Las fundiciones están adoptando cada vez más la automatización de procesos basada en datos para lograr objetivos a largo plazo de mayor calidad, menos desperdicio, máximo tiempo de actividad y costos mínimos.La sincronización digital totalmente integrada de los procesos de vertido y moldeado (fundición sin costura) es especialmente valiosa para las fundiciones que enfrentan los desafíos de la producción justo a tiempo, tiempos de ciclo reducidos y cambios de modelo más frecuentes.Con sistemas automatizados de moldeo y fundición que se vinculan perfectamente, el proceso de fundición se vuelve más rápido y se producen piezas de mayor calidad de manera más consistente.El proceso de vertido automatizado incluye el control de la temperatura de vertido, así como la alimentación del material de inoculación y la comprobación de cada molde.Esto mejora la calidad de cada pieza fundida y reduce la tasa de desperdicio.Esta automatización integral también reduce la necesidad de operadores con años de experiencia especializada.Las operaciones también se vuelven más seguras porque en general participan menos trabajadores.Esta visión no es una visión del futuro;Esto está sucediendo ahora.Herramientas como la automatización de fundiciones y la robótica, la recopilación y el análisis de datos han evolucionado a lo largo de décadas, pero el progreso se ha acelerado recientemente con el desarrollo de informática asequible de alto rendimiento y sensores avanzados en red de la Industria 4.0 y sistemas de control compatibles.Las soluciones y los socios ahora permiten a las fundiciones crear una infraestructura sólida e inteligente para respaldar proyectos más ambiciosos, reuniendo múltiples subprocesos previamente independientes para coordinar sus esfuerzos.El almacenamiento y análisis de los datos de proceso recopilados por estos sistemas integrados y automatizados también abre la puerta a un círculo virtuoso de mejora continua basada en datos.Las fundiciones pueden recopilar y analizar parámetros de procesos examinando datos históricos para encontrar correlaciones entre ellos y los resultados del proceso.Luego, el proceso automatizado proporciona un entorno transparente en el que cualquier mejora identificada mediante el análisis puede probarse, validarse y, cuando sea posible, implementarse rápida y exhaustivamente.
Desafíos del moldeo sin costuras Debido a la tendencia hacia la producción justo a tiempo, los clientes que utilizan líneas de moldeo DISAMATIC® a menudo tienen que cambiar de modelo con frecuencia entre lotes pequeños.Utilizando equipos como un cambiador automático de polvo (APC) o un cambiador rápido de polvo (QPC) de DISA, las plantillas se pueden cambiar en tan solo un minuto.A medida que se producen cambios de patrón a alta velocidad, el cuello de botella en el proceso tiende a desplazarse hacia el vertido: el tiempo necesario para mover manualmente la artesa para verter después de un cambio de patrón.La fundición sin costuras es la mejor manera de mejorar este paso del proceso de fundición.Aunque la fundición a menudo ya está parcialmente automatizada, la automatización total requiere una integración perfecta de los sistemas de control de la línea de moldeo y del equipo de llenado, de modo que funcionen de forma completamente sincrónica en todas las situaciones operativas posibles.Para conseguirlo de forma fiable, la unidad de vertido debe saber exactamente dónde es seguro verter el siguiente molde y, si es necesario, ajustar la posición de la unidad de llenado.Lograr un llenado automático eficiente en un proceso de producción estable del mismo molde no es tan difícil.Cada vez que se fabrica un molde nuevo, la columna del molde se mueve la misma distancia (grosor del molde).De esta manera, la unidad de llenado puede permanecer en la misma posición, lista para llenar el siguiente molde vacío después de que se detenga la línea de producción.Sólo se requieren ajustes menores en la posición de vertido para compensar los cambios en el espesor del molde causados por cambios en la compresibilidad de la arena.Recientemente, la necesidad de estos ajustes finos se ha reducido aún más gracias a las nuevas características de la línea de moldeo que permiten que las posiciones de vertido sigan siendo más consistentes durante una producción constante.Después de completar cada vertido, la línea de moldeo se mueve una vez más, colocando el siguiente molde vacío en su lugar para comenzar el siguiente vertido.Mientras esto sucede, se puede rellenar el dispositivo de llenado.Al cambiar de modelo, el grosor del molde puede cambiar, lo que requiere una automatización compleja.A diferencia del proceso de caja de arena horizontal, donde la altura de la caja de arena es fija, el proceso DISAMATIC® vertical puede ajustar el espesor del molde al espesor exacto necesario para cada conjunto