Les fonderies adoptent de plus en plus l'automatisation des processus basée sur les données pour atteindre des objectifs à long terme de qualité supérieure, moins de déchets, une disponibilité maximale et des coûts minimes.La synchronisation numérique entièrement intégrée des processus de coulée et de moulage (coulée sans soudure) est particulièrement utile pour les fonderies confrontées aux défis de la production juste à temps, des temps de cycle réduits et des changements de modèle plus fréquents.Grâce à des systèmes automatisés de moulage et de coulée qui s'articulent de manière transparente, le processus de coulée devient plus rapide et des pièces de meilleure qualité sont produites de manière plus cohérente.Le processus de coulée automatisé comprend la surveillance de la température de coulée, ainsi que l'alimentation du matériel d'inoculation et la vérification de chaque moule.Cela améliore la qualité de chaque pièce moulée et réduit le taux de rebut.Cette automatisation complète réduit également le besoin d’opérateurs possédant des années d’expérience spécialisée.Les opérations deviennent également plus sûres car moins de travailleurs sont globalement impliqués.Cette vision n’est pas une vision du futur ;Cela se produit maintenant.Des outils tels que l'automatisation et la robotique des fonderies, la collecte et l'analyse de données ont évolué au fil des décennies, mais les progrès se sont récemment accélérés avec le développement d'un calcul haute performance abordable et de capteurs en réseau avancés de l'Industrie 4.0 et de systèmes de contrôle compatibles.Les solutions et les partenaires permettent désormais aux fonderies de créer une infrastructure robuste et intelligente pour soutenir des projets plus ambitieux, réunissant plusieurs sous-processus auparavant indépendants pour coordonner leurs efforts.Le stockage et l’analyse des données de processus collectées par ces systèmes automatisés et intégrés ouvrent également la porte à un cycle vertueux d’amélioration continue basée sur les données.Les fonderies peuvent collecter et analyser les paramètres du processus en examinant les données historiques pour trouver des corrélations entre eux et les résultats du processus.Le processus automatisé fournit ensuite un environnement transparent dans lequel toute amélioration identifiée par l'analyse peut être testée, validée et, si possible, mise en œuvre de manière approfondie et rapide.
Défis du moulage sans couture En raison de la tendance à la production juste à temps, les clients utilisant les lignes de moulage DISAMATIC® doivent souvent changer fréquemment de modèle entre de petits lots.À l'aide d'équipements tels qu'un changeur de poudre automatique (APC) ou un changeur de poudre rapide (QPC) de DISA, les modèles peuvent être modifiés en aussi peu qu'une minute.À mesure que des changements de modèle à grande vitesse se produisent, le goulot d'étranglement du processus a tendance à se déplacer vers le versement, c'est-à-dire le temps nécessaire pour déplacer manuellement le répartiteur pour verser après un changement de modèle.Le moulage sans couture est le meilleur moyen d’améliorer cette étape du processus de moulage.Bien que le moulage soit souvent déjà partiellement automatisé, l'automatisation complète nécessite une intégration transparente des systèmes de contrôle de la ligne de moulage et de l'équipement de remplissage afin qu'ils fonctionnent de manière totalement synchrone dans toutes les situations de fonctionnement possibles.Pour y parvenir de manière fiable, l'unité de coulée doit savoir exactement où il est sûr de couler le moule suivant et, si nécessaire, ajuster la position de l'unité de remplissage.Réaliser un remplissage automatique efficace dans un processus de production stable du même moule n’est pas si difficile.Chaque fois qu'un nouveau moule est fabriqué, la colonne de moule se déplace de la même distance (épaisseur du moule).De cette manière, l'unité de remplissage peut rester dans la même position, prête à remplir le prochain moule vide après l'arrêt de la ligne de production.Seuls des ajustements mineurs de la position de coulée sont nécessaires pour compenser les changements d'épaisseur du moule causés par les changements de compressibilité du sable.Le besoin de ces ajustements précis a récemment été encore réduit grâce à de nouvelles fonctionnalités de ligne de moulage qui permettent aux positions de coulée de rester plus cohérentes pendant une production constante.Une fois chaque coulée terminée, la ligne de moulage se déplace à nouveau d'un coup, plaçant le moule vide suivant en place pour commencer la coulée suivante.Pendant ce temps, le dispositif de remplissage peut être rempli à nouveau.Lors du changement de modèle, l'épaisseur du moule peut changer, ce qui nécessite une automatisation complexe.Contrairement au processus de bac à sable horizontal, où la hauteur du bac à sable est fixe, le processus vertical DISAMATIC® peut ajuster l'épaisseur du moule à l'épaisseur exacte nécessaire pour chaque ensemble de modèles afin de maintenir