Gieterijen maken steeds meer gebruik van datagestuurde procesautomatisering om langetermijndoelstellingen van hogere kwaliteit, minder verspilling, maximale uptime en minimale kosten te bereiken.Volledig geïntegreerde digitale synchronisatie van giet- en vormprocessen (naadloos gieten) is vooral waardevol voor gieterijen die worden geconfronteerd met de uitdagingen van just-in-time productie, kortere cyclustijden en frequentere modelwisselingen.Met geautomatiseerde vorm- en gietsystemen die naadloos op elkaar aansluiten, wordt het gietproces sneller en worden onderdelen van hogere kwaliteit consistenter geproduceerd.Het geautomatiseerde gietproces omvat het monitoren van de giettemperatuur, het aanvoeren van entmateriaal en het controleren van elke mal.Dit verbetert de kwaliteit van elk gietstuk en vermindert het uitvalpercentage.Deze uitgebreide automatisering vermindert ook de behoefte aan operators met jarenlange gespecialiseerde ervaring.De werkzaamheden worden ook veiliger omdat er in totaal minder werknemers bij betrokken zijn.Deze visie is geen visie op de toekomst;Dit gebeurt nu.Hulpmiddelen zoals gieterijautomatisering en robotica, gegevensverzameling en -analyse zijn de afgelopen decennia geëvolueerd, maar de vooruitgang is de laatste tijd versneld met de ontwikkeling van betaalbare, krachtige computers en geavanceerde Industrie 4.0-netwerksensoren en compatibele besturingssystemen.Dankzij oplossingen en partners kunnen gieterijen nu een robuuste, intelligente infrastructuur creëren ter ondersteuning van ambitieuzere projecten, waarbij meerdere voorheen onafhankelijke subprocessen worden samengebracht om hun inspanningen te coördineren.Het opslaan en analyseren van procesgegevens die door deze geautomatiseerde, geïntegreerde systemen worden verzameld, opent ook de deur naar een positieve cyclus van datagestuurde continue verbetering.Gieterijen kunnen procesparameters verzamelen en analyseren door historische gegevens te onderzoeken om correlaties tussen deze gegevens en procesresultaten te vinden.Het geautomatiseerde proces zorgt vervolgens voor een transparante omgeving waarin eventuele verbeteringen die uit de analyse naar voren komen, grondig en snel kunnen worden getest, gevalideerd en waar mogelijk geïmplementeerd.
Uitdagingen op het gebied van naadloos gieten Vanwege de trend naar just-in-time productie moeten klanten die DISAMATIC®-gietlijnen gebruiken vaak tussen kleine batches vaak van model wisselen.Met behulp van apparatuur zoals een Automatic Powder Changer (APC) of een Quick Powder Changer (QPC) van DISA kunnen sjablonen in slechts één minuut worden gewijzigd.Als er snelle patroonveranderingen plaatsvinden, heeft het knelpunt in het proces de neiging om te verschuiven naar gieten: de tijd die nodig is om de trechter handmatig te verplaatsen om te gieten na een patroonverandering.Naadloos gieten is de beste manier om deze stap van het gietproces te verbeteren.Hoewel het gieten vaak al gedeeltelijk geautomatiseerd is, vereist volledige automatisering een naadloze integratie van de besturingssystemen van de vormlijn en de vulapparatuur, zodat deze in alle mogelijke bedrijfssituaties volledig synchroon werken.Om dit betrouwbaar te realiseren moet de gietunit precies weten waar het veilig is om de volgende mal te gieten en indien nodig de positie van de vulunit aanpassen.Het realiseren van efficiënt automatisch vullen in een stabiel productieproces van dezelfde matrijs is niet zo moeilijk.Elke keer dat er een nieuwe mal wordt gemaakt, verplaatst de malkolom zich over dezelfde afstand (matrijsdikte).Op deze manier kan de vuleenheid in dezelfde positie blijven staan, klaar om de volgende lege mal te vullen nadat de productielijn is gestopt.Er zijn slechts kleine aanpassingen aan de stortpositie nodig om veranderingen in de maldikte te compenseren die worden veroorzaakt door veranderingen in de samendrukbaarheid van het zand.De behoefte aan deze fijne aanpassingen is onlangs verder verminderd dankzij nieuwe vormlijnfuncties waarmee de gietposities consistenter blijven tijdens een consistente productie.Nadat elke gietbeurt is voltooid, beweegt de vormlijn opnieuw één slag, waardoor de volgende lege mal op zijn plaats wordt geplaatst om met de volgende gietbeurt te beginnen.Terwijl dit gebeurt, kan het