Леярните все повече възприемат управлявана от данни автоматизация на процесите, за да постигнат дългосрочни цели за по-високо качество, по-малко отпадъци, максимално време за работа и минимални разходи.Напълно интегрираната цифрова синхронизация на процесите на изливане и формоване (безшевно леене) е особено ценна за леярни, изправени пред предизвикателствата на производството точно навреме, намалените времена на цикъла и по-честите смени на модела.С автоматизирани системи за формоване и леене, които безпроблемно се свързват, процесът на леене става по-бърз и по-последователно се произвеждат части с по-високо качество.Автоматизираният процес на изливане включва наблюдение на температурата на изливане, както и подаване на инокулационен материал и проверка на всяка форма.Това подобрява качеството на всяка отливка и намалява процента на скрап.Тази цялостна автоматизация също така намалява нуждата от оператори с дългогодишен специализиран опит.Операциите също стават по-безопасни, тъй като като цяло участват по-малко работници.Тази визия не е визия за бъдещето;Това се случва сега.Инструменти като автоматизация на леярни и роботика, събиране и анализ на данни са се развили в продължение на десетилетия, но прогресът се ускори напоследък с разработването на достъпни високопроизводителни изчисления и усъвършенствани мрежови сензори Industry 4.0 и съвместими системи за управление.Решенията и партньорите вече позволяват на леярните да създадат стабилна, интелигентна инфраструктура за поддръжка на по-амбициозни проекти, обединявайки множество преди това независими подпроцеси, за да координират усилията си.Съхраняването и анализирането на данни за процеса, събрани от тези автоматизирани, интегрирани системи, също отваря вратата към един благоприятен цикъл на непрекъснато подобрение, управлявано от данни.Леярните могат да събират и анализират параметри на процеса, като изследват исторически данни, за да намерят корелации между тях и резултатите от процеса.След това автоматизираният процес осигурява прозрачна среда, в която всички подобрения, идентифицирани от анализа, могат да бъдат задълбочено и бързо тествани, валидирани и, когато е възможно, приложени.
Предизвикателства при безшевното формоване Поради тенденцията към производство точно навреме, клиентите, използващи линии за формоване DISAMATIC®, често трябва да сменят моделите често между малки партиди.Използвайки оборудване като автоматична смяна на прах (APC) или устройство за бърза смяна на прах (QPC) от DISA, шаблоните могат да се сменят само за една минута.Тъй като настъпват високоскоростни промени в модела, тясното място в процеса има тенденция да се измества към изливането - времето, необходимо за ръчно преместване на резервоара за изливане след промяна на модела.Безшевното леене е най-добрият начин за подобряване на тази стъпка от процеса на леене.Въпреки че леенето често вече е частично автоматизирано, пълната автоматизация изисква безпроблемна интеграция на системите за управление на формовъчната линия и оборудването за пълнене, така че да работят напълно синхронно във всички възможни работни ситуации.За да се постигне това надеждно, модулът за изливане трябва да знае точно къде е безопасно да излее следващата форма и, ако е необходимо, да коригира позицията на модула за пълнене.Постигането на ефективно автоматично пълнене в стабилен производствен процес на една и съща форма не е толкова трудно.Всеки път, когато се прави нова форма, колоната на матрицата се движи на същото разстояние (дебелина на матрицата).По този начин модулът за пълнене може да остане в същата позиция, готов да запълни следващата празна форма след спиране на производствената линия.Необходими са само незначителни корекции на позицията на изливане, за да се компенсират промените в дебелината на матрицата, причинени от промени в свиваемостта на пясъка.Необходимостта от тези фини настройки наскоро беше допълнително намалена благодарение на новите функции на линията за формоване, които позволяват позициите за изливане да останат по-последователни по време на последователно производство.След като всяко изливане приключи, формовъчната линия се премества отново с един ход, поставяйки следващата празна форма на място, за да започне следващото изливане.Докато това се случва, устройството за пълнене може да се напълни отново.При смяна на модела дебелината на формата може да се промени, което изисква сложна автоматизация.За разлика от процеса на хоризонтална пясъчна кутия, където височината на пясъчната кутия е фиксирана, вертикалният процес DISAMATIC® може да регулира дебелината на матрицата до точната дебелина, необходима за всеки набор от модели, за да поддържа постоянно съотношение пясък към желязо и да отчете височината на модела.