un rapport sable/fer constant et de tenir compte de la hauteur. du modèle.Il s'agit d'un avantage majeur pour garantir une qualité de coulée et une utilisation des ressources optimales, mais les différentes épaisseurs de moule rendent le contrôle automatique de la coulée plus difficile.Après un changement de modèle, la machine DISAMATIC® commence à produire le prochain lot de moules de même épaisseur, mais la remplisseuse en ligne remplit toujours les moules du modèle précédent, qui peuvent avoir une épaisseur de moule différente.Pour lutter contre ce problème, la ligne de moulage et l’usine de remplissage doivent fonctionner de manière transparente comme un seul système synchronisé, produisant des moules d’une épaisseur et en coulant une autre en toute sécurité.Versage sans couture après changement de motif.Après le changement de motif, l'épaisseur du moule restant entre les machines de moulage reste la même.L'unité de coulée réalisée à partir du modèle précédent reste la même, mais comme le nouveau moule sortant de la machine de moulage peut être plus épais ou plus fin, la chaîne entière peut avancer à des distances différentes à chaque cycle – jusqu'à l'épaisseur de la nouvelle forme.Cela signifie qu'à chaque course de la machine de moulage, le système de coulée sans soudure doit ajuster la position de coulée en vue de la coulée suivante.Une fois le lot de moules précédent coulé, l’épaisseur du moule redevient constante et une production stable reprend.Par exemple, si le nouveau moule a une épaisseur de 150 mm au lieu du moule de 200 mm d'épaisseur qui était encore coulé précédemment, le dispositif de coulée doit reculer de 50 mm vers la machine de moulage à chaque course de la machine de moulage pour être dans la position de coulée correcte..Pour qu'une installation de coulée se prépare à verser lorsque la colonne de moule s'arrête de bouger, le contrôleur de l'usine de remplissage doit savoir exactement dans quel moule elle va couler et quand et où elle arrivera dans la zone de coulée.En utilisant un nouveau modèle qui produit des moules épais tout en coulant des moules minces, le système devrait être capable de couler deux moules en un seul cycle.Par exemple, lors de la réalisation d'un moule de 400 mm de diamètre et du coulage d'un moule de 200 mm de diamètre, le dispositif de coulée doit être à 200 mm de la machine de moulage pour chaque moule réalisé.À un moment donné, la course de 400 mm poussera deux moules non remplis de 200 mm de diamètre hors de la zone de coulée possible.Dans ce cas, la machine à mouler doit attendre que le dispositif de remplissage ait fini de couler les deux moules de 200 mm avant de passer à la course suivante.Ou bien, lors de la fabrication de moules fins, le verseur doit pouvoir sauter complètement le versement dans le cycle tout en continuant à verser des moules épais.Par exemple, lors de la fabrication d'un moule de 200 mm de diamètre et du coulage d'un moule de 400 mm de diamètre, placer un nouveau moule de 400 mm de diamètre dans la zone de coulée signifie que deux moules de 200 mm de diamètre doivent être fabriqués.Le suivi, les calculs et l'échange de données requis pour qu'un système intégré de moulage et de coulée fournisse un coulage automatisé sans problème, comme décrit ci-dessus, ont présenté des défis à de nombreux fournisseurs d'équipements dans le passé.Mais grâce aux machines modernes, aux systèmes numériques et aux meilleures pratiques, un versement fluide peut être (et a été) réalisé rapidement avec une configuration minimale.La principale exigence est une certaine forme de « comptabilité » du processus, fournissant des informations sur l’emplacement de chaque formulaire en temps réel.Le système Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) de DISA atteint cet objectif en enregistrant chaque moule fabriqué et en suivant son mouvement tout au long de la chaîne de production.En tant que chronomètre de processus, il génère une série de flux de données horodatés qui calculent chaque seconde la position de chaque moule et de sa buse sur la ligne de production.Si nécessaire, il échange des données en temps réel avec le système de contrôle de l'usine de remplissage et d'autres systèmes pour obtenir une synchronisation précise.Le système DISA extrait des données importantes pour chaque moule de la base de données CIM, telles que l'épaisseur du moule et peut/ne peut pas être coulé, et les envoie au système de contrôle de l'usine de remplissage.Grâce à ces données précises (générées après l'extrusion du moule), le verseur peut déplacer l'ensemble de coulée dans la position correcte avant l'arrivée du moule, puis commencer à ouvrir la tige d'arrêt pendant que le moule est encore en mouvement.Le moule arrive à temps pour recevoir le fer de l’usine de coulée.Ce timing idéal est crucial, c'est-à-dire que la matière fondue atteint le gobelet verseur avec précision.Le temps de coulée est un goulot d'étranglement courant en matière de productivité, et en chronométrant parfaitement le début de la coulée, les temps de cycle peuvent être réduits de plusieurs dixièmes de seconde.Le système de moulage DISA transfère également les données pertinentes de la machine de moulage, telles que la taille actuelle du moule et la pression d'injection, ainsi que des données de processus plus larges telles que la compressibilité du sable, vers le Monitizer®|CIM.