Turnătoriile adoptă din ce în ce mai mult automatizarea proceselor bazate pe date pentru a atinge obiective pe termen lung de calitate superioară, mai puține deșeuri, timp de funcționare maxim și costuri minime. Sincronizarea digitală complet integrată a proceselor de turnare și modelare (turnare fără sudură) este deosebit de valoroasă pentru turnătoriile care se confruntă cu provocările producției just-in-time, timpilor de ciclu reduși și schimbărilor de model mai frecvente. Cu sistemele automate de turnare și modelare care se conectează perfect, procesul de turnare devine mai rapid, iar piesele de calitate superioară sunt produse mai constant. Procesul automat de turnare include monitorizarea temperaturii de turnare, precum și alimentarea cu material de inoculare și verificarea fiecărei matrițe. Acest lucru îmbunătățește calitatea fiecărei piese turnate și reduce rata de rebuturi. Această automatizare cuprinzătoare reduce, de asemenea, nevoia de operatori cu ani de experiență specializată. Operațiunile devin, de asemenea, mai sigure, deoarece sunt implicați, în general, mai puțini lucrători. Această viziune nu este o viziune a viitorului; acest lucru se întâmplă acum. Instrumente precum automatizarea turnătoriilor și robotica, colectarea și analiza datelor au evoluat de-a lungul deceniilor, dar progresul s-a accelerat recent odată cu dezvoltarea unui sistem de calcul de înaltă performanță accesibil și a senzorilor avansați în rețea Industry 4.0 și a sistemelor de control compatibile. Soluțiile și partenerii permit acum turnătoriilor să creeze o infrastructură robustă și inteligentă pentru a susține proiecte mai ambițioase, reunind mai multe subprocese anterior independente pentru a-și coordona eforturile. Stocarea și analizarea datelor de proces colectate de aceste sisteme automatizate și integrate deschide, de asemenea, ușa către un ciclu virtuos de îmbunătățire continuă bazată pe date. Turnătoriile pot colecta și analiza parametrii procesului examinând datele istorice pentru a găsi corelații între acestea și rezultatele procesului. Procesul automatizat oferă apoi un mediu transparent în care orice îmbunătățiri identificate prin analiză pot fi testate, validate și, acolo unde este posibil, implementate temeinic și rapid.
Provocările turnării fără sudură Datorită tendinței către producția just-in-time, clienții care utilizează liniile de turnare DISAMATIC® trebuie adesea să schimbe modelele frecvent între loturi mici. Folosind echipamente precum un schimbător automat de pulbere (APC) sau un schimbător rapid de pulbere (QPC) de la DISA, șabloanele pot fi schimbate în doar un minut. Pe măsură ce apar schimbări de model de mare viteză, blocajul din proces tinde să se deplaseze către turnare - timpul necesar pentru a mișca manual repartitorul de turnare pentru a turna după o schimbare de model. Turnarea fără sudură este cea mai bună modalitate de a îmbunătăți această etapă a procesului de turnare. Deși turnarea este adesea deja parțial automatizată, automatizarea completă necesită o integrare perfectă a sistemelor de control ale liniei de turnare și ale echipamentului de umplere, astfel încât acestea să funcționeze complet sincron în toate situațiile de operare posibile. Pentru a realiza acest lucru în mod fiabil, unitatea de turnare trebuie să știe exact unde este sigur să turneze următoarea matriță și, dacă este necesar, să ajusteze poziția unității de umplere. Realizarea unei umpleri automate eficiente într-un proces de producție stabil al aceleiași matrițe nu este atât de dificilă. De fiecare dată când se fabrică o matriță nouă, coloana matriței se deplasează pe aceeași distanță (grosimea matriței). În acest fel, unitatea de umplere poate rămâne în aceeași poziție, gata să umple următoarea matriță goală după oprirea liniei de producție. Sunt necesare doar