Това е основно предимство за осигуряване на оптимално качество на отливката и използване на ресурсите, но различните дебелини на формата правят автоматичния контрол на отливката по-предизвикателен.След смяна на модела машината DISAMATIC® започва да произвежда следващата партида форми със същата дебелина, но машината за пълнене на линията все още запълва формите от предишния модел, който може да има различна дебелина на формата.За да се бори с това, линията за формоване и заводът за пълнене трябва да работят безпроблемно като една синхронизирана система, произвеждайки форми с една дебелина и безопасно изливайки друга.Безпроблемно изливане след промяна на модела.След промяна на шаблона, дебелината на останалата форма между формовъчните машини остава същата.Устройството за изливане, направено от предишния модел, остава същото, но тъй като новата форма, излизаща от формовъчната машина, може да бъде по-дебела или по-тънка, цялата струна може да се придвижва на различни разстояния във всеки цикъл – до дебелината на новата форма.Това означава, че с всеки ход на формовъчната машина системата за безшевно отливане трябва да коригира позицията на отливката в подготовка за следващото отливане.След като се излее предишната партида форми, дебелината на формата отново става постоянна и стабилното производство се възобновява.Например, ако новата форма е с дебелина 150 mm вместо формата с дебелина 200 mm, която все още се излива преди, устройството за изливане трябва да се движи 50 mm назад към машината за формоване с всеки ход на машината за формоване, за да бъде в правилната позиция за изливане..За да може една леярска инсталация да се подготви за изливане, когато колоната на формата спре да се движи, контролерът на пълнителната инсталация трябва да знае точно в каква форма ще се излива и кога и къде ще пристигне в зоната на изливане.Използвайки нов модел, който произвежда дебели форми, докато лее тънки форми, системата трябва да може да отлива две форми в един цикъл.Например, когато правите форма с диаметър 400 мм и изливате форма с диаметър 200 мм, устройството за изливане трябва да е на 200 мм от машината за формоване за всяка изработена форма.В даден момент ходът от 400 mm ще изтласка две незапълнени форми с диаметър 200 mm извън възможната зона за изливане.В този случай формовъчната машина трябва да изчака, докато устройството за пълнене приключи с изливането на двете 200 mm форми, преди да премине към следващия ход.Или, когато правите тънки форми, изливачът трябва да може да пропусне напълно изливането в цикъла, докато все още излива дебели форми.Например, когато се прави форма с диаметър 200 mm и се излива форма с диаметър 400 mm, поставянето на нова форма с диаметър 400 mm в зоната за изливане означава, че трябва да се направят две форми с диаметър 200 mm.Проследяването, изчисленията и обменът на данни, необходими за интегрирана система за формоване и изливане, за да осигури безпроблемно автоматизирано изливане, както е описано по-горе, са представлявали предизвикателства за много доставчици на оборудване в миналото.Но благодарение на модерните машини, цифровите системи и най-добрите практики, безпроблемното изливане може да бъде (и е било) постигнато бързо с минимална настройка.Основното изискване е някаква форма на „отчитане“ на процеса, предоставяща информация за местоположението на всяка форма в реално време.Системата Monitizer®|CIM (Компютърно интегриран модул) на DISA постига тази цел, като записва всяка изработена форма и проследява движението й през производствената линия.Като таймер за процес, той генерира поредица от потоци от данни с щамповане на времето, които изчисляват позицията на всяка форма и нейната дюза на производствената линия всяка секунда.Ако е необходимо, той обменя данни в реално време със системата за управление на завода за пълнене и други системи за постигане на прецизна синхронизация.Системата DISA извлича важни данни за всяка форма от базата данни CIM, като дебелина на матрицата и може/не може да се излее, и ги изпраща до системата за контрол на завода за пълнене.Използвайки тези точни данни (генерирани след екструдиране на матрицата), машината за изливане може да премести модула за изливане в правилната позиция, преди да пристигне формата, и след това да започне да отваря запушалката, докато матрицата все още се движи.Формата пристига навреме, за да приеме желязото от леярската инсталация.Това идеално време е от решаващо значение, т.е. стопилката достига точно чашата за наливане.