vulapparaat worden bijgevuld.Bij het veranderen van het model kan de dikte van de mal veranderen, wat complexe automatisering vereist.In tegenstelling tot het horizontale zandbakproces, waarbij de hoogte van de zandbak vaststaat, kan het verticale DISAMATIC®-proces de dikte van de mal aanpassen aan de exacte dikte die nodig is voor elke set modellen om een constante zand-ijzerverhouding te behouden en rekening te houden met de hoogte van het model.Dit is een groot voordeel bij het garanderen van een optimale gietkwaliteit en een optimaal gebruik van hulpbronnen, maar variërende matrijsdiktes maken automatische gietcontrole een grotere uitdaging.Na een modelwissel begint de DISAMATIC®-machine met de productie van de volgende batch mallen van dezelfde dikte, maar de vulmachine op de lijn vult nog steeds de mallen van het vorige model, die mogelijk een andere maldikte hebben.Om dit tegen te gaan, moeten de vormlijn en de vulinstallatie naadloos samenwerken als één gesynchroniseerd systeem, waarbij mallen van de ene dikte worden geproduceerd en de andere veilig worden gegoten.Naadloos gieten na patroonverandering.Na patroonverandering blijft de dikte van de resterende mal tussen de vormmachines hetzelfde.De gieteenheid van het vorige model blijft hetzelfde, maar omdat de nieuwe mal die uit de vormmachine komt dikker of dunner kan zijn, kan de hele draad in elke cyclus op verschillende afstanden vooruit bewegen – tot de dikte van de nieuwe vorm.Dit betekent dat het naadloze gietsysteem bij elke slag van de gietmachine de gietpositie moet aanpassen ter voorbereiding op de volgende gietbeurt.Nadat de vorige batch mallen is gegoten, wordt de dikte van de mal weer constant en wordt de stabiele productie hervat.Als de nieuwe mal bijvoorbeeld 150 mm dik is in plaats van de 200 mm dikke mal die eerder nog werd gegoten, moet het gietapparaat bij elke slag van de gietmachine 50 mm terug bewegen richting de gietmachine om in de juiste gietpositie te komen..Om ervoor te zorgen dat een gietinstallatie zich kan voorbereiden op het gieten wanneer de malkolom niet meer beweegt, moet de controller van de vulinstallatie precies weten in welke mal hij gaat gieten en wanneer en waar deze in het gietgebied zal aankomen.Met behulp van een nieuw model dat dikke mallen produceert en dunne mallen giet, moet het systeem twee mallen in één cyclus kunnen gieten.Wanneer u bijvoorbeeld een mal met een diameter van 400 mm maakt en een mal met een diameter van 200 mm giet, moet het gietapparaat voor elke gemaakte mal 200 mm verwijderd zijn van de vormmachine.Op een gegeven moment zal de slag van 400 mm twee ongevulde mallen met een diameter van 200 mm uit het mogelijke gietgebied duwen.In dit geval moet de vormmachine wachten tot het vulapparaat klaar is met het gieten van de twee 200 mm-mallen voordat hij doorgaat naar de volgende slag.Of, bij het maken van dunne mallen moet de schenker het gieten volledig kunnen overslaan in de cyclus, terwijl hij toch dikke mallen kan gieten.Als u bijvoorbeeld een mal met een diameter van 200 mm maakt en een mal met een diameter van 400 mm giet, betekent het plaatsen van een nieuwe mal met een diameter van 400 mm in het gietgebied dat er twee mallen met een diameter van 200 mm moeten worden gemaakt.De tracking, berekeningen en gegevensuitwisseling die nodig zijn voor een geïntegreerd vorm- en gietsysteem om probleemloos geautomatiseerd gieten mogelijk te maken, zoals hierboven beschreven, hebben in het verleden voor veel leveranciers van apparatuur voor uitdagingen gezorgd.Maar dankzij moderne machines, digitale systemen en best practices kan naadloos gieten snel worden bereikt (en is dit ook gebeurd) met minimale instellingen.De belangrijkste vereiste is een vorm van ‘boekhouding’ van het proces, waarbij in realtime informatie wordt verstrekt over de locatie van elk formulier.Het Monitizer®|CIM-systeem (Computer Integrated Module) van DISA bereikt dit doel door elke gemaakte mal te registreren en de beweging ervan door de productielijn te volgen.Als procestimer genereert het een reeks gegevensstromen met tijdstempel die elke seconde de positie van elke mal en zijn mondstuk op de productielijn berekenen.Indien nodig wisselt het gegevens in realtime uit met het besturingssysteem van de vulinstallatie en andere