Slévárny stále více přijímají automatizaci procesů řízenou daty, aby dosáhly dlouhodobých cílů vyšší kvality, menšího množství odpadu, maximální doby provozuschopnosti a minimálních nákladů.Plně integrovaná digitální synchronizace procesů lití a formování (bezešvé lití) je zvláště cenná pro slévárny, které čelí výzvám výroby just-in-time, zkrácení doby cyklů a častějších změn modelu.S automatizovanými formovacími a odlévacími systémy, které se hladce propojují, se proces odlévání zrychluje a kvalitnější díly jsou vyráběny důsledněji.Automatizovaný proces lití zahrnuje monitorování teploty lití, stejně jako podávání očkovacího materiálu a kontrolu každé formy.To zlepšuje kvalitu každého odlitku a snižuje zmetkovitost.Tato komplexní automatizace také snižuje potřebu operátorů s dlouholetými specializovanými zkušenostmi.Operace se také stávají bezpečnějšími, protože je celkově zapojeno méně pracovníků.Tato vize není vizí budoucnosti;To se nyní děje.Nástroje, jako je automatizace sléváren a robotika, sběr a analýza dat, se vyvíjely po desetiletí, ale pokrok se v poslední době zrychlil díky vývoji cenově dostupných vysoce výkonných počítačů a pokročilých síťových senzorů Průmyslu 4.0 a kompatibilních řídicích systémů.Řešení a partneři nyní umožňují slévárnám vytvořit robustní, inteligentní infrastrukturu pro podporu ambicióznějších projektů, která spojuje několik dříve nezávislých dílčích procesů za účelem koordinace jejich úsilí.Ukládání a analýza procesních dat shromážděných těmito automatizovanými, integrovanými systémy také otevírá dveře k účinnému cyklu neustálého zlepšování založeného na datech.Slévárny mohou shromažďovat a analyzovat parametry procesu zkoumáním historických dat, aby našly korelace mezi nimi a výsledky procesu.Automatizovaný proces pak poskytuje transparentní prostředí, ve kterém lze veškerá vylepšení identifikovaná analýzou důkladně a rychle otestovat, ověřit a tam, kde je to možné, implementovat.
Výzvy pro bezproblémové tvarování Vzhledem k trendu výroby just-in-time musí zákazníci používající formovací linky DISAMATIC® často měnit modely mezi malými dávkami.Pomocí zařízení, jako je automatický výměník prášku (APC) nebo rychlý měnič prášku (QPC) od DISA, lze šablony měnit již za jednu minutu.Jak dochází k vysokorychlostním změnám vzoru, úzké hrdlo procesu má tendenci se posouvat směrem k lití – čas potřebný k ručnímu přesunutí mezipánve k nalití po změně vzoru.Bezešvé lití je nejlepší způsob, jak zlepšit tento krok procesu lití.Přestože je odlévání často již částečně automatizováno, plná automatizace vyžaduje bezproblémovou integraci řídicích systémů formovací linky a plnicího zařízení tak, aby fungovaly zcela synchronně ve všech možných provozních situacích.Aby toho bylo spolehlivě dosaženo, musí licí jednotka přesně vědět, kam je bezpečné nalít další formu, a v případě potřeby upravit polohu plnící jednotky.Dosáhnout efektivního automatického plnění ve stabilním výrobním procesu stejné formy není tak obtížné.Při každé výrobě nové formy se sloupec formy posune o stejnou vzdálenost (tloušťku formy).Tímto způsobem může plnicí jednotka zůstat ve stejné poloze, připravena plnit další prázdnou formu po zastavení výrobní linky.Pro kompenzaci změn tloušťky formy způsobených změnami stlačitelnosti písku jsou zapotřebí pouze drobné úpravy polohy lití.Potřeba těchto jemných úprav byla nedávno dále snížena díky novým vlastnostem formovací linky, které umožňují, aby pozice odlévání zůstaly konzistentnější během konzistentní výroby.Po dokončení každého lití se formovací linka znovu posune o jeden tah a umístí další prázdnou formu na místo, aby se začalo další lití.Zatímco se to děje, plnicí zařízení lze znovu naplnit.Při změně modelu se může změnit tloušťka formy, což vyžaduje složitou automatizaci.Na rozdíl od procesu horizontálního pískoviště, kde je výška pískoviště pevná, může vertikální proces DISAMATIC® upravit tloušťku formy na přesnou tloušťku potřebnou pro každou sadu modelů, aby byl zachován konstantní poměr písku k železu