Времето за изливане е често срещано затруднение в производителността и чрез перфектното синхронизиране на началото на изливането, времената на цикъла могат да бъдат намалени с няколко десети от секундата.Системата за формоване DISA също прехвърля съответните данни от машината за формоване, като текущия размер на формата и налягането на впръскване, както и по-широки данни за процеса, като свиваемост на пясък, към Monitizer®|CIM.На свой ред Monitizer®|CIM получава и съхранява критични за качеството параметри за всяка форма от завода за пълнене, като температура на изливане, време на изливане и успех на процесите на изливане и инокулация.Това позволява отделните форми да бъдат маркирани като лоши и разделени преди смесване в системата за разклащане.В допълнение към автоматизирането на формовъчни машини, формовъчни линии и леене, Monitizer®|CIM осигурява съвместима с Industry 4.0 рамка за придобиване, съхранение, отчитане и анализ.Ръководството на леярната може да преглежда подробни отчети и да се задълбочава в данните, за да проследява проблеми с качеството и да стимулира потенциални подобрения.Опитът на безшевното леене на Ortrander Ortrander Eisenhütte е семейна леярна в Германия, която е специализирана в производството на среден обем, висококачествени чугунени отливки за автомобилни компоненти, тежки печки на дърва и инфраструктура, както и общи части за машини.Леярната произвежда сив чугун, сферографитен чугун и пресован графитен чугун и произвежда приблизително 27 000 тона висококачествени отливки годишно, като работи на две смени пет дни в седмицата.Ortrander управлява четири 6-тонни индукционни топилни пещи и три формовъчни линии DISA, произвеждащи приблизително 100 тона отливки на ден.Това включва кратки производствени серии от един час, понякога по-малко за важни клиенти, така че шаблонът трябва да се променя често.За да оптимизира качеството и ефективността, изпълнителният директор Бернд Х. Уилямс-Бук инвестира значителни ресурси в внедряването на автоматизация и анализи.Първата стъпка беше да се автоматизира процеса на топене и дозиране на желязото, като се модернизират три съществуващи леярски пещи с помощта на най-новата система pourTECH, която включва 3D лазерна технология, инкубация и контрол на температурата.Пещите, линиите за формоване и леене вече са цифрово управлявани и синхронизирани, като работят почти напълно автоматично.Когато формовъчната машина смени модела, контролерът за изливане pourTECH отправя запитване към системата DISA Monitizer®|CIM за новите размери на формата.Въз основа на данните от DISA, контролерът за изливане изчислява къде да постави възела за изливане за всяко изливане.Той знае точно кога първата нова форма пристига в завода за пълнене и автоматично превключва към новата последователност на изливане.Ако приспособлението достигне края на своя ход по всяко време, машината DISAMATIC® спира и приспособлението автоматично се връща.Когато първата нова форма се извади от машината, операторът се предупреждава, за да може визуално да провери дали е в правилната позиция.Предимствата на безшевното леене Традиционните процеси на ръчно леене или по-малко сложните автоматизирани системи могат да доведат до загуба на производствено време по време на смяната на модела, което е неизбежно дори при бързи смени на формата на формовъчната машина.Ръчното нулиране на устройството за изливане и формите за изливане е по-бавно, изисква повече оператори и е предразположено към грешки като разваляне.Ортрандър установява, че при ръчно бутилиране служителите му в крайна сметка се изморяват, губят концентрация и допускат грешки, като например отпускане.Безпроблемното интегриране на формоването и изливането позволява по-бързи, по-последователни и по-висококачествени процеси, като същевременно намалява отпадъците и времето за престой.С Ortrander автоматичното пълнене елиминира трите минути, необходими преди това за регулиране на позицията на модула за пълнене по време на промяна на модела.Целият процес на преобразуване отнемаше 4,5 минути, каза г-н Уилямс-Бук.По-малко от две минути днес.Сменяйки между 8 и 12 модела на смяна, служителите на Ortrander сега прекарват около 30 минути на смяна, наполовина по-малко от преди.Качеството се подобрява чрез по-голяма последователност и способност за непрекъснато оптимизиране на процесите.Ortrander намали отпадъците с приблизително 20% чрез въвеждане на безшевно леене.В допълнение към намаляването на времето за престой при смяна на модели, цялата линия за формоване и изливане изисква само двама души вместо предишните трима.На някои смени трима души могат да управляват две пълни производствени линии.