À son tour, Monitizer®|CIM reçoit et stocke les paramètres critiques pour la qualité de chaque moule en provenance de l'usine de remplissage, tels que la température de coulée, le temps de coulée et le succès des processus de coulée et d'inoculation.Cela permet de marquer les formes individuelles comme étant mauvaises et de les séparer avant de les mélanger dans le système d'agitation.En plus d'automatiser les machines de moulage, les lignes de moulage et le moulage, Monitizer®|CIM fournit un cadre conforme à l'Industrie 4.0 pour l'acquisition, le stockage, le reporting et l'analyse.La direction de la fonderie peut consulter des rapports détaillés et explorer les données pour suivre les problèmes de qualité et générer des améliorations potentielles.L'expérience de coulée sans soudure d'Ortrander Ortrander Eisenhütte est une fonderie familiale en Allemagne spécialisée dans la production de pièces moulées en fer de haute qualité et en volume moyen pour les composants automobiles, les poêles et infrastructures à bois robustes et les pièces de machines générales.La fonderie produit de la fonte grise, de la fonte ductile et de la fonte à graphite compacté et produit environ 27 000 tonnes de pièces moulées de haute qualité par an, en fonctionnant sur deux équipes cinq jours par semaine.Ortrander exploite quatre fours de fusion par induction de 6 tonnes et trois lignes de moulage DISA, produisant environ 100 tonnes de pièces moulées par jour.Cela inclut de courtes séries de production d'une heure, parfois moins pour les clients importants, le modèle doit donc être changé fréquemment.Pour optimiser la qualité et l'efficacité, le PDG Bernd H. Williams-Book a investi des ressources importantes dans la mise en œuvre de l'automatisation et de l'analyse.La première étape consistait à automatiser le processus de fusion et de dosage du fer, en modernisant trois fours de coulée existants à l'aide du dernier système pourTECH, qui comprend la technologie laser 3D, l'incubation et le contrôle de la température.Les fours, les lignes de moulage et de coulée sont désormais contrôlés et synchronisés numériquement, fonctionnant presque entièrement automatiquement.Lorsque la machine à mouler change de modèle, le contrôleur de coulée pourTECH interroge le système DISA Monitizer®|CIM pour connaître les nouvelles dimensions du moule.Sur la base des données DISA, le contrôleur de coulage calcule où placer le nœud de coulage pour chaque coulage.Il sait exactement quand le premier nouveau moule arrive à l'usine de remplissage et passe automatiquement à la nouvelle séquence de coulée.Si le gabarit atteint la fin de sa course à tout moment, la machine DISAMATIC® s'arrête et le gabarit revient automatiquement.Lorsque le premier nouveau moule est retiré de la machine, l'opérateur est alerté afin qu'il puisse vérifier visuellement qu'il est dans la bonne position.Les avantages du moulage sans soudure Les processus de moulage manuels traditionnels ou les systèmes automatisés moins complexes peuvent entraîner une perte de temps de production lors des changements de modèle, ce qui est inévitable même avec des changements de moule rapides sur une machine de moulage.La réinitialisation manuelle du verseur et des moules de coulée est plus lente, nécessite plus d'opérateurs et est sujette à des erreurs telles que l'évasement.Ortrander a constaté que lors de la mise en bouteille à la main, ses employés finissaient par se fatiguer, perdre leur concentration et commettre des erreurs, comme se relâcher.L'intégration transparente du moulage et du coulage permet des processus plus rapides, plus cohérents et de meilleure qualité tout en réduisant les déchets et les temps d'arrêt.Avec Ortrander, le remplissage automatique élimine les trois minutes auparavant nécessaires pour ajuster la position de l'unité de remplissage lors des changements de modèle.L'ensemble du processus de conversion prenait 4,5 minutes, a déclaré M. Williams-Book.Moins de deux minutes aujourd'hui.En changeant entre 8 et 12 modèles par équipe, les employés d'Ortrander passent désormais environ 30 minutes par équipe, soit la moitié de moins qu'avant.La qualité est améliorée grâce à une plus grande cohérence et à la capacité d’optimiser continuellement les processus.Ortrander a réduit les déchets d'environ 20 % en introduisant le moulage sans soudure.En plus de réduire les temps d’arrêt lors des changements de modèles, l’ensemble de la ligne de moulage et de coulée ne nécessite que deux personnes au lieu de trois auparavant.Sur certaines équipes, trois personnes peuvent faire fonctionner deux lignes de production complètes.La surveillance est presque tout ce que font ces travailleurs : outre la sélection du modèle suivant, la gestion des mélanges de sable et le transport de la fonte, ils ont peu de tâches manuelles.Un autre avantage est la réduction du besoin d’employés expérimentés, difficiles à trouver.Même si l'automatisation nécessite une certaine formation des opérateurs, elle fournit aux utilisateurs les informations critiques sur les processus dont ils ont besoin pour prendre de bonnes décisions.