ajustări minore ale poziției de turnare pentru a compensa modificările grosimii matriței cauzate de modificările compresibilității nisipului. Necesitatea acestor ajustări fine a fost recent redusă și mai mult datorită noilor caracteristici ale liniei de turnare care permit ca pozițiile de turnare să rămână mai consistente în timpul producției constante. După finalizarea fiecărei turnări, linia de turnare se deplasează din nou cu o cursă, plasând următoarea matriță goală la locul ei pentru a începe următoarea turnare. În timp ce se întâmplă acest lucru, dispozitivul de umplere poate fi reumplut. La schimbarea modelului, grosimea matriței se poate modifica, ceea ce necesită o automatizare complexă. Spre deosebire de procesul orizontal cu nisip, unde înălțimea cutiei de nisip este fixă, procesul vertical DISAMATIC® poate ajusta grosimea matriței la grosimea exactă necesară pentru fiecare set de modele pentru a menține un raport constant nisip/fier și a ține cont de înălțimea modelului. Acesta este un avantaj major în asigurarea calității optime a turnării și a utilizării resurselor, dar grosimile variabile ale matriței fac controlul automat al turnării mai dificil. După o schimbare de model, mașina DISAMATIC® începe să producă următorul lot de matrițe de aceeași grosime, dar mașina de umplere de pe linie umple în continuare matrițele modelului anterior, care pot avea o grosime diferită a matriței. Pentru a combate acest lucru, linia de turnare și instalația de umplere trebuie să funcționeze perfect ca un sistem sincronizat, producând matrițe de o grosime și turnând în siguranță o alta. Turnare fără probleme după schimbarea modelului. După schimbarea modelului, grosimea matriței rămase între mașinile de turnare rămâne aceeași. Unitatea de turnare realizată din modelul anterior rămâne aceeași, dar deoarece noua matriță care iese din mașina de turnare poate fi mai groasă sau mai subțire, întregul șir poate avansa la distanțe diferite în fiecare ciclu - până la grosimea noii forme. Aceasta înseamnă că, cu fiecare cursă a mașinii de turnare, sistemul de turnare fără probleme trebuie să ajusteze poziția de turnare în pregătirea următoarei turnări. După ce lotul anterior de matrițe este turnat, grosimea matriței devine din nou constantă și producția stabilă se reia. De exemplu, dacă noua matriță are o grosime de 150 mm în loc de matrița de 200 mm care era încă în curs de turnare anterior, dispozitivul de turnare trebuie să se deplaseze 50 mm înapoi spre mașina de turnare cu fiecare cursă a mașinii de turnare pentru a fi în poziția corectă de turnare. Pentru ca o instalație de turnare să se pregătească de turnare atunci când coloana matriței se oprește din mișcare, controlerul instalației de umplere trebuie să știe exact în ce matriță va turna și când și unde va ajunge în zona de turnare. Folosind un model nou care produce matrițe groase în timp ce turnează matrițe subțiri, sistemul ar trebui să poată turna două matrițe într-un singur ciclu. De exemplu, atunci când se realizează o matriță cu diametrul de 400 mm și se turnează o matriță cu diametrul de 200 mm, dispozitivul de turnare trebuie să fie la 200 mm distanță de mașina de turnare pentru fiecare matriță realizată. La un moment dat, cursa de 400 mm va împinge două matrițe neumplute cu diametrul de 200 mm în afara zonei posibile de turnare. În acest caz, mașina de turnare trebuie să aștepte până când dispozitivul de umplere a terminat de turnat cele două matrițe de 200 mm înainte de a trece la următoarea cursă. Sau, atunci când se fabrică matrițe subțiri, turnătorul trebuie să poată sări complet peste turnare în ciclu, turnând în același timp matrițe groase. De exemplu, atunci când se fabrică o matriță cu diametrul de 200 mm și se turnează o matriță cu diametrul de 400 mm, plasarea unei noi matrițe cu diametrul de 400 mm