Le fonderie stanno adottando sempre più l'automazione dei processi basata sui dati per raggiungere obiettivi a lungo termine di qualità superiore, meno sprechi, massimi tempi di attività e costi minimi.La sincronizzazione digitale completamente integrata dei processi di colata e stampaggio (colata senza soluzione di continuità) è particolarmente preziosa per le fonderie che affrontano le sfide della produzione just-in-time, dei tempi di ciclo ridotti e dei cambi di modello più frequenti.Con i sistemi di stampaggio e fusione automatizzati che si collegano perfettamente tra loro, il processo di fusione diventa più veloce e le parti di qualità superiore vengono prodotte in modo più uniforme.Il processo di colata automatizzato comprende il monitoraggio della temperatura di colata, l'alimentazione del materiale di inoculazione e il controllo di ogni stampo.Ciò migliora la qualità di ogni fusione e riduce il tasso di scarto.Questa automazione completa riduce inoltre la necessità di operatori con anni di esperienza specializzata.Le operazioni diventano anche più sicure perché nel complesso sono coinvolti meno lavoratori.Questa visione non è una visione del futuro;Questo sta accadendo adesso.Strumenti come l’automazione e la robotica delle fonderie, la raccolta e l’analisi dei dati si sono evoluti nel corso di decenni, ma recentemente i progressi hanno subito un’accelerazione con lo sviluppo di sistemi di calcolo ad alte prestazioni a prezzi accessibili, sensori avanzati collegati in rete per l’Industria 4.0 e sistemi di controllo compatibili.Soluzioni e partner ora consentono alle fonderie di creare un'infrastruttura solida e intelligente per supportare progetti più ambiziosi, riunendo più sottoprocessi precedentemente indipendenti per coordinare i propri sforzi.La memorizzazione e l'analisi dei dati di processo raccolti da questi sistemi automatizzati e integrati apre inoltre le porte a un ciclo virtuoso di miglioramento continuo basato sui dati.Le fonderie possono raccogliere e analizzare i parametri di processo esaminando i dati storici per trovare correlazioni tra essi e i risultati del processo.Il processo automatizzato fornisce quindi un ambiente trasparente in cui eventuali miglioramenti identificati dall'analisi possono essere testati, convalidati e, ove possibile, rapidamente e in modo approfondito e rapido.
Sfide di stampaggio senza soluzione di continuità A causa della tendenza verso la produzione just-in-time, i clienti che utilizzano le linee di stampaggio DISAMATIC® spesso devono cambiare frequentemente i modelli tra piccoli lotti.Utilizzando apparecchiature come il cambio automatico delle polveri (APC) o il cambio rapido delle polveri (QPC) di DISA, i modelli possono essere cambiati in appena un minuto.Quando si verificano cambiamenti di modello ad alta velocità, il collo di bottiglia nel processo tende a spostarsi verso il versamento, ovvero il tempo necessario per spostare manualmente la paniera per versare dopo un cambio di modello.La fusione senza soluzione di continuità è il modo migliore per migliorare questa fase del processo di fusione.Sebbene la colata sia spesso già parzialmente automatizzata, l'automazione completa richiede un'integrazione perfetta dei sistemi di controllo della linea di formatura e delle attrezzature di riempimento in modo che funzionino in modo completamente sincrono in tutte le possibili situazioni operative.Per raggiungere questo obiettivo in modo affidabile, l'unità di colata deve sapere esattamente dove è sicuro versare lo stampo successivo e, se necessario, regolare la posizione dell'unità di riempimento.Ottenere un riempimento automatico efficiente in un processo di produzione stabile dello stesso stampo non è così difficile.Ogni volta che viene realizzato un nuovo stampo, la colonna dello stampo si sposta della stessa distanza (spessore dello stampo).In questo modo l'unità di riempimento può rimanere nella stessa posizione, pronta a