Наблюдението е почти всичко, което тези работници правят: освен избора на следващия модел, управлението на пясъчните смеси и транспортирането на стопилката, те имат малко ръчни задачи.Друга полза е намалената нужда от опитни служители, които трудно се намират.Въпреки че автоматизацията изисква известно обучение на оператора, тя предоставя на хората критичната информация за процеса, от която се нуждаят, за да вземат добри решения.В бъдеще машините могат да вземат всички решения.Дивиденти от данни от безпроблемно леене Когато се опитват да подобрят даден процес, леярните често казват: „Правим едно и също нещо по същия начин, но с различни резултати.“Така че те хвърлят при една и съща температура и ниво за 10 секунди, но някои отливки са добри, а други лоши.Чрез добавяне на автоматизирани сензори, събиране на маркирани с време данни за всеки параметър на процеса и наблюдение на резултатите, интегрирана система за безпроблемно леене създава верига от свързани данни за процеса, което улеснява идентифицирането на основните причини, когато качеството започне да се влошава.Например, ако се появят неочаквани включвания в партида спирачни дискове, мениджърите могат бързо да проверят дали параметрите са в приемливи граници.Тъй като контролерите за формовъчната машина, леярската инсталация и други функции като пещи и смесители за пясък работят съвместно, генерираните от тях данни могат да бъдат анализирани, за да се идентифицират връзките по време на целия процес, от свойствата на пясъка до крайното качество на повърхността на отливката.Един възможен пример е как нивото на изливане и температурата влияят върху пълненето на формата за всеки отделен модел.Получената база данни също така полага основата за бъдещото използване на техники за автоматизиран анализ като машинно обучение и изкуствен интелект (AI) за оптимизиране на процесите.Ortrander събира данни за процеса в реално време чрез машинни интерфейси, сензорни измервания и тестови проби.За всяка отливка се събират около хиляда параметъра.Преди това записваше само времето, необходимо за всяко изливане, но сега знае точно какво е нивото на изливната дюза всяка секунда, което позволява на опитен персонал да изследва как този параметър влияе на други показатели, както и на крайното качество на отливката.Течността източва ли се от дюзата за изливане, докато формата се пълни, или дюзата за изливане е напълнена до почти постоянно ниво по време на пълнене?Ortrander произвежда от три до пет милиона форми годишно и е събрал огромно количество данни.Ortrander също съхранява множество изображения на всяко изливане в базата данни на pourTECH в случай на проблеми с качеството.Намирането на начин за автоматично оценяване на тези изображения е бъдеща цел.Заключение.Едновременното автоматизирано формоване и изливане води до по-бързи процеси, по-постоянно качество и по-малко отпадъци.С плавно отливане и автоматична смяна на модела, производствената линия работи ефективно автономно, като изисква само минимално ръчно усилие.Тъй като операторът играе надзорна роля, е необходим по-малко персонал.Безшевното леене сега се използва на много места по света и може да се прилага във всички съвременни леярни.Всяка леярна ще изисква малко по-различно решение, съобразено с нейните нужди, но технологията за прилагането му е добре доказана, в момента се предлага от DISA и нейния партньор pour-tech AB и не изисква много работа.Може да се извърши работа по поръчка.Увеличеното използване на изкуствен интелект и интелигентна автоматизация в леярните все още е във фаза на тестване, но тъй като леярните и OEM производителите събират повече данни и допълнителен опит през следващите две до три години, преходът към автоматизация ще се ускори значително.Понастоящем обаче това решение не е задължително, тъй като разузнаването на данни е най-добрият начин за оптимизиране на процесите и подобряване на рентабилността, по-голямата автоматизация и събирането на данни се превръщат в стандартна практика, а не в експериментален проект.В миналото най-големите активи на леярната бяха нейният модел и опитът на нейните служители.Сега, когато безшевното леене е комбинирано с по-голяма автоматизация и системи Industry 4.0, данните бързо се превръщат в третия стълб на успеха на леярството.
— Искрено благодарим на pour-tech и Ortrander Eisenhütte за техните коментари по време на подготовката на тази статия.
Да, бих искал да получавам двуседмичния бюлетин на Foundry-Planet с всички последни новини, тестове и доклади за продукти и материали.Плюс специални бюлетини – всички с безплатно анулиране по всяко време.
Време на публикуване: 5 октомври 2023 г