în zona de turnare înseamnă că trebuie fabricate două matrițe cu diametrul de 200 mm. Urmărirea, calculele și schimbul de date necesare pentru ca un sistem integrat de turnare și turnare să ofere o turnare automată fără probleme, așa cum este descris mai sus, au prezentat provocări pentru mulți furnizori de echipamente în trecut. Dar, datorită mașinilor moderne, sistemelor digitale și celor mai bune practici, turnarea fără probleme poate fi (și a fost) realizată rapid cu o configurare minimă. Principala cerință este o formă de „contabilitate” a procesului, furnizând informații despre locația fiecărei forme în timp real. Sistemul Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) de la DISA atinge acest obiectiv prin înregistrarea fiecărei matrițe fabricate și urmărirea mișcării acesteia pe linia de producție. Ca un cronometru de proces, generează o serie de fluxuri de date cu marcaj temporal care calculează poziția fiecărei matrițe și a duzei sale pe linia de producție în fiecare secundă. Dacă este necesar, acesta schimbă date în timp real cu sistemul de control al instalației de umplere și cu alte sisteme pentru a realiza o sincronizare precisă. Sistemul DISA extrage date importante pentru fiecare matriță din baza de date CIM, cum ar fi grosimea matriței și dacă aceasta poate/nu poate fi turnată, și le trimite către sistemul de control al instalației de umplere. Folosind aceste date precise (generate după extrudarea matriței), turnătorul poate muta ansamblul de turnare în poziția corectă înainte de sosirea matriței și apoi poate începe deschiderea tijei de oprire în timp ce matrița este încă în mișcare. Matrița ajunge la timp pentru a primi fierul de la instalația de turnare. Această sincronizare ideală este crucială, adică topitura ajunge cu precizie la cupa de turnare. Timpul de turnare este un blocaj comun al productivității, iar prin sincronizarea perfectă a începerii turnării, timpii de ciclu pot fi reduși cu câteva zecimi de secundă. Sistemul de turnare DISA transferă, de asemenea, date relevante de la mașina de turnare, cum ar fi dimensiunea curentă a matriței și presiunea de injecție, precum și date de proces mai ample, cum ar fi compresibilitatea nisipului, către Monitizer®|CIM. La rândul său, Monitizer®|CIM primește și stochează parametri critici pentru calitate pentru fiecare matriță de la instalația de umplere, cum ar fi temperatura de turnare, timpul de turnare și succesul proceselor de turnare și inoculare. Acest lucru permite marcarea formelor individuale ca fiind proaste și separarea acestora înainte de amestecarea în sistemul de agitare. Pe lângă automatizarea mașinilor de turnare, a liniilor de turnare și a turnării, Monitizer®|CIM oferă un cadru compatibil cu Industry 4.0 pentru achiziție, stocare, raportare și analiză. Managementul turnătoriei poate vizualiza rapoarte detaliate și poate analiza în detaliu datele pentru a urmări problemele de calitate și a genera potențiale îmbunătățiri. Experiența perfectă în turnare a Ortrander Ortrander Eisenhütte este o turnătorie de familie din Germania, specializată în producția de piese turnate din fontă de înaltă calitate, în volum mediu, pentru componente auto, sobe pe lemne de mare putere și infrastructură, precum și piese de utilaje generale. Turnătoria produce fontă cenușie, fontă ductilă și fontă grafitată compactată și produce aproximativ 27.000 de tone de piese turnate de înaltă calitate pe an, funcționând în două ture, cinci zile pe săptămână. Ortrander operează patru cuptoare de topire cu inducție de 6 tone și trei linii de turnare DISA, producând aproximativ 100 de tone de piese turnate pe zi. Aceasta include cicluri de producție scurte de o oră, uneori mai puțin pentru clienți importanți, astfel încât șablonul trebuie schimbat frecvent. Pentru a optimiza calitatea și eficiența, CEO-ul