riempire il successivo stampo vuoto dopo l'arresto della linea di produzione.Sono necessari solo piccoli aggiustamenti alla posizione di colata per compensare i cambiamenti nello spessore dello stampo causati dai cambiamenti nella comprimibilità della sabbia.La necessità di queste regolazioni fini è stata recentemente ulteriormente ridotta grazie alle nuove funzionalità della linea di formatura che consentono alle posizioni di colata di rimanere più coerenti durante una produzione costante.Al termine di ogni colata, la linea di formatura si muove nuovamente di una corsa, posizionando il successivo stampo vuoto in posizione per iniziare la colata successiva.Nel frattempo è possibile ricaricare il dispositivo di riempimento.Quando si cambia il modello, lo spessore dello stampo può cambiare, il che richiede un'automazione complessa.A differenza del processo con sabbiera orizzontale, in cui l'altezza della sabbiera è fissa, il processo verticale DISAMATIC® può regolare lo spessore dello stampo sull'esatto spessore necessario per ciascuna serie di modelli per mantenere un rapporto sabbia/ferro costante e tenere conto dell'altezza. del modello.Questo è un grande vantaggio nel garantire una qualità di fusione e un utilizzo delle risorse ottimali, ma la variazione dello spessore dello stampo rende il controllo automatico della fusione più impegnativo.Dopo un cambio modello, la macchina DISAMATIC® inizia a produrre il lotto successivo di stampi dello stesso spessore, ma la riempitrice della linea riempie ancora gli stampi del modello precedente, che possono avere uno spessore stampo diverso.Per contrastare questo problema, la linea di formatura e l'impianto di riempimento devono funzionare ininterrottamente come un unico sistema sincronizzato, producendo stampi di uno spessore e versandone in sicurezza un altro.Versamento senza soluzione di continuità dopo il cambio del modello.Dopo il cambio del modello, lo spessore dello stampo rimanente tra le macchine di stampaggio rimane lo stesso.L'unità di colata realizzata a partire dal modello precedente rimane la stessa, ma poiché il nuovo stampo in uscita dalla macchina di formatura può essere più spesso o più sottile, l'intero filo può avanzare a distanze diverse in ogni ciclo – fino allo spessore della nuova forma.Ciò significa che ad ogni corsa della macchina per lo stampaggio, il sistema di fusione senza saldatura deve regolare la posizione di fusione in preparazione per la fusione successiva.Dopo che il lotto precedente di stampi è stato versato, lo spessore dello stampo diventa nuovamente costante e riprende la produzione stabile.Ad esempio, se il nuovo stampo ha uno spessore di 150 mm invece dello stampo di 200 mm di spessore che veniva ancora versato in precedenza, il dispositivo di colata deve spostarsi indietro di 50 mm verso la macchina di stampaggio ad ogni corsa della macchina di stampaggio per trovarsi nella posizione di colata corretta..Affinché un impianto di colata si prepari a versare quando la colonna dello stampo smette di muoversi, il controllore dell'impianto di riempimento deve sapere esattamente in quale stampo verrà versato e quando e dove arriverà nell'area di colata.Utilizzando un nuovo modello che produce stampi spessi mentre colano stampi sottili, il sistema dovrebbe essere in grado di fondere due stampi in un ciclo.Ad esempio, quando si realizza uno stampo di diametro 400 mm e si cola uno stampo di diametro 200 mm, il dispositivo di colata deve trovarsi a 200 mm di distanza dalla macchina di stampaggio per ogni stampo realizzato.Ad un certo punto la corsa di 400 mm spingerà due stampi vuoti da 200 mm di diametro fuori dalla possibile area di colata.In questo caso la formatrice dovrà attendere che il dispositivo di riempimento abbia finito di versare i due stampi da 200mm prima di passare alla corsa successiva.Oppure, quando si realizzano stampi sottili, il versatore deve essere in grado di saltare completamente il