résume le
directeur de l’usine.
C’est dans ce cadre que Philippe Journet, responsable du service après-vente d’ECM pour SEWUSOCOME, a optimisé la livraison des pièces
détachées avec des circuits courts entre sites de
production de clients de la même zone géographique. Une à deux journées sont ainsi gagnées par
rapport à un acheminement depuis l’usine de
Grenoble. "ECM se place dans le
contexte de son client et met tout en
œuvre pour limiter les pertes de production. Très peu de fournisseurs procèdent de la sorte note Christian
Streissel, responsable maintenance.
La réactivité d’ECM, la télémaintenance et la maintenance préventive élèvent la disponibilité de l’installation à
un niveau significatif."
Une installation
fiabilisée à 100 %
C'est en permanence que SEW-USOCOME bénéficie de
l'approche conseil d'ECM pour optimiser son procédé et
réduire les coûts de maintenance. "Oui, on peut parler de
partenariat", se réjouit Denis Bousser.
Un niveau de qualité jamais démenti
C’est l’uniformité de la qualité des pièces obtenues en
trempe gaz, la réduction des risques, l’optimisation
des flux qui convainquent SEW-USOCOME d’opter pour
la cémentation basse pression en 2000. Depuis, le
procédé a toujours délivré une qualité métallurgique à
la hauteur des attentes. Chaque jour, l’ICBPH 200 TG
traite plusieurs milliers de roues dentées, arbrespignons et pignons. Ces composants entrent ensuite
dans l’assemblage des nombreux motoréducteurs de
la marque. Comme la fiabilité et le coût de
fonctionnement de l’installation, la qualité des pièces
demeure un des objectifs principaux du plan d’actions
commun avec ECM.
Encore plus loin avec l'acétylène…
Une majorité d'utilisateurs sont aujourd'hui
convaincus que l'acétylène offre des performances supérieures au
propane pour la cémentation de pièces de géométrie complexe ou de
Aymeric Goldsteinas, charges denses. Cette
responsable propriété a été mise en
prospective et
évidence par ECM dès
innovation d’ECM :
“L’acétylène accroît 1999 à l'issue d'une
la polyvalence et la campagne
d'essais
pérennité d’une comparative réalisée en
installation”
ICBP à 980 °C sur des
charges d'injecteurs.
L'étude avait notamment montré d'excellentes performances en termes de répétitivité et d'homogénéité de cémentation
dans la charge dans le cas de l'acétylène, et surtout un enrichissement en
carbone en fond d'injecteur supérieur de
41 % au résultat obtenu avec le propane.
Propane ou acétylène :
un peu de chimie
Les performances respectives de
l'acétylène et du propane en matière
d'enrichissement s'expliquent par la
différence d'enthalpie libre entre les
deux gaz (voir diagramme ci-contre).
Ce paramètre caractérise l'énergie
nécessaire pour "craquer" la
molécule de gaz et déposer les
atomes de C sur la pièce.
"L'enthalpie libre est beaucoup plus
élevée dans le cas de l'acétylène,
qui est par conséquent bien plus
instable et se dissocie facilement",
explique Aymeric Goldsteinas. Ces
comportements sont directement
liés à la structure moléculaire des
deux hydrocarbures : les liaisons
simples du propane (C-C-C) sont très
stables tandis que la triple liaison
(C C) de l'acétylène se brise
beaucoup plus facilement. D'où les
conditions de stockage très
spécifiques de l'acétylène, qui doit
être dissous et conservé dans des
containers à parois internes poreuses.
Enfin, le procédé a démontré, lors
d'une étude comparative menée
en 2003 sur des charges industrielles de pignons PSA, une très
faible sensibilité aux hétérogénéités de lavage. "Avec notre procédé, la présence d'impuretés
résiduelles en surface n'entraîne
plus aucun point doux sur les
pièces traitées. Des rebuts de pièces sont ainsi évités" souligne
Aymeric Goldsteinas. Avec un taux
de rebuts proche de 0 %, la campagne de tests a confirmé ce progrès.
Ce dernier point montre que l'utilisation de l'acétylène ne se limite
pas aux opérations de cémentation sur pièces à géométrie complexe (alésages, trous borgnes) ou
sur charge dense pour lesquelles
le taux de rebut des pièces traitées au propane est défavorable.
"Pour les situations plus classiques, le propane reste tout à fait
compétitif et largement utilisé,
admet Aymeric Goldsteinas.
Cependant, au vu des performances de l'acétylène, comment ne
pas conseiller à nos clients de choisir ce procédé à l'occasion d'un
achat ou d'un renouvellement ?
Leur installation y gagnera grandement en polyvalence… et donc en
pérennité !"
Une cémentation très homogène sur
des injecteurs
Les plus de la cémentation
à l’acétylène en ICBP
• Surface totale de charge
jusqu'à 20 m2
• Densité de charge élevée
• Forte exigence d’homogénéité
• Pièces à géométrie complexe
(trous borgnes et étroits)
• Pas de points doux liés aux
impuretés de surface
+100
Acétyl
ène C
2 H2
+80
+60
+40
eC
3H
8
an
op
+20
Pr
Instabilité
croissante
0
Stabilité
croissante
-20
300
600
900
1200
Température (°Kelvin)
Enthalpie libre de formation :
l’acètylène moins stable que le propane
acétylène C2H2
L’acétylène, avec sa liaison triple,
“craque” plus facilement que le propane
www.agence-arca.com
E
Hétérogénéités de lavage : la fin
des "points doux"
Avec le procédé développé par ECM,
cette très bonne capacité d'enrichissement de l'acétylène est conservée. En outre, l'ajout d'azote dans
une proportion variable lors des
phases de cémentation permet
d'ajuster le pouvoir de pénétration
du mélange. "Cette propriété autorise par exemple des cémentations
partielles, avec des caches métalliques ou des peintures pour limiter
le traitement à certaines surfaces
de pièces particulières type planétaires",
précise
Aymeric
Goldsteinas, responsable prospective & innovation d'ECM.
propane C3H8
Siège social : ECM France
Technisud
38029 Grenoble cedex 2
France
Tél. : +33/(0)4 76 49 65 60
Fax : +33/(0)4 38 49 04 03
E-mail : [email protected]
* Pour les pressions supérieures à 10 mbar
Implantations internationales :
ECM USA : +1/262 605 4810
ECM China : +86/10 858 02642
ECM Japan : +81/34 360 82 22
Conception et réalisation
n développant depuis 1999 son
procédé de cémentation par miniphases à l'aide du mélange acétylène – azote*, ECM a élargi le champ
d'utilisation de l'acétylène en traitement
thermique sous vide. Ce procédé, dont le
brevet a été délivré notamment aux USA
et au Japon, est retenu pour 40 % des
ICBP vendues dans le monde
aujourd'hui. D'ores et déjà, 150 cellules
en activité en sont équipées.
Photo : Delphi
L'acétylène offre une alternative de choix au propane pour la
cémentation des pièces de géométrie complexe. Le procédé breveté par ECM permet, en outre, des opérations de cémentation
partielle et un maintien des performances en cas d'hétérogénéités
de lavage. Une étude menée en 2003 sur des applications industrielles l'a montré.
Enthalpie libre de formation G°form (kJ/atome de C)
TECHNOLOGIES
Zoom sur un brevet ECM