Bernd H. Williams-Book a investit resurse semnificative în implementarea automatizării și analiticii. Primul pas a fost automatizarea procesului de topire și dozare a fontei, modernizând trei cuptoare de turnare existente folosind cel mai recent sistem pourTECH, care include tehnologie laser 3D, incubare și control al temperaturii. Cuptoarele, liniile de turnare și turnare sunt acum controlate digital și sincronizate, funcționând aproape complet automat. Când mașina de turnare își schimbă modelul, controlerul de turnare pourTECH interoghează sistemul DISA Monitizer®|CIM pentru noile dimensiuni ale matriței. Pe baza datelor DISA, controlerul de turnare calculează unde să plaseze nodul de turnare pentru fiecare turnare. Acesta știe exact când sosește prima matriță nouă la instalația de umplere și trece automat la noua secvență de turnare. Dacă dispozitivul ajunge la sfârșitul cursei sale în orice moment, mașina DISAMATIC® se oprește și dispozitivul se întoarce automat. Când prima matriță nouă este scoasă din mașină, operatorul este alertat pentru a putea verifica vizual dacă aceasta se află în poziția corectă. Avantajele turnării fără sudură Procesele tradiționale de turnare manuală sau sistemele automatizate mai puțin complexe pot duce la pierderi de timp de producție în timpul schimbărilor de model, ceea ce este inevitabil chiar și cu schimbări rapide ale matriței pe o mașină de turnare. Resetarea manuală a turnătorului și a matrițelor de turnare este mai lentă, necesită mai mulți operatori și este predispusă la erori precum evazarea. Ortrander a descoperit că, atunci când îmbutelierea manuală, angajații săi oboseau în cele din urmă, își pierdeau concentrarea și făceau greșeli, cum ar fi slăbirea. Integrarea perfectă a turnării și turnării permite procese mai rapide, mai consecvente și de calitate superioară, reducând în același timp deșeurile și timpul de nefuncționare. Cu Ortrander, umplerea automată elimină cele trei minute necesare anterior pentru a ajusta poziția unității de umplere în timpul schimbărilor de model. Întregul proces de conversie dura 4,5 minute, a spus dl Williams-Book. Mai puțin de două minute astăzi. Prin schimbarea între 8 și 12 modele pe tură, angajații Ortrander petrec acum aproximativ 30 de minute pe tură, jumătate din cât era înainte. Calitatea este îmbunătățită printr-o consecvență mai mare și capacitatea de a optimiza continuu procesele. Ortrander a redus deșeurile cu aproximativ 20% prin introducerea turnării fără sudură. Pe lângă reducerea timpilor de nefuncționare la schimbarea modelelor, întreaga linie de turnare și turnare necesită doar două persoane în loc de cele trei anterioare. În unele ture, trei persoane pot opera două linii de producție complete. Monitorizarea este aproape tot ceea ce fac acești lucrători: în afară de selectarea următorului model, gestionarea amestecurilor de nisip și transportul topiturii, au puține sarcini manuale. Un alt beneficiu este nevoia redusă de angajați cu experiență, care sunt greu de găsit. Deși automatizarea necesită o oarecare instruire a operatorilor, aceasta oferă oamenilor informațiile critice despre proces de care au nevoie pentru a lua decizii bune. În viitor, mașinile ar putea lua toate deciziile. Dividendele de date din turnarea fără sudură Atunci când încearcă să îmbunătățească un proces, turnătoriile spun adesea: „Facem același lucru în același mod, dar cu rezultate diferite”. Așadar, turnează la aceeași temperatură și nivel timp de 10 secunde, dar unele piese turnate sunt bune, iar altele sunt proaste. Prin adăugarea de senzori automatizați, colectarea de date marcate temporal pentru fiecare parametru al procesului și monitorizarea rezultatelor, un sistem integrat de turnare fără sudură creează un lanț de date de proces corelate, facilitând identificarea cauzelor principale atunci