À l’avenir, ce seront peut-être les machines qui prendront toutes les décisions.Les dividendes des données grâce à la coulée transparente Lorsqu'elles tentent d'améliorer un processus, les fonderies disent souvent : « Nous faisons la même chose de la même manière, mais avec des résultats différents. »Ils coulent donc à la même température et au même niveau pendant 10 secondes, mais certains moulages sont bons et d'autres mauvais.En ajoutant des capteurs automatisés, en collectant des données horodatées sur chaque paramètre de processus et en surveillant les résultats, un système de coulée sans couture intégré crée une chaîne de données de processus associées, facilitant ainsi l'identification des causes profondes lorsque la qualité commence à se détériorer.Par exemple, si des inclusions inattendues se produisent dans un lot de disques de frein, les responsables peuvent rapidement vérifier que les paramètres se situent dans des limites acceptables.Étant donné que les contrôleurs de la machine de moulage, de l'usine de coulée et d'autres fonctions telles que les fours et les mélangeurs de sable fonctionnent de concert, les données qu'ils génèrent peuvent être analysées pour identifier les relations tout au long du processus, depuis les propriétés du sable jusqu'à la qualité de surface finale de la pièce moulée.Un exemple possible est la façon dont le niveau de coulée et la température affectent le remplissage du moule pour chaque modèle individuel.La base de données qui en résulte pose également les bases de l'utilisation future de techniques d'analyse automatisées telles que l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle (IA) pour optimiser les processus.Ortrander collecte les données de processus en temps réel via des interfaces machine, des mesures de capteurs et des échantillons de test.Pour chaque moulage, environ un millier de paramètres sont collectés.Auparavant, il enregistrait uniquement le temps nécessaire pour chaque coulée, mais il sait désormais exactement quel est le niveau de la buse de coulée chaque seconde, ce qui permet au personnel expérimenté d'examiner comment ce paramètre affecte d'autres indicateurs, ainsi que la qualité finale de la coulée.Le liquide est-il évacué de la buse de coulée pendant le remplissage du moule, ou la buse de coulée est-elle remplie à un niveau presque constant pendant le remplissage ?Ortrander produit trois à cinq millions de moules par an et a collecté une énorme quantité de données.Ortrander stocke également plusieurs images de chaque coulée dans la base de données pourTECH en cas de problèmes de qualité.Trouver un moyen d’évaluer automatiquement ces images est un objectif futur.Conclusion.Le formage et le versement automatisés simultanés entraînent des processus plus rapides, une qualité plus constante et moins de déchets.Avec une coulée fluide et un changement de modèle automatique, la ligne de production fonctionne de manière efficace et autonome, ne nécessitant qu'un minimum d'effort manuel.Puisque l'opérateur joue un rôle de supervision, moins de personnel est nécessaire.La coulée sans soudure est désormais utilisée dans de nombreux endroits à travers le monde et peut être appliquée à toutes les fonderies modernes.Chaque fonderie aura besoin d'une solution légèrement différente et adaptée à ses besoins, mais la technologie pour la mettre en œuvre est bien éprouvée, actuellement disponible chez DISA et son partenaire pour-tech AB, et ne nécessite pas beaucoup de travail.Un travail sur mesure peut être réalisé.L'utilisation accrue de l'intelligence artificielle et de l'automatisation intelligente dans les fonderies est encore en phase de test, mais à mesure que les fonderies et les équipementiers rassembleront davantage de données et d'expérience au cours des deux à trois prochaines années, la transition vers l'automatisation s'accélérera considérablement.Cette solution est actuellement facultative, mais comme l'intelligence des données est le meilleur moyen d'optimiser les processus et d'améliorer la rentabilité, une automatisation et une collecte de données accrues deviennent une pratique courante plutôt qu'un projet expérimental.Autrefois, les plus grands atouts d'une fonderie étaient son modèle et l'expérience de ses collaborateurs.Maintenant que la coulée transparente est combinée à une plus grande automatisation et aux systèmes de l’Industrie 4.0, les données deviennent rapidement le troisième pilier du succès des fonderies.
—Nous remercions sincèrement pour-tech et Ortrander Eisenhütte pour leurs commentaires lors de la préparation de cet article.
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Heure de publication : 05 octobre 2023