de modelos para mantener una proporción constante de arena a hierro y tener en cuenta la altura. del modelo.Este es un beneficio importante para garantizar una calidad de fundición y una utilización de recursos óptimas, pero los diferentes espesores del molde hacen que el control automático de la fundición sea más desafiante.Después de un cambio de modelo, la máquina DISAMATIC® comienza a producir el siguiente lote de moldes del mismo espesor, pero la máquina llenadora de la línea sigue llenando los moldes del modelo anterior, que pueden tener un espesor de molde diferente.Para combatir esto, la línea de moldeo y la planta de llenado deben funcionar a la perfección como un sistema sincronizado, produciendo moldes de un espesor y vertiendo de forma segura otros.Vertido sin costuras después del cambio de patrón.Después del cambio de patrón, el espesor del molde restante entre las máquinas de moldeo sigue siendo el mismo.La unidad de vertido fabricada a partir del modelo anterior sigue siendo la misma, pero como el nuevo molde que sale de la máquina de moldeo puede ser más grueso o más delgado, toda la sarta puede avanzar a diferentes distancias en cada ciclo, hasta alcanzar el espesor de la nueva forma.Esto significa que con cada golpe de la máquina de moldeo, el sistema de fundición sin costura debe ajustar la posición de fundición en preparación para el siguiente molde.Una vez vertido el lote anterior de moldes, el espesor del molde vuelve a ser constante y se reanuda la producción estable.Por ejemplo, si el nuevo molde tiene 150 mm de espesor en lugar del molde de 200 mm de espesor que todavía se estaba vertiendo anteriormente, el dispositivo de vertido debe retroceder 50 mm hacia la máquina de moldeo con cada golpe de la máquina de moldeo para estar en la posición de vertido correcta..Para que una planta de vertido se prepare para verter cuando la columna del molde deje de moverse, el controlador de la planta de llenado debe saber exactamente en qué molde se verterá y cuándo y dónde llegará al área de vertido.Utilizando un nuevo modelo que produce moldes gruesos mientras vierte moldes delgados, el sistema debería poder fundir dos moldes en un ciclo.Por ejemplo, al fabricar un molde de 400 mm de diámetro y verter un molde de 200 mm de diámetro, el dispositivo de vertido debe estar a 200 mm de distancia de la máquina de moldeo para cada molde fabricado.En algún momento, la carrera de 400 mm empujará dos moldes vacíos de 200 mm de diámetro fuera del posible área de vertido.En este caso, la máquina moldeadora deberá esperar hasta que el dispositivo llenador haya terminado de vaciar los dos moldes de 200 mm antes de pasar a la siguiente carrera.O, al hacer moldes delgados, el vertedor debe poder omitir el vertido por completo en el ciclo mientras sigue vierte moldes gruesos.Por ejemplo, al fabricar un molde de 200 mm de diámetro y verter un molde de 400 mm de diámetro, colocar un nuevo molde de 400 mm de diámetro en el área de vertido significa que es necesario fabricar dos moldes de 200 mm de diámetro.El seguimiento, los cálculos y el intercambio de datos necesarios para que un sistema integrado de moldeo y vertido proporcione un vertido automatizado sin problemas, como se describe anteriormente, han presentado desafíos para muchos proveedores de equipos en el pasado.Pero gracias a las máquinas modernas, los sistemas digitales y las mejores prácticas, se puede lograr (y se ha logrado) un vertido perfecto rápidamente con una configuración mínima.El principal requisito es alguna forma de “contabilidad” del proceso, que proporcione información sobre la ubicación de cada formulario en tiempo real.El sistema Monitizer®|CIM (Módulo Integrado por Computadora) de DISA logra este objetivo registrando cada molde fabricado y rastreando su movimiento a través de la línea de producción.Como temporizador de proceso, genera una serie de flujos de datos con marca de tiempo que calculan la posición de cada molde y su boquilla en la línea de producción cada segundo.Si es necesario, intercambia datos en tiempo real con el sistema de control de la planta de llenado y otros sistemas para lograr una sincronización precisa.El sistema DISA extrae datos importantes para cada molde de la base de datos CIM, como el espesor del molde y se puede/no se puede verter, y los envía al sistema de control de la planta de llenado.Utilizando estos datos precisos (generados después de extruir el molde), el vertedor puede mover el conjunto de vertido a la posición correcta antes de que llegue el molde y luego comenzar a abrir la varilla de tope mientras el molde aún se está moviendo.El molde llega a tiempo para recibir el hierro de la planta de vertido.Este momento ideal es crucial, es decir, la masa fundida llega exactamente al vaso de vertido.El tiempo de vertido es un cuello de botella común en la