L’automatisation gagne du terrain dans tous les secteurs d’une aluminerie. Dans les installations modernes de production de billettes, la manutention depuis la machine de coulée jusqu’aux billettes emballées est entièrement automatisée.

Chez EPIQ Machinerie, notre équipe maîtrise le flux de la fin de la coulée jusqu’à l’expédition des produits emballés ou leur acheminement en aval vers le processus d’extrusion. Nous assurons la manutention des billettes destinées à l’extrusion, incluant les opérations d’homogénéisation et de sciage. Nos conceptions intègrent un système automatique d’homogénéisation des lots de billettes d’aluminium, performant pour l’assemblage et le désassemblage des piles. Au fil du temps, notre équipe a identifié les meilleures pratiques du secteur et partage quelques-unes de ses observations.

Les systèmes de manutention des billettes doivent être conçus pour assurer un flux de production optimal, et ce, sans créer de goulots d’étranglement dans les opérations de coulée ou d’homogénéisation. L’analyse doit considérer ces aspects :

• Type d’inspection requis ;
• Sciage des billettes ou non avant l’homogénéisation ;
• Homogénéisation par lots ou en continu ;
• Scie à ruban ou scie circulaire ;
• Type de système de marquage ;
• Type de système d’empilage ;
• Type de matériau de cerclage.

Le flux de production est le suivant :

1. Extraction des billettes des fosses de coulée, dépôt et accumulation
2. Inspection optionnelle par ultrasons en ligne
3. Sciage optionnel des extrémités avant l’homogénéisation
4. Traitement des billettes par homogénéisation (par lots ou en continu)
5. Sciage des billettes à la longueur de coupe ou à la longueur finale
6. Collecte des copeaux et compactage optionnel
7. Marquage des billettes – par poinçonnage ou laser
8. Empilage, cerclage et emballage des billettes

IHM conviviale assurant un contrôle précis de chaque étape du processus

Chaque étape comporte ses propres défis et doit être parfaitement synchronisée avec la zone de coulée. Le processus débute par le dépôt des billettes sur une table de réception. Une fois les billettes relâchées par la grue, l’opérateur appuie sur un bouton pour les transférer vers le système automatique. Toutes les opérations en aval sont alors entièrement automatisées et ne nécessitent aucune intervention humaine.

Séquence de dépôt sur table de réception

Les billettes sur la table de réception sont regroupées et « mise à l’équerre » à l’aide d’un poussoir d’équerrage. Cette opération optimise la manutention et la constitution des charges. La table de réception et le poussoir d’équerrage sont recouverts de polyéthylène de masse molaire très élevée (UHMPE) afin de prévenir le marquage du produit.

Une fois l’équerrage de la rangée de billettes terminé, la rangée est abaissée sur la section arrière du convoyeur d’accumulation, puis avancée vers l’avant pour libérer la station de dépôt. Les opérations d’équerrage et d’accumulation sont plus rapides que l’extraction de la fosse de coulée, de sorte que l’opérateur responsable ce cette opération ne doit jamais attendre le système de manutention. Cet aspect est crucial dans la stratégie du système de manutention, car le retrait des billettes de la machine de coulée se trouve sur le chemin critique de sa capacité de production.

Détection de fissures et d’inclusions

Dans le cas où les billettes doivent être inspectées pour détecter des fissures et des inclusions, une inspection par ultrasons est utilisée. Deux types de systèmes automatiques sont possibles :

• Type 1 : Le type en ligne inspecte les fissures centrales et les inclusions sur toute la longueur de la billette. C’est le plus courant pour les applications générales d’extrusion, car la plupart des fissures et inclusions se trouvent au centre de la billette ;
• Type 2 : Le type en ligne ou hors ligne permet l’inspection de 100 % du volume de la billette. L’inspection peut être effectuée avec des sondes conventionnelles ou des sondes à réseau phasé. Ce type d’inspection nécessite que les billettes soient mises en rotation pendant que les capteurs se déplacent, ce qui permet d’obtenir un balayage hélicoïdal. Le temps d’inspection est plus long, donc ces unités sont souvent installées hors ligne et réservées aux commandes spéciales exigeant un niveau d’examen strict, comme dans l’aéronautique ou d’autres applications critiques pour la sécurité.

Système d’inspection volumétrique par ultrasons

Pendant que les capteurs à ultrasons restent en contact avec la billette, les convoyeurs la déplacent à travers la station.

