automatisches Formen

Gießereien setzen zunehmend auf datengesteuerte Prozessautomatisierung, um langfristige Ziele wie höhere Qualität, weniger Abfall, maximale Betriebszeit und minimale Kosten zu erreichen.Die vollständig integrierte digitale Synchronisierung von Gieß- und Formprozessen (Seamless Casting) ist besonders wertvoll für Gießereien, die mit den Herausforderungen einer Just-in-Time-Produktion, kürzeren Zykluszeiten und häufigeren Modellwechseln konfrontiert sind.Mit automatisierten Form- und Gießsystemen, die nahtlos miteinander verbunden sind, wird der Gussprozess schneller und qualitativ hochwertigere Teile werden konsistenter hergestellt.Der automatisierte Gießprozess umfasst die Überwachung der Gießtemperatur sowie die Zuführung von Impfmaterial und die Überprüfung jeder Form.Dies verbessert die Qualität jedes Gussteils und reduziert die Ausschussrate.Diese umfassende Automatisierung reduziert auch den Bedarf an Bedienern mit langjähriger Spezialerfahrung.Auch der Betrieb wird sicherer, da insgesamt weniger Arbeitskräfte beteiligt sind.Diese Vision ist keine Zukunftsvision;Das passiert jetzt.Werkzeuge wie Gießereiautomatisierung und Robotik sowie Datenerfassung und -analyse haben sich über Jahrzehnte weiterentwickelt, aber der Fortschritt hat sich in letzter Zeit mit der Entwicklung erschwinglicher Hochleistungsrechner und fortschrittlicher vernetzter Industrie 4.0-Sensoren und kompatibler Steuerungssysteme beschleunigt.Lösungen und Partner ermöglichen es Gießereien jetzt, eine robuste, intelligente Infrastruktur zur Unterstützung ehrgeizigerer Projekte zu schaffen und mehrere zuvor unabhängige Teilprozesse zusammenzuführen, um ihre Bemühungen zu koordinieren.Das Speichern und Analysieren der von diesen automatisierten, integrierten Systemen gesammelten Prozessdaten öffnet auch die Tür zu einem positiven Kreislauf datengesteuerter kontinuierlicher Verbesserung.Gießereien können Prozessparameter sammeln und analysieren, indem sie historische Daten untersuchen, um Korrelationen zwischen ihnen und den Prozessergebnissen zu finden.Der automatisierte Prozess bietet dann eine transparente Umgebung, in der alle durch die Analyse identifizierten Verbesserungen gründlich und schnell getestet, validiert und, wenn möglich, umgesetzt werden können.
Herausforderungen beim nahtlosen Formen Aufgrund des Trends zur Just-in-Time-Produktion müssen Kunden, die DISAMATIC®-Formlinien verwenden, häufig zwischen kleinen Chargen Modelle wechseln.Mit Geräten wie einem Automatic Powder Changer (APC) oder einem Quick Powder Changer (QPC) von DISA können Vorlagen in nur einer Minute gewechselt werden.Bei Musteränderungen mit hoher Geschwindigkeit verschiebt sich der Engpass im Prozess tendenziell in Richtung des Gießens – der Zeit, die erforderlich ist, um den Tundish nach einem Musterwechsel manuell zum Gießen zu bewegen.Nahtloses Gießen ist die beste Möglichkeit, diesen Schritt des Gießprozesses zu verbessern.Obwohl das Gießen häufig bereits teilautomatisiert erfolgt, erfordert die Vollautomatisierung eine nahtlose Integration der Steuerungssysteme der Formlinie und der Abfüllanlage, damit diese in allen möglichen Betriebssituationen völlig synchron arbeiten.Um dies zuverlässig zu erreichen, muss die Gießeinheit genau wissen, wo die nächste Form sicher gegossen werden kann, und gegebenenfalls die Position der Fülleinheit anpassen.Eine effiziente automatische Befüllung in einem stabilen Produktionsprozess derselben Form zu erreichen, ist nicht so schwierig.Jedes Mal, wenn eine neue Form hergestellt wird, bewegt sich die Formsäule um die gleiche Strecke (Formdicke).Auf diese Weise kann die Fülleinheit in derselben Position bleiben und ist bereit, die nächste leere Form zu füllen, nachdem die Produktionslinie