getto nel ciclo pur continuando a versare stampi spessi.Ad esempio, quando si realizza uno stampo da 200 mm di diametro e si versa uno stampo da 400 mm di diametro, posizionare un nuovo stampo da 400 mm di diametro nell'area di colata significa che è necessario realizzare due stampi da 200 mm di diametro.Il monitoraggio, i calcoli e lo scambio di dati richiesti affinché un sistema integrato di stampaggio e colata fornisca un getto automatizzato senza problemi, come descritto sopra, in passato hanno rappresentato sfide per molti fornitori di apparecchiature.Ma grazie alle macchine moderne, ai sistemi digitali e alle migliori pratiche, il versamento senza soluzione di continuità può essere (ed è stato) ottenuto rapidamente con una configurazione minima.Il requisito principale è una qualche forma di “contabilità” del processo, che fornisca informazioni sulla posizione di ciascun modulo in tempo reale.Il sistema Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) di DISA raggiunge questo obiettivo registrando ogni stampo realizzato e monitorandone il movimento attraverso la linea di produzione.Come timer di processo, genera una serie di flussi di dati con timestamp che calcolano ogni secondo la posizione di ciascuno stampo e del relativo ugello sulla linea di produzione.Se necessario, scambia dati in tempo reale con il sistema di controllo dell'impianto di riempimento e altri sistemi per ottenere una sincronizzazione precisa.Il sistema DISA estrae dati importanti per ogni stampo dal database CIM, come spessore dello stampo e può/non può essere colato, e li invia al sistema di controllo dell'impianto di riempimento.Utilizzando questi dati accurati (generati dopo l'estrusione dello stampo), il versatore può spostare il gruppo di versamento nella posizione corretta prima dell'arrivo dello stampo e quindi iniziare ad aprire l'asta del tappo mentre lo stampo è ancora in movimento.Lo stampo arriva in tempo per ricevere il ferro dall'impianto di colata.Questo momento ideale è fondamentale, cioè la massa fusa raggiunge con precisione la tazza di versamento.Il tempo di colata è un comune collo di bottiglia in termini di produttività e, cronometrando perfettamente l'inizio del getto, i tempi del ciclo possono essere ridotti di diversi decimi di secondo.Il sistema di stampaggio DISA trasferisce anche i dati rilevanti dalla macchina di stampaggio, come le dimensioni attuali dello stampo e la pressione di iniezione, nonché dati di processo più ampi come la comprimibilità della sabbia, al Monitizer®|CIM.A sua volta, Monitizer®|CIM riceve e memorizza parametri critici per la qualità per ciascuno stampo dall'impianto di riempimento, come la temperatura di colata, il tempo di colata e il successo dei processi di colata e di inoculazione.Ciò consente di contrassegnare le singole forme come scadenti e separarle prima di mescolarle nel sistema di agitazione.Oltre ad automatizzare macchine di stampaggio, linee di stampaggio e colata, Monitizer®|CIM fornisce un framework conforme a Industry 4.0 per l'acquisizione, l'archiviazione, il reporting e l'analisi.La direzione della fonderia può visualizzare report dettagliati e approfondire i dati per tenere traccia dei problemi di qualità e promuovere potenziali miglioramenti.L'esperienza di fusione senza soluzione di continuità di Ortrander Ortrander Eisenhütte è una fonderia a conduzione familiare in Germania specializzata nella produzione di getti in ghisa di medio volume e di alta qualità per componenti automobilistici, stufe a legna e infrastrutture per carichi pesanti e parti di macchinari generali.La fonderia produce ghisa grigia, ghisa duttile e ghisa a grafite compattata e produce circa 27.000 tonnellate di getti di alta qualità all'anno, operando su due turni cinque giorni alla settimana.Ortrander gestisce quattro forni fusori a induzione da 6 tonnellate e tre linee di formatura DISA, producendo circa 100 tonnellate di getti al giorno.Ciò include brevi