systemen om een nauwkeurige synchronisatie te bereiken.Het DISA-systeem haalt voor elke mal belangrijke gegevens uit de CIM-database, zoals maldikte en wel/niet te gieten, en stuurt deze naar het controlesysteem van de vulinstallatie.Met behulp van deze nauwkeurige gegevens (die worden gegenereerd nadat de mal is geëxtrudeerd) kan de schenker het gietsamenstel naar de juiste positie verplaatsen voordat de mal arriveert, en vervolgens beginnen met het openen van de stopstang terwijl de mal nog in beweging is.De mal arriveert op tijd om het ijzer van de gietinstallatie te ontvangen.Deze ideale timing is cruciaal, dat wil zeggen dat de smelt de gietbeker nauwkeurig bereikt.De giettijd is een vaak voorkomend knelpunt in de productiviteit en door het begin van het gieten perfect te timen, kunnen de cyclustijden met enkele tienden van een seconde worden verkort.Het DISA-vormsysteem draagt ook relevante gegevens van de vormmachine over, zoals de huidige matrijsgrootte en injectiedruk, maar ook bredere procesgegevens zoals de samendrukbaarheid van zand, naar de Monitizer®|CIM.Op zijn beurt ontvangt en bewaart Monitizer®|CIM voor elke mal kwaliteitskritische parameters van de vulfabriek, zoals giettemperatuur, giettijd en het succes van de giet- en inentingsprocessen.Hierdoor kunnen individuele vormen als slecht worden gemarkeerd en gescheiden voordat ze in het schudsysteem worden gemengd.Naast het automatiseren van vormmachines, vormlijnen en gieten, biedt Monitizer®|CIM een Industrie 4.0-compatibel raamwerk voor acquisitie, opslag, rapportage en analyse.Het gieterijmanagement kan gedetailleerde rapporten bekijken en dieper in de gegevens duiken om kwaliteitsproblemen op te sporen en potentiële verbeteringen aan te sturen.De naadloze gietervaring van Ortrander Ortrander Eisenhütte is een familiegieterij in Duitsland die gespecialiseerd is in de productie van hoogwaardige ijzergietstukken uit het middensegment voor auto-onderdelen, zware houtkachels en infrastructuur, en algemene machineonderdelen.De gieterij produceert grijs ijzer, nodulair gietijzer en verdicht grafietijzer en produceert ongeveer 27.000 ton hoogwaardige gietstukken per jaar, waarbij vijf dagen per week in twee ploegen wordt gewerkt.Ortrander exploiteert vier inductiesmeltovens van 6 ton en drie DISA-vormlijnen, die ongeveer 100 ton gietstukken per dag produceren.Dit omvat korte productieruns van een uur, soms minder voor belangrijke klanten, waardoor het sjabloon regelmatig moet worden gewijzigd.Om de kwaliteit en efficiëntie te optimaliseren heeft CEO Bernd H. Williams-Book aanzienlijke middelen geïnvesteerd in de implementatie van automatisering en analyse.De eerste stap was het automatiseren van het smelt- en doseerproces van ijzer, waarbij drie bestaande gietovens werden geüpgraded met behulp van het nieuwste pourTECH-systeem, dat 3D-lasertechnologie, incubatie en temperatuurregeling omvat.Ovens, vorm- en gietlijnen worden nu digitaal aangestuurd en gesynchroniseerd en werken vrijwel volledig automatisch.Wanneer de vormmachine van model verandert, vraagt de pourTECH-gietcontroller het DISA Monitizer®|CIM-systeem naar de nieuwe matrijsafmetingen.Op basis van de DISA-gegevens berekent de stortcontroller waar het stortknooppunt voor elke storting moet worden geplaatst.Hij weet precies wanneer de eerste nieuwe mal bij de vulinstallatie arriveert en schakelt automatisch over naar de nieuwe gietvolgorde.Als de mal op enig moment het einde van zijn slag bereikt, stopt de DISAMATIC®-machine en keert de mal automatisch terug.Wanneer de eerste nieuwe matrijs uit de machine wordt gehaald, wordt de operator gewaarschuwd zodat hij visueel kan controleren of deze zich op de juiste positie bevindt.De voordelen van naadloos gieten Traditionele handgietprocessen of minder complexe geautomatiseerde systemen kunnen resulteren in verloren productietijd tijdens modelwijzigingen, wat onvermijdelijk is, zelfs bij snelle matrijswisselingen op een vormmachine.Het handmatig resetten van de schenker en gietvormen gaat langzamer, vereist meer operators en is gevoelig voor fouten zoals overstraling.Ortrander ontdekte dat zijn werknemers bij het handmatig bottelen uiteindelijk moe werden, hun concentratie verloren en fouten maakten, zoals verslappen.Naadloze integratie van gieten