gestoppt wurde.Es sind nur geringfügige Anpassungen der Gießposition erforderlich, um Änderungen in der Formdicke auszugleichen, die durch Änderungen in der Sandkompressibilität verursacht werden.Die Notwendigkeit dieser Feinanpassungen wurde in letzter Zeit dank neuer Funktionen der Formlinie weiter reduziert, die es ermöglichen, die Gießpositionen bei gleichbleibender Produktion konstanter zu halten.Nachdem jeder Guss abgeschlossen ist, bewegt sich die Formlinie noch einmal um einen Hub und setzt die nächste leere Form ein, um mit dem nächsten Guss zu beginnen.Währenddessen kann die Füllvorrichtung nachgefüllt werden.Bei einem Modellwechsel kann sich die Dicke der Form ändern, was eine aufwändige Automatisierung erfordert.Im Gegensatz zum horizontalen Sandkastenverfahren, bei dem die Höhe des Sandkastens festgelegt ist, kann beim vertikalen DISAMATIC®-Verfahren die Dicke der Form genau auf die Dicke angepasst werden, die für jeden Modellsatz erforderlich ist, um ein konstantes Sand-Eisen-Verhältnis aufrechtzuerhalten und die Höhe zu berücksichtigen des Modells.Dies ist ein großer Vorteil bei der Sicherstellung einer optimalen Gussqualität und Ressourcennutzung, doch unterschiedliche Formdicken erschweren die automatische Gusskontrolle.Nach einem Modellwechsel beginnt die DISAMATIC®-Maschine mit der Produktion der nächsten Formcharge gleicher Dicke, die Füllmaschine der Linie füllt jedoch weiterhin die Formen des Vorgängermodells, die möglicherweise eine andere Formdicke haben.Um dem entgegenzuwirken, müssen die Formlinie und die Abfüllanlage nahtlos als ein synchronisiertes System zusammenarbeiten, Formen einer Dicke herstellen und eine andere sicher gießen.Nahtloses Ausgießen nach Musterwechsel.Nach dem Musterwechsel bleibt die Dicke der verbleibenden Form zwischen den Formmaschinen gleich.Die aus dem Vorgängermodell hergestellte Gießeinheit bleibt dieselbe, aber da die neue Form, die aus der Formmaschine kommt, dicker oder dünner sein kann, kann der gesamte Strang in jedem Zyklus unterschiedlich weit vorrücken – bis zur Dicke der neuen Form.Das bedeutet, dass das nahtlose Gießsystem bei jedem Hub der Formmaschine die Gussposition anpassen muss, um den nächsten Guss vorzubereiten.Nachdem die vorherige Formcharge gegossen wurde, wird die Dicke der Form wieder konstant und die stabile Produktion wird wieder aufgenommen.Wenn die neue Form beispielsweise 150 mm dick ist und nicht die 200 mm dicke Form, die zuvor noch gegossen wurde, muss sich die Gießvorrichtung bei jedem Hub der Formmaschine 50 mm zurück in Richtung der Formmaschine bewegen, um in der richtigen Gießposition zu sein..Damit sich eine Gießanlage auf das Gießen vorbereiten kann, wenn sich die Formsäule nicht mehr bewegt, muss die Steuerung der Abfüllanlage genau wissen, in welche Form sie gießt und wann und wo sie im Gießbereich ankommt.Mithilfe eines neuen Modells, das dicke Formen erzeugt und gleichzeitig dünne Formen gießt, sollte das System in der Lage sein, zwei Formen in einem Zyklus zu gießen.Wenn Sie beispielsweise eine Form mit 400 mm Durchmesser herstellen und eine Form mit 200 mm Durchmesser gießen, muss die Gießvorrichtung für jede hergestellte Form 200 mm von der Formmaschine entfernt sein.Irgendwann werden durch den 400-mm-Hub zwei unbefüllte Formen mit 200 mm Durchmesser aus dem möglichen Gießbereich gedrückt.In diesem Fall muss die Formmaschine warten, bis die Füllvorrichtung die beiden 200-mm-Formen vollständig ausgegossen hat, bevor sie mit dem nächsten Hub fortfährt.Oder bei der Herstellung dünner Formen muss der Ausgießer in der Lage sein, den Guss im Zyklus vollständig auszulassen, während er dennoch dicke Formen ausgießt.Wenn Sie beispielsweise eine Form mit 200 mm Durchmesser herstellen und eine Form mit 400 