a zohledněna výška. modelu.To je hlavní výhoda pro zajištění optimální kvality odlitku a využití zdrojů, ale různé tloušťky formy činí automatické řízení odlévání náročnější.Po změně modelu začne stroj DISAMATIC® vyrábět další dávku forem stejné tloušťky, ale plnicí stroj na lince stále plní formy předchozího modelu, který může mít jinou tloušťku formy.Aby se tomu zabránilo, musí formovací linka a plnicí zařízení hladce fungovat jako jeden synchronizovaný systém, vyrábět formy jedné tloušťky a bezpečně odlévat další.Bezproblémové nalévání po změně vzoru.Po změně vzoru zůstává tloušťka zbývající formy mezi formovacími stroji stejná.Licí jednotka vyrobená z předchozího modelu zůstává stejná, ale protože nová forma vycházející z formovacího stroje může být tlustší nebo tenčí, může se celá struna v každém cyklu posouvat na různé vzdálenosti – na tloušťku nové formy.To znamená, že s každým zdvihem formovacího stroje musí systém bezešvého lití upravit polohu odlévání v rámci přípravy na další odlévání.Po nalití předchozí dávky forem se tloušťka formy opět ustálí a obnoví se stabilní výroba.Pokud má například nová forma tloušťku 150 mm namísto 200 mm tlusté formy, která se dosud odlévala, musí se licí zařízení posunout o 50 mm zpět směrem k formovacímu stroji s každým zdvihem formovacího stroje, aby bylo ve správné poloze pro lití..Aby se licí zařízení připravilo na lití, když se kolona formy přestane pohybovat, musí řídicí jednotka plnicího zařízení přesně vědět, do jaké formy bude nalévat a kdy a kam dorazí do oblasti licího prostoru.Pomocí nového modelu, který vyrábí tlusté formy při odlévání tenkých forem, by měl být systém schopen odlévat dvě formy v jednom cyklu.Například při výrobě formy o průměru 400 mm a lití formy o průměru 200 mm musí být licí zařízení vzdáleno 200 mm od formovacího stroje pro každou vyrobenou formu.V určitém okamžiku zdvih 400 mm vytlačí dvě nenaplněné formy o průměru 200 mm z možné oblasti lití.V tomto případě musí formovací stroj počkat, dokud plnicí zařízení nedokončí nalévání dvou 200mm forem, než přejde k dalšímu zdvihu.Nebo při výrobě tenkých forem musí být nalévač schopen zcela vynechat nalévání v cyklu a přitom stále nalévat tlusté formy.Například při výrobě formy o průměru 200 mm a lití formy o průměru 400 mm umístění nové formy o průměru 400 mm do oblasti odlévání znamená, že je třeba vyrobit dvě formy o průměru 200 mm.Sledování, výpočty a výměna dat vyžadovaná pro integrovaný formovací a licí systém pro zajištění bezproblémového automatizovaného lití, jak je popsáno výše, představovaly v minulosti výzvy pro mnoho dodavatelů zařízení.Ale díky moderním strojům, digitálním systémům a osvědčeným postupům lze (a bylo) dosáhnout bezproblémového lití rychle s minimálním nastavením.Hlavním požadavkem je určitá forma „účtování“ procesu, poskytování informací o umístění každého formuláře v reálném čase.Systém DISA Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) dosahuje tohoto cíle tím, že zaznamenává každou vyrobenou formu a sleduje její pohyb po výrobní lince.Jako procesní časovač generuje řadu časově označených datových toků, které každou sekundu vypočítávají polohu každé formy a její trysky na výrobní lince.V případě potřeby si vyměňuje data v reálném čase s řídicím systémem plnicího zařízení a dalšími systémy, aby bylo dosaženo přesné synchronizace.Systém DISA extrahuje důležitá data pro každou formu z databáze CIM, jako je tloušťka formy a může/nelze nalít, a odešle je do řídicího systému plnicího zařízení.Pomocí těchto přesných údajů (vygenerovaných po vytlačení formy) může licí zařízení přesunout licí sestavu do správné polohy před příchodem formy a poté začít otevírat zátkovou tyč, zatímco se forma stále pohybuje.Forma dorazí včas, aby přijala železo z licího zařízení.Toto ideální načasování je rozhodující, tj. tavenina dosáhne přesně k nalévací nádobě.Doba lití je běžným úzkým hrdlem produktivity a dokonalým načasováním začátku lití lze časy cyklů zkrátit o několik desetin sekundy.Formovací systém