Si à un moment quelconque du processus d’inspection ultrasons, un signal présente une réflexion significative entre la paroi avant et la paroi arrière, un défaut est détecté et l’information est transmise au système de contrôle.

Ébouter ou ne pas ébouter

La règle empirique veut que, généralement, l’éboutage des billettes comprenne une coupe équivalente à un diamètre à partir du talon (début de la coulée) et une coupe équivalente à un demi-diamètre à partir de l’extrémité de la coulée. Étant donné que l’éboutage génère une quantité importante de rebuts, la tendance actuelle dans les systèmes de manutention de billettes est de retirer les extrémités avant l’homogénéisation, afin d’éviter les coûts énergétiques associés au chauffage d’un métal destiné à être mis au rebut de toute façon.

Il y a deux scénarios à considérer:

• A. Expédition de billettes éboutées en pleine longueur :

L’éboutage des billettes avant l’homogénéisation est considéré comme la meilleure pratique.

• B. Sciage des billettes à longueur déterminée pour les presses d’extrusion :

Une analyse des économies d’énergie par rapport aux coûts d’investissement supplémentaires doit être réalisée, et la décision d’ébouter les billettes avant l’homogénéisation doit être prise en fonction des résultats de cette étude.

Processus d’homogénéisation en continu ou par lots

En résumé, voici les différences principales.

Manutention des billettes pour homogénéisation en continu
Dans le cas de la manutention des billettes dans un système d’homogénéisation en continu, l’opération est toujours entièrement automatique. Les billettes sont acheminées une par une vers le système d’homogénéisation, et leur déplacement à travers les sections du four et du refroidisseur est assuré par des poutres mobiles et des dispositifs de transfert navette.

Manutention des billettes pour homogénéisation par lots

Les billettes sont transportées vers une station de formation de couches, où chaque couche est formée sur des entretoises en acier inoxydable selon des recettes préprogrammées. Celles-ci sont positionnées et retirées automatiquement des charges par le même pont roulant automatisé qui gère les couches.

Les types de processus d’homogénéisation

La machine de formation de couches dispose les billettes en quinconce afin d’optimiser la circulation de l’air dans le four d’homogénéisation. Cette disposition améliore la distribution de la chaleur pour assurer une température uniforme. Le chariot de chargement prend automatiquement l’ensemble de la charge, la place dans le four d’homogénéisation par lots, puis lance le cycle du four.

Chariot de transfert de charge d’homogénéisation pour le traitement automatique de la charge complète

Sciage adapté à toutes les dimensions

Les billettes issues du processus d’homogénéisation sont accumulées sur un convoyeur qui sert de zone tampon entre le processus d’homogénéisation et les opérations de sciage. Dans les cas où les billettes n’ont pas été éboutées avant l’homogénéisation, elles le sont à la scie et les extrémités sont déposées dans une benne à déchets.

Le meilleur choix de type de scie dépend du diamètre des billettes à couper ainsi que des exigences de productivité. Il s’agit soit d’une scie circulaire, soit d’une scie à ruban. Généralement, on préfère utiliser une scie circulaire pour les petits diamètres et lorsque la scie doit produire un très grand nombre de billettes par heure.

Lorsque les diamètres deviennent plus importants et que le nombre de coupes par jour le permet, une scie à ruban est préférable, car la production de copeaux (déchets) est moindre. D’autres critères, tels que la perpendicularité de la coupe et la finition de surface, entrent souvent en jeu dans la sélection.

Collecte des rebuts sciage (copeaux) et compactage optionnel

Les copeaux issus de l’opération de sciage sont collectés à l’aide d’un système de convoyage par aspiration via un séparateur cyclonique. À la base du cyclone rotatif (rotary airlock) évacue les copeaux soit vers une benne à déchets, soit vers une presse à briquettes optionnelle.

Schéma du flux de procédé typique et photo d’un équipement pour la collecte des copeaux

Dans une fonderie où le four de fusion est équipé d’un port de chargement latéral et d’un agitateur électromagnétique, les copeaux en vrac peuvent être chargés directement et refondus avec un taux de récupération très élevé.

Sinon, les copeaux doivent être compactés pour obtenir un bon taux de récupération lors de la refusion. Les copeaux de sciage chargés en vrac directement dans un four de fusion à réverbère conventionnel brûleront, ce qui entraînera une mauvaise récupération du métal.