mm Durchmesser gießen, bedeutet die Platzierung einer neuen Form mit 400 mm Durchmesser im Gießbereich, dass zwei Formen mit 200 mm Durchmesser hergestellt werden müssen.Die Nachverfolgung, Berechnungen und der Datenaustausch, die für ein integriertes Form- und Gießsystem erforderlich sind, um wie oben beschrieben ein störungsfreies automatisiertes Gießen zu ermöglichen, stellten in der Vergangenheit viele Ausrüstungslieferanten vor Herausforderungen.Aber dank moderner Maschinen, digitaler Systeme und Best Practices kann (und wurde) ein nahtloser Guss schnell und mit minimalem Aufwand erreicht.Die Hauptanforderung ist eine Art „Buchhaltung“ des Prozesses, die Informationen über den Standort jedes Formulars in Echtzeit liefert.Das Monitizer®|CIM-System (Computer Integrated Module) von DISA erreicht dieses Ziel, indem es jede hergestellte Form aufzeichnet und ihre Bewegung durch die Produktionslinie verfolgt.Als Prozess-Timer generiert es eine Reihe zeitgestempelter Datenströme, die jede Sekunde die Position jeder Form und ihrer Düse in der Produktionslinie berechnen.Bei Bedarf tauscht es Daten in Echtzeit mit der Abfüllanlagensteuerung und anderen Systemen aus, um eine präzise Synchronisierung zu erreichen.Das DISA-System extrahiert wichtige Daten für jede Form aus der CIM-Datenbank, wie z. B. Formdicke und Gießbarkeit/Nichtgießbarkeit, und sendet sie an die Steuerung der Abfüllanlage.Anhand dieser genauen Daten (die nach dem Extrudieren der Form generiert werden) kann der Ausgießer die Ausgießeinheit in die richtige Position bewegen, bevor die Form eintrifft, und dann mit dem Öffnen der Verschlussstange beginnen, während sich die Form noch bewegt.Die Form kommt rechtzeitig an, um das Eisen aus der Gießanlage zu erhalten.Dieser ideale Zeitpunkt ist entscheidend, damit die Schmelze genau in den Gießbecher gelangt.Die Gießzeit stellt einen häufigen Produktivitätsengpass dar, und durch die perfekte Abstimmung des Gießbeginns können die Zykluszeiten um mehrere Zehntelsekunden verkürzt werden.Das DISA-Formsystem überträgt außerdem relevante Daten von der Formmaschine, wie die aktuelle Formgröße und den Einspritzdruck, sowie umfassendere Prozessdaten wie die Sandkompressibilität an den Monitizer®|CIM.Monitizer®|CIM wiederum empfängt und speichert qualitätskritische Parameter für jede Form von der Abfüllanlage, wie z. B. Gießtemperatur, Gießzeit und den Erfolg der Gieß- und Impfprozesse.Dadurch können einzelne Formen vor dem Mischen in der Schüttelanlage als schlecht markiert und getrennt werden.Neben der Automatisierung von Formmaschinen, Formlinien und Gussteilen bietet Monitizer®|CIM ein Industrie 4.0-konformes Framework für Erfassung, Speicherung, Berichterstattung und Analyse.Das Gießereimanagement kann detaillierte Berichte einsehen und Daten aufschlüsseln, um Qualitätsprobleme zu verfolgen und potenzielle Verbesserungen voranzutreiben.Ortranders nahtlose Gusserfahrung Ortrander Eisenhütte ist eine familiengeführte Gießerei in Deutschland, die sich auf die Produktion von mittelgroßen, hochwertigen Eisengussteilen für Automobilkomponenten, Hochleistungsholzöfen und Infrastruktur sowie allgemeine Maschinenteile spezialisiert hat.Die Gießerei produziert Grauguss, Sphäroguss und Gusseisen mit verdichtetem Graphit und produziert jährlich etwa 27.000 Tonnen hochwertige Gussteile im Zweischichtbetrieb an fünf Tagen in der Woche.Ortrander betreibt vier 6-Tonnen-Induktionsschmelzöfen und drei DISA-Formlinien und produziert etwa 100 Tonnen Gussteile pro Tag.Dazu gehören kurze Produktionsläufe von einer Stunde, bei wichtigen Kunden teilweise auch weniger, sodass die Vorlage häufig geändert werden muss.Um Qualität und Effizienz zu optimieren, hat CEO Bernd H. Williams-Book erhebliche Ressourcen in die Implementierung von Automatisierung und Analyse investiert.Der erste Schritt bestand darin, den Eisenschmelz- und -dosierungsprozess zu automatisieren und drei bestehende Gießöfen mit dem neuesten pourTECH-System aufzurüsten, das 3D-Lasertechnologie, Inkubation und Temperaturregelung umfasst.