DISA také přenáší relevantní data z formovacího stroje, jako je aktuální velikost formy a vstřikovací tlak, a také širší procesní data, jako je stlačitelnost písku, do Monitizer®|CIM.Monitizer®|CIM naopak přijímá a ukládá kritické parametry kvality pro každou formu z plnicího zařízení, jako je teplota lití, doba lití a úspěšnost procesů lití a inokulace.To umožňuje jednotlivé formy označit jako špatné a před smícháním v třepacím systému je oddělit.Kromě automatizace formovacích strojů, formovacích linek a odlévání poskytuje Monitizer®|CIM rámec vyhovující Průmyslu 4.0 pro získávání, ukládání, vykazování a analýzu.Management slévárny může zobrazit podrobné zprávy a proniknout do dat, aby mohl sledovat problémy s kvalitou a podporovat potenciální zlepšení.Zkušenosti s bezproblémovým litím společnosti Ortrander Ortrander Eisenhütte je rodinná slévárna v Německu, která se specializuje na výrobu středněobjemových vysoce kvalitních odlitků ze železa pro automobilové komponenty, kamna na dřevo a infrastrukturu pro velká zatížení a obecné části strojů.Slévárna vyrábí šedou litinu, tvárnou litinu a zhutněnou grafitovou litinu a ročně vyrobí přibližně 27 000 tun vysoce kvalitních odlitků ve dvousměnném provozu pět dní v týdnu.Ortrander provozuje čtyři 6tunové indukční tavicí pece a tři formovací linky DISA, které vyrobí přibližně 100 tun odlitků denně.To zahrnuje krátké výrobní série v délce jedné hodiny, někdy méně pro důležité klienty, takže šablona se musí často měnit.Pro optimalizaci kvality a efektivity investoval generální ředitel Bernd H. Williams-Book značné zdroje do implementace automatizace a analýzy.Prvním krokem byla automatizace procesu tavení a dávkování železa, modernizace tří stávajících licích pecí pomocí nejnovějšího systému pourTECH, který zahrnuje 3D laserovou technologii, inkubaci a řízení teploty.Pece, formovací a licí linky jsou nyní digitálně řízeny a synchronizovány a fungují téměř zcela automaticky.Když formovací stroj změní model, řídicí jednotka pourTECH se zeptá systému DISA Monitizer®|CIM na nové rozměry formy.Na základě dat DISA vypočítá regulátor nalévání, kam umístit uzel nalévání pro každé nalévání.Přesně ví, kdy do plnicího zařízení dorazí první nová forma, a automaticky se přepne na novou sekvenci lití.Pokud přípravek kdykoli dosáhne konce zdvihu, stroj DISAMATIC® se zastaví a přípravek se automaticky vrátí zpět.Při vyjmutí první nové formy ze stroje je obsluha upozorněna, aby mohla vizuálně zkontrolovat, zda je ve správné poloze.Výhody bezproblémového lití Tradiční procesy ručního lití nebo méně složité automatizované systémy mohou mít za následek ztrátu výrobního času při změnách modelu, což je nevyhnutelné i při rychlých výměnách forem na formovacím stroji.Ruční resetování licí a licí formy je pomalejší, vyžaduje více operátorů a je náchylné k chybám, jako je vzplanutí.Ortrander zjistil, že při ručním stáčení se jeho zaměstnanci nakonec unaví, ztrácejí koncentraci a dělají chyby, například flákají.Bezproblémová integrace lisování a lití umožňuje rychlejší, konzistentnější a kvalitnější procesy a zároveň snižuje plýtvání a prostoje.S Ortranderem eliminuje automatické plnění tři minuty dříve nutné k úpravě polohy plnicí jednotky během změn modelu.Celý proces konverze dříve trval 4,5 minuty, řekl pan Williams-Book.Dnes méně než dvě minuty.Střídáním 8 až 12 modelů za směnu nyní zaměstnanci Ortrander stráví asi 30 minut za směnu, což je o polovinu méně než dříve.Kvalita se zvyšuje díky větší konzistenci a schopnosti neustále optimalizovat procesy.Společnost Ortrander snížila odpad přibližně o 20 % zavedením bezešvého lití.Kromě snížení prostojů při výměně modelů vyžaduje celá formovací a licí linka pouze dva lidi místo předchozích tří.Na některých směnách mohou tři lidé obsluhovat dvě kompletní výrobní linky.Téměř vše, co tito pracovníci dělají, je monitorování: kromě výběru dalšího modelu, správy pískových směsí a přepravy taveniny mají jen málo manuálních úkolů.Dalším benefitem je snížená potřeba zkušených zaměstnanců, kteří se obtížně hledají.Přestože automatizace vyžaduje určité školení operátorů, poskytuje lidem kritické informace o procesech, které potřebují pro správná rozhodnutí.V budoucnu mohou o všech rozhodnutích rozhodovat stroje.Datové dividendy z bezproblémového lití Když se slévárny snaží zlepšit proces, často říkají: „Děláme totéž stejným způsobem, ale s jinými výsledky.