Le défi des environnements à basse température : comment maintenir la précision de formage dans les usines de tubes soudés à -10°C ?

Dans des régions comme la Russie et l'Europe du Nord, les températures hivernales descendent souvent en dessous de -10°C. Le froid extrême peut réduire l'efficacité de transmission des usines de tubes soudés et provoquer des fluctuations dans la précision de formage (l'erreur de rondeur peut augmenter de ±0,08 mm à ±0,15 mm). Pour résoudre ce problème, des modifications techniques de la sélection de l'huile de lubrification et des systèmes de préchauffage des moteurs sont nécessaires, combinées aux principes de la science des matériaux et de la thermodynamique pour parvenir à une production stable.​

I. Impacts majeurs des basses températures sur les usines : de la défaillance de la lubrification à la déviation de la précision​

Le principal défi dans les environnements à basse température réside dans les changements brusques des propriétés physiques des matériaux:​

• À -10°C, la viscosité des huiles de lubrification minérales ordinaires augmente de 3 à 5 fois par rapport à la température ambiante, ce qui provoque une augmentation soudaine de la résistance dans les composants de transmission tels que les roulements et les boîtes de vitesses, avec des retards de réponse atteignant 0,5 seconde, affectant directement la synchronisation du formage ;​

• La résistance d'isolement des enroulements des moteurs diminue à basse température (les matériaux d'isolation de classe F peuvent voir la résistance d'isolement chuter de 100 MΩ à 20 MΩ à -10°C), augmentant le courant de démarrage de pointe de 20 % et déclenchant facilement des dysfonctionnements dans les systèmes de contrôle ;​

• La ductilité des bandes d'acier diminue de 5 à 8 % à basse température. Si la force de formage est instable, les tubes peuvent se froisser ou se fissurer, ce qui augmente les taux de rebut à plus de 8 %.​

II. Sélection de l'huile de lubrification : un indice de viscosité ≥140 est la "référence" pour la lubrification à basse température​

Selon les normes ISO 3448, des huiles synthétiques pour engrenages sont nécessaires pour les environnements à basse température, avec des indicateurs clés, notamment :​

• Indice de viscosité (VI) ≥140: Un VI plus élevé signifie de plus petits changements de viscosité avec la température. Par exemple, une huile synthétique PAO a une viscosité cinématique de 150 cSt à -10°C et de 120 cSt à température ambiante (25°C), avec un taux de variation de viscosité de seulement 25 % (contre 60 % pour les huiles minérales ordinaires) ;​

• Point d'écoulement ≤-30°C: Assure que l'huile ne se solidifie pas par grand froid, ce qui peut être obtenu en ajoutant des agents abaissant le point d'écoulement (par exemple, du polyméthacrylate) ;​

• Propriétés d'extrême pression et anti-usure (valeur Timken OK ≥35 kg): Les films d'huile sur les surfaces métalliques sont sujets à la rupture à basse température, ce qui nécessite des additifs soufre-phosphore pour former des films protecteurs chimiques et réduire l'usure des roulements.​

III. Modification du système de préchauffage du moteur : application précise des principes thermodynamiques​

Lorsqu'un moteur démarre directement à -10°C, il faut 30 minutes pour que la température de l'enroulement passe de -10°C à la température de fonctionnement (80°C), avec des fluctuations de couple de sortie atteignant 15 % pendant cette période. Le plan de modification est basé sur la théorie du chauffage par gradient:​

• Intégration des résistances PTC: 12 résistances céramiques PTC de 200 W sont intégrées dans les enroulements du stator du moteur, avec un "chauffage progressif" contrôlé par automate — d'abord chauffage à -2°C à 50 % de la puissance (10 minutes), puis à 5°C à 100 % de la puissance (5 minutes supplémentaires), assurant que la résistance d'isolement revient au-dessus de 50 MΩ ;​

• Contrôle en boucle fermée de la température: Des capteurs PT100 sont installés dans le boîtier et les enroulements du moteur pour surveiller les différences de température (≤5°C) en temps réel, empêchant le vieillissement de l'isolation dû à une surchauffe locale ;​

• Préchauffage lié des systèmes de transmission: Pendant le préchauffage du moteur, les pompes hydrauliques entraînent les rouleaux au ralenti à basse vitesse (10 m/min), en utilisant la chaleur de friction pour aider au réchauffement de l'huile de lubrification, réduisant le "temps de chauffe" pour la production formelle à 15 minutes.​

Vérification des données: Après modification, le courant de démarrage de pointe des moteurs dans une usine d'Europe du Nord est tombé à 5 fois le courant nominal (contre 7 fois auparavant), les fluctuations du couple des rouleaux de formage ont été contrôlées à ±5 % et l'erreur de rondeur des tubes de φ32 mm s'est stabilisée à ±0,07 mm.​

IV. Effets de l'intégration du système : de la validation en laboratoire à la chaîne de production​

Après modification, l'usine ZY32 chez un client russe a obtenu les résultats suivants à -12°C :​

• Système d'huile de lubrification : La perte de pression à -10°C est passée de 0,8 MPa à 0,3 MPa, avec une augmentation de la température des roulements stable à 45 K (norme internationale ≤60 K) ;​

• Système moteur : 100 % de réussite au premier démarrage après préchauffage, sans pannes d'arrêt causées par les basses températures ;​

• Précision du produit : Le taux de rebut des tubes soudés est passé de 7,2 % (avant modification) à 2,1 %, réduisant les pertes mensuelles d'environ 120 000 euros.​

Le contrôle de précision dans les environnements à basse température repose essentiellement sur la science des matériaux et la conception thermodynamique pour compenser les interférences environnementales. Pour les marchés russe et d'Europe du Nord, la sélection d'huiles de lubrification synthétiques avec un VI≥140 et de systèmes de préchauffage intelligents est non seulement nécessaire pour la production, mais aussi un avantage concurrentiel technique pour surmonter les limitations géographiques.​

Zhangjiagang Zhongyue Metallurgy Equipment Technology Co., Ltd, pionnier de la fabrication d'équipements métallurgiques de précision. Avec plus de cent cinquante productions annuelles, nos usines de tubes soudés à haute fréquence et nos lignes de poutres en H alimentent les industries automobile, médicale et des énergies renouvelables. Engagés dans l'excellence en R&D et l'innovation centrée sur le client, nous stimulons l'évolution de la fabrication intelligente à l'échelle mondiale.