cicli di produzione di un'ora, a volte meno per clienti importanti, quindi il modello deve essere cambiato frequentemente.Per ottimizzare la qualità e l'efficienza, il CEO Bernd H. Williams-Book ha investito risorse significative nell'implementazione dell'automazione e dell'analisi.Il primo passo è stato automatizzare il processo di fusione e dosaggio del ferro, aggiornando tre forni di colata esistenti utilizzando l’ultimo sistema pourTECH, che include tecnologia laser 3D, incubazione e controllo della temperatura.I forni, le linee di formatura e colata sono ora controllati e sincronizzati digitalmente e funzionano quasi in modo completamente automatico.Quando la macchina per lo stampaggio cambia modello, il controllore del getto pourTECH interroga il sistema DISA Monitizer®|CIM per le nuove dimensioni dello stampo.In base ai dati DISA, il controllore del getto calcola dove posizionare il nodo del getto per ciascun getto.Sa esattamente quando arriva il primo nuovo stampo all'impianto di riempimento e passa automaticamente alla nuova sequenza di colata.Se in qualsiasi momento la maschera raggiunge la fine della corsa, la macchina DISAMATIC® si ferma e la maschera ritorna automaticamente.Quando il primo stampo nuovo viene rimosso dalla macchina, l'operatore viene avvisato in modo che possa verificare visivamente che sia nella posizione corretta.I vantaggi della fusione senza soluzione di continuità I tradizionali processi di fusione manuale o i sistemi automatizzati meno complessi possono comportare una perdita di tempo di produzione durante i cambi di modello, il che è inevitabile anche con rapidi cambi di stampo su una macchina di stampaggio.Il ripristino manuale del versatore e degli stampi di colata è più lento, richiede più operatori ed è soggetto a errori come la svasatura.Ortrander ha scoperto che quando imbottigliavano a mano, i suoi dipendenti alla fine si stancavano, perdevano la concentrazione e commettevano errori, come ad esempio rallentare.L'integrazione perfetta di stampaggio e colata consente processi più rapidi, più coerenti e di qualità superiore, riducendo al contempo sprechi e tempi di fermo.Con Ortrander il riempimento automatico elimina i tre minuti precedentemente necessari per regolare la posizione dell'unità di riempimento durante il cambio modello.L'intero processo di conversione richiedeva 4,5 minuti, ha affermato il signor Williams-Book.Meno di due minuti oggi.Cambiando da 8 a 12 modelli per turno, i dipendenti Ortrander ora trascorrono circa 30 minuti per turno, la metà rispetto a prima.La qualità viene migliorata attraverso una maggiore coerenza e la capacità di ottimizzare continuamente i processi.Ortrander ha ridotto gli sprechi di circa il 20% introducendo la fusione senza saldatura.Oltre a ridurre i tempi di inattività durante il cambio modello, l'intera linea di formatura e colata richiede solo due persone invece delle tre precedenti.In alcuni turni, tre persone possono gestire due linee di produzione complete.Il monitoraggio è quasi l'unica cosa che fanno questi lavoratori: oltre a selezionare il modello successivo, gestire le miscele di sabbia e trasportare la massa fusa, hanno poche attività manuali.Un altro vantaggio è la ridotta necessità di dipendenti esperti, difficili da trovare.Sebbene l’automazione richieda una certa formazione per gli operatori, fornisce alle persone le informazioni critiche sui processi di cui hanno bisogno per prendere buone decisioni.In futuro, le macchine potranno prendere tutte le decisioni.I dividendi dei dati derivanti dalla fusione senza soluzione di continuità Quando cercano di migliorare un processo, le fonderie spesso dicono: "Facciamo la stessa cosa nello stesso modo, ma con risultati diversi".Quindi lanciano alla stessa temperatura e allo stesso livello per 10 secondi, ma alcuni getti sono buoni e altri sono cattivi.Aggiungendo sensori automatizzati, raccogliendo dati con timestamp su ciascun parametro