când calitatea începe să se deterioreze. De exemplu, dacă apar incluziuni neașteptate într-un lot de discuri de frână, managerii pot verifica rapid dacă parametrii se încadrează în limite acceptabile. Deoarece controlerele pentru mașina de turnare, instalația de turnare și alte funcții, cum ar fi cuptoarele și mixerele de nisip, lucrează concertat, datele pe care le generează pot fi analizate pentru a identifica relațiile pe parcursul procesului, de la proprietățile nisipului până la calitatea finală a suprafeței piesei turnate. Un posibil exemplu este modul în care nivelul de turnare și temperatura afectează umplerea matriței pentru fiecare model individual. Baza de date rezultată pune, de asemenea, bazele pentru utilizarea viitoare a tehnicilor de analiză automată, cum ar fi învățarea automată și inteligența artificială (IA), pentru a optimiza procesele. Ortrander colectează date de proces în timp real prin interfețe ale mașinii, măsurători ale senzorilor și probe de testare. Pentru fiecare turnare în matriță, sunt colectați aproximativ o mie de parametri. Anterior, se înregistra doar timpul necesar pentru fiecare turnare, dar acum știe exact care este nivelul duzei de turnare în fiecare secundă, permițând personalului experimentat să examineze modul în care acest parametru afectează alți indicatori, precum și calitatea finală a piesei turnate. Lichidul este drenat din duza de turnare în timp ce matrița este umplută sau duza de turnare este umplută la un nivel aproape constant în timpul umplerii? Ortrander produce între trei și cinci milioane de matrițe pe an și a colectat o cantitate imensă de date. Ortrander stochează, de asemenea, mai multe imagini ale fiecărei turnări în baza de date pourTECH, în cazul unor probleme de calitate. Găsirea unei modalități de a evalua automat aceste imagini este un obiectiv viitor. Concluzie. Formarea și turnarea automată simultană au ca rezultat procese mai rapide, o calitate mai consistentă și mai puține deșeuri. Cu o turnare lină și o schimbare automată a modelului, linia de producție funcționează eficient și autonom, necesitând doar un efort manual minim. Deoarece operatorul joacă un rol de supraveghere, este necesar mai puțin personal. Turnarea fără sudură este utilizată acum în multe locuri din întreaga lume și poate fi aplicată tuturor turnătoriilor moderne. Fiecare turnătorie va necesita o soluție ușor diferită, adaptată nevoilor sale, dar tehnologia pentru implementarea acesteia este bine dovedită, disponibilă în prezent de la DISA și partenerul său pour-tech AB și nu necesită multă muncă. Se pot efectua lucrări personalizate. Utilizarea sporită a inteligenței artificiale și a automatizării inteligente în turnătorii este încă în faza de testare, dar pe măsură ce turnătoriile și producătorii de echipamente originale adună mai multe date și experiență suplimentară în următorii doi-trei ani, tranziția către automatizare se va accelera semnificativ. Această soluție este în prezent opțională, însă, deoarece inteligența datelor este cea mai bună modalitate de a optimiza procesele și de a îmbunătăți profitabilitatea, o automatizare sporită și colectarea datelor devin o practică standard, mai degrabă decât un proiect experimental. În trecut, cele mai mari atuuri ale unei turnătorii erau modelul său și experiența angajaților săi. Acum, că turnarea fără sudură este combinată cu o automatizare sporită și sistemele Industry 4.0, datele devin rapid al treilea pilon al succesului turnătoriei.
—Le mulțumim sincer pour-tech și Ortrander Eisenhütte pentru comentariile lor din timpul pregătirii acestui articol.
Da, aș dori să primesc newsletter-ul bilunar Foundry-Planet cu cele mai recente știri, teste și rapoarte despre produse și materiale. Plus newslettere speciale – toate cu anulare gratuită oricând.
Data publicării: 05 oct. 2023