Öfen, Form- und Gießlinien werden heute digital gesteuert und synchronisiert und arbeiten nahezu vollständig automatisch.Wenn die Formmaschine das Modell wechselt, fragt die pourTECH-Gießsteuerung das DISA Monitizer®|CIM-System nach den neuen Formabmessungen.Basierend auf den DISA-Daten berechnet die Betoniersteuerung, wo der Betonierknoten für jeden Betonierbeton platziert werden soll.Es weiß genau, wann die erste neue Form in der Abfüllanlage eintrifft und stellt automatisch auf die neue Gießreihenfolge um.Wenn die Vorrichtung zu irgendeinem Zeitpunkt das Ende ihres Hubs erreicht, stoppt die DISAMATIC®-Maschine und die Vorrichtung kehrt automatisch zurück.Wenn die erste neue Form aus der Maschine entnommen wird, wird der Bediener alarmiert, sodass er visuell überprüfen kann, ob sie sich in der richtigen Position befindet.Die Vorteile des nahtlosen Gießens Herkömmliche Handgussverfahren oder weniger komplexe automatisierte Systeme können bei Modellwechseln zu Produktionszeitverlusten führen, was selbst bei schnellen Formwechseln an einer Formmaschine unvermeidlich ist.Das manuelle Zurücksetzen des Ausgießers und der Gießformen ist langsamer, erfordert mehr Bediener und ist anfällig für Fehler wie Aufweitungen.Ortrander stellte fest, dass seine Mitarbeiter beim Abfüllen von Hand irgendwann müde wurden, die Konzentration verloren und Fehler machten, wie zum Beispiel Nachlässigkeit.Die nahtlose Integration von Formen und Gießen ermöglicht schnellere, konsistentere und qualitativ hochwertigere Prozesse und reduziert gleichzeitig Abfall und Ausfallzeiten.Durch die automatische Befüllung entfällt mit Ortrander der bisher drei Minuten dauernde Anpassungsaufwand der Befülleinheit bei Modellwechseln.Der gesamte Konvertierungsprozess habe früher 4,5 Minuten gedauert, sagte Herr Williams-Book.Heute weniger als zwei Minuten.Durch den Wechsel zwischen 8 und 12 Modellen pro Schicht verbringen die Ortrander-Mitarbeiter nun etwa 30 Minuten pro Schicht, halb so viel wie zuvor.Die Qualität wird durch höhere Konstanz und die Fähigkeit zur kontinuierlichen Optimierung von Prozessen gesteigert.Ortrander reduzierte den Abfall durch die Einführung von nahtlosem Guss um etwa 20 %.Neben der Reduzierung der Ausfallzeiten beim Modellwechsel erfordert die gesamte Form- und Gießlinie nur noch zwei statt bisher drei Personen.In manchen Schichten können drei Personen zwei komplette Produktionslinien bedienen.Diese Arbeiter kümmern sich fast ausschließlich um die Überwachung: Abgesehen von der Auswahl des nächsten Modells, der Verwaltung der Sandmischungen und dem Transport der Schmelze haben sie nur wenige manuelle Aufgaben.Ein weiterer Vorteil ist der geringere Bedarf an erfahrenen Mitarbeitern, die schwer zu finden sind.Obwohl die Automatisierung eine gewisse Schulung der Bediener erfordert, stellt sie den Menschen die entscheidenden Prozessinformationen zur Verfügung, die sie benötigen, um gute Entscheidungen zu treffen.In Zukunft könnten Maschinen alle Entscheidungen treffen.Datenvorteile durch nahtloses Gießen Wenn Gießereien versuchen, einen Prozess zu verbessern, sagen sie oft: „Wir machen dasselbe auf die gleiche Weise, aber mit unterschiedlichen Ergebnissen.