di processo e monitorando i risultati, un sistema di colata senza soluzione di continuità integrato crea una catena di dati di processo correlati, rendendo più semplice identificare le cause profonde quando la qualità inizia a deteriorarsi.Ad esempio, se si verificano inclusioni impreviste in un lotto di dischi freno, i responsabili possono verificare rapidamente che i parametri rientrino nei limiti accettabili.Poiché i controllori della macchina di formatura, dell'impianto di colata e di altre funzioni come forni e miscelatori di sabbia lavorano in sinergia, i dati che generano possono essere analizzati per identificare le relazioni durante tutto il processo, dalle proprietà della sabbia alla qualità della superficie finale del pezzo fuso.Un possibile esempio è il modo in cui il livello di colata e la temperatura influiscono sul riempimento dello stampo per ogni singolo modello.Il database risultante getta anche le basi per il futuro utilizzo di tecniche di analisi automatizzate come l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale (AI) per ottimizzare i processi.Ortrander raccoglie i dati di processo in tempo reale attraverso interfacce macchina, misurazioni di sensori e campioni di prova.Per ogni colata in stampo vengono raccolti circa mille parametri.Prima registrava solo il tempo necessario per ogni colata, ora sa esattamente qual è il livello dell'ugello di colata ogni secondo, consentendo a personale esperto di esaminare come questo parametro influisce su altri indicatori, nonché sulla qualità finale della fusione.Il liquido viene scaricato dall'ugello di colata durante il riempimento dello stampo oppure l'ugello di colata viene riempito a un livello quasi costante durante il riempimento?Ortrander produce da tre a cinque milioni di stampi all'anno e ha raccolto un'enorme quantità di dati.Ortrander memorizza inoltre più immagini di ciascuna colata nel database pourTECH in caso di problemi di qualità.Trovare un modo per valutare automaticamente queste immagini è un obiettivo futuro.Conclusione.La formatura e il versamento automatizzati simultanei si traducono in processi più rapidi, qualità più uniforme e meno sprechi.Grazie alla fusione fluida e al cambio automatico del modello, la linea di produzione funziona in modo efficace e autonomo, richiedendo solo uno sforzo manuale minimo.Poiché l'operatore svolge un ruolo di supervisione, è necessario meno personale.La fusione senza saldatura è ora utilizzata in molti luoghi in tutto il mondo e può essere applicata a tutte le fonderie moderne.Ogni fonderia richiederà una soluzione leggermente diversa, adattata alle proprie esigenze, ma la tecnologia per implementarla è ben collaudata, attualmente disponibile presso DISA e il suo partner pour-tech AB, e non richiede molto lavoro.È possibile eseguire lavori personalizzati.Il maggiore utilizzo dell’intelligenza artificiale e dell’automazione intelligente nelle fonderie è ancora in fase di sperimentazione, ma man mano che fonderie e OEM raccoglieranno più dati ed esperienza aggiuntiva nei prossimi due o tre anni, la transizione verso l’automazione accelererà in modo significativo.Questa soluzione è attualmente facoltativa, tuttavia, poiché l’intelligenza dei dati è il modo migliore per ottimizzare i processi e migliorare la redditività, una maggiore automazione e raccolta dei dati stanno diventando una pratica standard piuttosto che un progetto sperimentale.In passato il patrimonio più grande di una fonderia era il modello e l'esperienza dei suoi dipendenti.Ora che la fusione senza soluzione di continuità è combinata con una maggiore automazione e con i sistemi dell’Industria 4.0, i dati stanno rapidamente diventando il terzo pilastro del successo della fonderia.
—Ringraziamo sinceramente pour-tech e Ortrander Eisenhütte per i loro commenti durante la preparazione di questo articolo.
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Orario di pubblicazione: 05-ottobre-2023