productividad y, al sincronizar perfectamente el inicio del vertido, los tiempos de ciclo se pueden reducir en varias décimas de segundo.El sistema de moldeo DISA también transfiere datos relevantes de la máquina de moldeo, como el tamaño actual del molde y la presión de inyección, así como datos de proceso más amplios, como la compresibilidad de la arena, al Monitizer®|CIM.A su vez, Monitizer®|CIM recibe y almacena parámetros críticos para la calidad de cada molde desde la planta de llenado, como la temperatura y el tiempo de vertido y el éxito de los procesos de vertido e inoculación.Esto permite marcar las formas individuales como malas y separarlas antes de mezclarlas en el sistema de agitación.Además de automatizar máquinas de moldeo, líneas de moldeo y fundición, Monitizer®|CIM proporciona un marco compatible con la Industria 4.0 para adquisición, almacenamiento, generación de informes y análisis.La dirección de Foundry puede ver informes detallados y profundizar en los datos para realizar un seguimiento de los problemas de calidad e impulsar posibles mejoras.La experiencia de fundición sin fisuras de Ortrander Ortrander Eisenhütte es una fundición de propiedad familiar en Alemania que se especializa en la producción de piezas fundidas de hierro de volumen medio y alta calidad para componentes automotrices, estufas e infraestructuras de leña de alta resistencia y piezas de maquinaria en general.La fundición produce hierro gris, hierro dúctil y hierro de grafito compactado y produce aproximadamente 27.000 toneladas de piezas fundidas de alta calidad por año, operando en dos turnos cinco días a la semana.Ortrander opera cuatro hornos de fusión por inducción de 6 toneladas y tres líneas de moldeo DISA, que producen aproximadamente 100 toneladas de piezas fundidas por día.Esto incluye tiradas de producción cortas de una hora, a veces menos para clientes importantes, por lo que la plantilla debe cambiarse con frecuencia.Para optimizar la calidad y la eficiencia, el director ejecutivo Bernd H. Williams-Book ha invertido importantes recursos en la implementación de automatización y análisis.El primer paso fue automatizar el proceso de fusión y dosificación del hierro, actualizando tres hornos de fundición existentes utilizando el último sistema pourTECH, que incluye tecnología láser 3D, incubación y control de temperatura.Los hornos, las líneas de moldeo y fundición ahora se controlan y sincronizan digitalmente y funcionan de forma casi completamente automática.Cuando la máquina de moldeo cambia de modelo, el controlador de vertido pourTECH consulta el sistema DISA Monitizer®|CIM para conocer las nuevas dimensiones del molde.Según los datos de DISA, el controlador de vertido calcula dónde colocar el nodo de vertido para cada vertido.Sabe exactamente cuándo llega el primer molde nuevo a la planta de llenado y cambia automáticamente a la nueva secuencia de vertido.Si en cualquier momento la plantilla llega al final de su carrera, la máquina DISAMATIC® se detiene y la plantilla regresa automáticamente.Cuando se retira el primer molde nuevo de la máquina, se alerta al operador para que pueda comprobar visualmente que está en la posición correcta.Los beneficios de la fundición sin costuras Los procesos tradicionales de fundición manual o los sistemas automatizados menos complejos pueden provocar una pérdida de tiempo de producción durante los cambios de modelo, lo cual es inevitable incluso con cambios rápidos de molde en una máquina de moldeo.El reinicio manual del vertedor y de los moldes de vertido es más lento, requiere más operadores y es propenso a errores como el deslumbramiento.Ortrander descubrió que al embotellar a mano, sus empleados eventualmente se cansaban, perdían la concentración y cometían errores, como holgazanear.La perfecta integración de moldeado y vertido permite procesos más rápidos, más consistentes y de mayor calidad, al tiempo que reduce el desperdicio y el tiempo de inactividad.Con Ortrander, el llenado automático elimina los tres minutos que antes se requerían para ajustar la posición de la unidad de llenado durante los cambios de modelo.Todo el proceso de conversión solía tardar 4,5 minutos, dijo Williams-Book.Menos de dos minutos hoy.Al cambiar entre 8 y 12 modelos por turno, los empleados de Ortrander dedican ahora unos 30 minutos por turno, la mitad que antes.La calidad se mejora a través de una mayor consistencia y la capacidad de optimizar continuamente los procesos.Ortrander redujo los residuos en aproximadamente un 20 % al introducir la fundición sin costuras.Además de reducir el tiempo de inactividad al cambiar de modelo, toda la línea de moldeo y vertido requiere sólo dos personas en lugar de las tres anteriores.En algunos turnos, tres personas pueden operar dos líneas de producción completas.El seguimiento es casi todo lo que hacen