“Odlévají tedy při stejné teplotě a úrovni po dobu 10 sekund, ale některé odlitky jsou dobré a některé špatné.Přidáním automatických senzorů, shromažďováním časových údajů o každém parametru procesu a monitorováním výsledků vytváří integrovaný systém bezproblémového odlévání řetězec souvisejících procesních dat, což usnadňuje identifikaci hlavních příčin, když se kvalita začne zhoršovat.Pokud se například objeví neočekávané vměstky v dávce brzdových kotoučů, manažeři mohou rychle zkontrolovat, zda jsou parametry v přijatelných mezích.Protože řídicí jednotky pro formovací stroj, slévárnu a další funkce, jako jsou pece a míchačky písku, pracují ve shodě, data, která generují, mohou být analyzována za účelem zjištění vztahů v průběhu procesu, od vlastností písku po konečnou kvalitu povrchu odlitku.Jedním z možných příkladů je, jak úroveň nalévání a teplota ovlivňují plnění formy pro každý jednotlivý model.Výsledná databáze také pokládá základ pro budoucí použití automatizovaných analytických technik, jako je strojové učení a umělá inteligence (AI), k optimalizaci procesů.Ortander shromažďuje procesní data v reálném čase prostřednictvím rozhraní strojů, měření senzorů a testovacích vzorků.Pro každý odlitek formy se shromažďuje asi tisíc parametrů.Dříve zaznamenával pouze čas potřebný pro každé odlévání, ale nyní přesně ví, jaká je hladina nalévací trysky každou sekundu, což umožňuje zkušenému personálu zkoumat, jak tento parametr ovlivňuje další ukazatele a také výslednou kvalitu odlitku.Vytéká kapalina z licí trysky během plnění formy nebo je licí tryska během plnění naplněna téměř na konstantní úroveň?Ortrander ročně vyrobí tři až pět milionů forem a nasbíral obrovské množství dat.Ortrander také ukládá více obrázků každého nalití do databáze pourTECH pro případ problémů s kvalitou.Nalezení způsobu, jak automaticky hodnotit tyto obrázky, je budoucím cílem.Závěr.Simultánní automatizované tvarování a lití vede k rychlejším procesům, konzistentnější kvalitě a menšímu odpadu.Díky hladkému odlévání a automatické změně vzoru funguje výrobní linka efektivně autonomně a vyžaduje pouze minimální manuální úsilí.Protože operátor hraje roli dozoru, je zapotřebí méně personálu.Bezešvé lití se nyní používá na mnoha místech po celém světě a lze jej použít ve všech moderních slévárnách.Každá slévárna bude vyžadovat trochu jiné řešení šité na míru jejím potřebám, ale technologie pro jeho implementaci je dobře osvědčená, v současné době dostupná od společnosti DISA a jejího partnera pour-tech AB a nevyžaduje mnoho práce.Lze provést zakázkovou práci.Zvýšené využívání umělé inteligence a inteligentní automatizace ve slévárnách je stále ve fázi testování, ale jak slévárny a OEM během příštích dvou až tří let shromáždí více dat a dalších zkušeností, přechod na automatizaci se výrazně zrychlí.Toto řešení je však v současnosti volitelné, protože datová inteligence je nejlepší způsob, jak optimalizovat procesy a zlepšit ziskovost, větší automatizace a sběr dat se stávají standardní praxí spíše než experimentálním projektem.V minulosti byly největší devizou slévárny její model a zkušenosti jejích zaměstnanců.Nyní, když je bezešvé lití kombinováno s větší automatizací a systémy Průmyslu 4.0, se data rychle stávají třetím pilířem úspěchu slévárny.
—Upřímně děkujeme společnostem pour-tech a Ortrander Eisenhütte za jejich komentáře během přípravy tohoto článku.
Ano, rád bych dostával dvakrát týdně newsletter Foundry-Planet se všemi nejnovějšími novinkami, testy a zprávami o produktech a materiálech.Plus speciální zpravodaje – to vše s možností bezplatného zrušení kdykoli.
Čas odeslání: říjen-05-2023