“Sie gießen also 10 Sekunden lang bei der gleichen Temperatur und dem gleichen Niveau, aber einige Gussstücke sind gut und andere schlecht.Durch das Hinzufügen automatisierter Sensoren, das Sammeln zeitgestempelter Daten zu jedem Prozessparameter und die Überwachung der Ergebnisse erstellt ein integriertes nahtloses Gießsystem eine Kette zusammengehöriger Prozessdaten, die es einfacher macht, die Grundursachen zu identifizieren, wenn sich die Qualität zu verschlechtern beginnt.Wenn beispielsweise in einer Charge von Bremsscheiben unerwartete Einschlüsse auftreten, können Manager schnell überprüfen, ob die Parameter innerhalb akzeptabler Grenzen liegen.Da die Steuerungen für die Formmaschine, die Gießanlage und andere Funktionen wie Öfen und Sandmischer zusammenarbeiten, können die von ihnen generierten Daten analysiert werden, um Zusammenhänge im gesamten Prozess zu identifizieren, von den Sandeigenschaften bis zur endgültigen Oberflächenqualität des Gussstücks.Ein mögliches Beispiel ist, wie sich Füllhöhe und Temperatur auf die Formfüllung für jedes einzelne Modell auswirken.Die so entstandene Datenbasis legt zudem den Grundstein für den künftigen Einsatz automatisierter Analysetechniken wie maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz (KI) zur Optimierung von Prozessen.Ortrander erfasst Prozessdaten in Echtzeit über Maschinenschnittstellen, Sensormessungen und Testproben.Für jeden Formguss werden etwa tausend Parameter erfasst.Früher zeichnete es nur die Zeit auf, die für jeden Guss benötigt wurde, aber jetzt weiß es jede Sekunde genau, wie hoch der Füllstand der Gießdüse ist, sodass erfahrenes Personal untersuchen kann, wie sich dieser Parameter auf andere Indikatoren sowie auf die Endqualität des Gussstücks auswirkt.Wird beim Befüllen der Form die Flüssigkeit aus dem Gießstutzen abgelassen oder ist der Gießstutzen beim Befüllen nahezu konstant gefüllt?Ortrander produziert jährlich drei bis fünf Millionen Formen und hat eine riesige Menge an Daten gesammelt.Für den Fall von Qualitätsproblemen speichert Ortrander außerdem mehrere Bilder jedes Gusses in der pourTECH-Datenbank.Ein zukünftiges Ziel ist es, eine Möglichkeit zu finden, diese Bilder automatisch zu bewerten.Abschluss.Das gleichzeitige automatisierte Formen und Gießen führt zu schnelleren Prozessen, gleichbleibenderer Qualität und weniger Abfall.Durch den reibungslosen Guss und den automatischen Musterwechsel arbeitet die Produktionslinie effektiv autonom und erfordert nur minimalen manuellen Aufwand.Da der Bediener eine Aufsichtsfunktion übernimmt, ist weniger Personal erforderlich.Nahtloser Guss wird heute an vielen Orten auf der Welt eingesetzt und kann in allen modernen Gießereien angewendet werden.Jede Gießerei benötigt eine etwas andere Lösung, die auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist, aber die Technologie zu ihrer Implementierung ist bewährt, derzeit von DISA und ihrem Partner pour-tech AB erhältlich und erfordert keinen großen Aufwand.Sonderanfertigungen können durchgeführt werden.Der verstärkte Einsatz von künstlicher Intelligenz und intelligenter Automatisierung in Gießereien befindet sich noch in der Testphase, aber da Gießereien und OEMs in den nächsten zwei bis drei Jahren mehr Daten und zusätzliche Erfahrungen sammeln, wird sich der Übergang zur Automatisierung deutlich beschleunigen.Diese Lösung ist derzeit jedoch optional. Da Datenintelligenz jedoch der beste Weg ist, Prozesse zu optimieren und die Rentabilität zu verbessern, wird eine stärkere Automatisierung und Datenerfassung eher zur Standardpraxis als zu einem experimentellen Projekt.In der Vergangenheit waren das größte Kapital einer Gießerei ihr Modell und die Erfahrung ihrer Mitarbeiter.Da nahtloser Guss nun mit stärkerer Automatisierung und Industrie 4.0-Systemen kombiniert wird, werden Daten schnell zur dritten Säule des Gießereierfolgs.
—Wir danken pour-tech und Ortrander Eisenhütte herzlich für ihre Kommentare während der Erstellung dieses Artikels.
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