estos trabajadores: además de seleccionar el siguiente modelo, gestionar las mezclas de arena y transportar la masa fundida, tienen pocas tareas manuales.Otro beneficio es la reducción de la necesidad de empleados con experiencia, que son difíciles de encontrar.Aunque la automatización requiere cierta capacitación de los operadores, proporciona a las personas la información de proceso crítica que necesitan para tomar buenas decisiones.En el futuro, las máquinas podrán tomar todas las decisiones.Los dividendos de los datos derivados de la fundición perfecta Cuando intentan mejorar un proceso, las fundiciones suelen decir: "Hacemos lo mismo de la misma manera, pero con resultados diferentes".Entonces arrojan a la misma temperatura y nivel durante 10 segundos, pero algunas piezas fundidas son buenas y otras malas.Al agregar sensores automatizados, recopilar datos con marca de tiempo sobre cada parámetro del proceso y monitorear los resultados, un sistema integrado de fundición sin costura crea una cadena de datos de proceso relacionados, lo que facilita la identificación de las causas fundamentales cuando la calidad comienza a deteriorarse.Por ejemplo, si ocurren inclusiones inesperadas en un lote de discos de freno, los gerentes pueden verificar rápidamente que los parámetros estén dentro de límites aceptables.Debido a que los controladores de la máquina de moldeo, la planta de fundición y otras funciones como hornos y mezcladores de arena trabajan en conjunto, los datos que generan se pueden analizar para identificar relaciones a lo largo del proceso, desde las propiedades de la arena hasta la calidad superficial final de la pieza fundida.Un posible ejemplo es cómo el nivel de vertido y la temperatura afectan el llenado del molde para cada modelo individual.La base de datos resultante también sienta las bases para el uso futuro de técnicas de análisis automatizado como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA) para optimizar los procesos.Ortrander recopila datos de proceso en tiempo real a través de interfaces de máquina, mediciones de sensores y muestras de prueba.Para cada fundición de molde se recopilan alrededor de mil parámetros.Anteriormente solo registraba el tiempo necesario para cada vertido, pero ahora sabe exactamente cuál es el nivel de la boquilla de vertido cada segundo, lo que permite al personal experimentado examinar cómo este parámetro afecta a otros indicadores, así como a la calidad final de la pieza fundida.¿Se drena el líquido de la boquilla de vertido mientras se llena el molde, o se llena la boquilla de vertido hasta un nivel casi constante durante el llenado?Ortrander produce entre tres y cinco millones de moldes al año y ha recopilado una enorme cantidad de datos.Ortrander también almacena varias imágenes de cada vertido en la base de datos de pourTECH en caso de problemas de calidad.Encontrar una manera de calificar automáticamente estas imágenes es un objetivo futuro.Conclusión.El formado y vertido automatizado simultáneo da como resultado procesos más rápidos, una calidad más consistente y menos desperdicio.Con una fundición suave y un cambio automático de patrones, la línea de producción funciona de forma eficaz y autónoma, requiriendo sólo un esfuerzo manual mínimo.Dado que el operador desempeña un papel de supervisión, se requiere menos personal.La fundición sin costuras se utiliza actualmente en muchos lugares del mundo y puede aplicarse a todas las fundiciones modernas.Cada fundición requerirá una solución ligeramente diferente adaptada a sus necesidades, pero la tecnología para implementarla está bien probada, actualmente disponible en DISA y su socio pour-tech AB, y no requiere mucho trabajo.Se pueden realizar trabajos personalizados.El mayor uso de la inteligencia artificial y la automatización inteligente en las fundiciones aún se encuentra en la fase de prueba, pero a medida que las fundiciones y los OEM recopilen más datos y experiencia adicional durante los próximos dos o tres años, la transición a la automatización se acelerará significativamente.Actualmente, esta solución es opcional; sin embargo, como la inteligencia de datos es la mejor manera de optimizar los procesos y mejorar la rentabilidad, una mayor automatización y recopilación de datos se está convirtiendo en una práctica estándar en lugar de un proyecto experimental.En el pasado, el mayor valor de una fundición era su modelo y la experiencia de sus empleados.Ahora que la fundición perfecta se combina con una mayor automatización y sistemas de Industria 4.0, los datos se están convirtiendo rápidamente en el tercer pilar del éxito de la fundición.
—Agradecemos sinceramente a pour-tech y Ortrander Eisenhütte sus comentarios durante la preparación de este artículo.
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Hora de publicación: 05-oct-2023