Marquage pour la traçabilité et le contrôle qualité

À des fins de contrôle qualité et de traçabilité des produits, chaque billette coupée destinée à un client ou à un processus d’extrusion en aval est généralement marquée au minimum avec le numéro de coulée et le numéro d’alliage.

Marqueur pneumatique / marteau à percussion

Ce type de marqueur est équipé de caractères qui sont positionnés manuellement sur une matrice. C’est à l’opérateur de la scie de remplacer ces caractères à chaque changement de numéro de coulée ou d’alliage. Les dispositifs de marquage sont montés dans la jauge de longueur des billettes de manière que le marquage ait lieu pendant le cycle de coupe. Solution simple et peu coûteuse, elle repose sur la rigueur et la discipline de l’opérateur.

Poinçonneuse à points programmable

Cette machine est entièrement automatique et communique directement avec le système de contrôle de manutention des billettes. Elle élimine les risques d’erreur de l’opérateur. Elle nécessite toutefois un entretien fréquent et le remplacement régulier de certaines pièces, ce qui rend généralement nécessaire l’utilisation d’une poinçonneuse de secours.

Marquage laser programmable

Ce procédé fonctionne de manière similaire au marquage par micro-percussion, mais au lieu poinçonner des points, un laser grave la surface du bout coupé. L’avantage de ce type de marquage est qu’il permet une meilleure traçabilité. Un code QR peut être généré et transmis à l’utilisateur final pour une relecture du produit. En fonction des données fournies, il est possible de remonter jusqu’aux données de coulée de l’aluminium. Le fabricant peut également graver le logo de son entreprise sur le matériau s’il le souhaite.

Dispositif de marquage laser et résultats

Empile. Attache. Emballe

Les billettes coupées sont ensuite acheminées vers la partie empilage et emballage du système de manutention. Les systèmes de manutention des billettes peuvent être configurés pour effectuer une, deux ou trois des tâches suivantes, en fonction des besoins de l’installation de production :

1. Empiler les billettes coupées à longueur dans des rayonnages qui servent à stocker les billettes destinées à l’extrusion en interne ;
2. Empiler et cercler les billettes coupées à longueur pour le stockage ou l’expédition aux clients ;
3. Former des couches et cercler les billettes longues (éboutés).

Pour les billettes coupées à longueur, celles-ci sont prises et placées à l’aide d’un robot ou d’une machine dédiée au ramassage et au placement. Une fois qu’un paquet complet est formé, il est pesé puis mis en position pour être cerclé.

Dans le cas des billettes éboutées (longues), un dispositif de « bras-transfert » les récupère par le dessous et les place sur une table de réception muni d’une balance. Une fois qu’une rangée complète est formée, un chariot de transfert de rangées déplace le paquet complet vers la station de cerclage.

La dernière étape du système de manutention des billettes consiste à les cercler et à insérer des patins en bois. Une fois qu’un paquet de billettes coupées à longueur ou éboutées est transféré vers la station de cerclage, la cercleuse automatique insère les patins de bois et les cerclages à des positions préprogrammées. Les systèmes de cerclage sont disponibles avec des cerclages en plastique ou en acier. Le choix du matériau de cerclage dépend de la distance, du type de transport et des préférences du client.

Station automatique de cerclage de billettes

En conclusion, l’un des avantages d’EPIQ Machinerie par rapport à la concurrence est la grue-portique du système d’homogénéisation qui ne touche pas aux billettes d’aluminium lors de l’assemblage ou le désassemblage des piles de fournées. De plus, nous manipulons le produit à l’aide d’entretoises. Tous les mouvements pendant le transfert des billettes d’extrusion sont effectués de manière linéaire, ce qui améliore la fiabilité et le positionnement de la billette au point de transfert.

À terme, la solution choisie doit garantir :

• Une croissance uniforme de la charge pendant les cycles d’homogénéisation.
• Un mouvement linéaire pour le transfert des billettes d’aluminium, sans roulement.
• Des entretoises robustes pour le four d’homogénéisation des billettes afin d’empêcher tout déplacement des charges.

Faire les bons choix et utiliser les dernières technologies en matière de manutention des billettes d’extrusion garantira une usine hautement productive, sûre et fiable.

Auteur : Marty DeGoey