en gieten maakt snellere, consistentere en hoogwaardigere processen mogelijk, terwijl verspilling en stilstand worden verminderd.Met Ortrander elimineert automatisch vullen de drie minuten die voorheen nodig waren om de positie van de vuleenheid aan te passen tijdens modelwijzigingen.Het hele conversieproces duurde vroeger 4,5 minuten, zei de heer Williams-Book.Minder dan twee minuten vandaag.Door tussen de 8 en 12 modellen per dienst te wisselen, besteden medewerkers van Ortrander nu ongeveer 30 minuten per dienst, de helft minder dan voorheen.De kwaliteit wordt verbeterd door een grotere consistentie en de mogelijkheid om processen voortdurend te optimaliseren.Ortrander verminderde het afval met ongeveer 20% door naadloos gieten te introduceren.Naast het verminderen van de stilstandtijd bij het wisselen van modellen, zijn er voor de gehele vorm- en gietlijn slechts twee mensen nodig in plaats van de voorgaande drie.In sommige ploegendiensten kunnen drie personen twee complete productielijnen bedienen.Toezicht houden is bijna het enige dat deze werknemers doen: afgezien van het selecteren van het volgende model, het beheren van zandmengsels en het transporteren van de smelt, hebben ze weinig handmatige taken.Een ander voordeel is de verminderde behoefte aan ervaren medewerkers, die lastig te vinden zijn.Hoewel automatisering enige training van operators vereist, biedt het mensen de kritische procesinformatie die ze nodig hebben om goede beslissingen te nemen.In de toekomst kunnen machines alle beslissingen nemen.Datadividenden uit naadloos gieten Wanneer gieterijen proberen een proces te verbeteren, zeggen ze vaak: “We doen hetzelfde op dezelfde manier, maar met verschillende resultaten.”Ze werpen dus 10 seconden op dezelfde temperatuur en hetzelfde niveau, maar sommige gietstukken zijn goed en andere slecht.Door geautomatiseerde sensoren toe te voegen, tijdsgestempelde gegevens over elke procesparameter te verzamelen en de resultaten te monitoren, creëert een geïntegreerd naadloos gietsysteem een keten van gerelateerde procesgegevens, waardoor het gemakkelijker wordt om de hoofdoorzaken te identificeren wanneer de kwaliteit begint te verslechteren.Als er bijvoorbeeld onverwachte insluitsels voorkomen in een partij remschijven, kunnen managers snel controleren of de parameters binnen aanvaardbare grenzen liggen.Omdat controllers voor de vormmachine, gietfabriek en andere functies zoals ovens en zandmixers samenwerken, kunnen de gegevens die ze genereren worden geanalyseerd om relaties gedurende het hele proces te identificeren, van zandeigenschappen tot de uiteindelijke oppervlaktekwaliteit van het gietstuk.Een mogelijk voorbeeld is hoe het gietniveau en de temperatuur de vormvulling voor elk afzonderlijk model beïnvloeden.De resulterende database legt ook de basis voor het toekomstige gebruik van geautomatiseerde analysetechnieken zoals machine learning en kunstmatige intelligentie (AI) om processen te optimaliseren.Ortrander verzamelt procesgegevens in realtime via machine-interfaces, sensormetingen en testmonsters.Voor elk gietstuk worden ongeveer duizend parameters verzameld.Voorheen registreerde het alleen de tijd die nodig was voor elke gietbeurt, maar nu weet het elke seconde precies wat het niveau van het gietmondstuk is, waardoor ervaren personeel kan onderzoeken hoe deze parameter andere indicatoren beïnvloedt, evenals de uiteindelijke kwaliteit van het gietstuk.Wordt de vloeistof uit het gietmondstuk afgevoerd tijdens het vullen van de mal, of wordt het gietmondstuk tijdens het vullen vrijwel constant gevuld?Ortrander produceert drie tot vijf miljoen matrijzen per jaar en heeft een enorme hoeveelheid gegevens verzameld.Ortrander slaat ook meerdere afbeeldingen van elke storting op in de pourTECH-database in geval van kwaliteitsproblemen.Het vinden van een manier om deze afbeeldingen automatisch te beoordelen is een toekomstig doel.Conclusie.Gelijktijdig geautomatiseerd vormen en gieten resulteert in snellere processen, consistentere kwaliteit en minder afval.Dankzij het soepele gieten en de automatische patroonwisseling werkt de productielijn effectief autonoom, waarbij slechts minimale handmatige inspanning nodig is.Omdat de operator een toezichthoudende rol speelt, is er minder personeel nodig.Naadloos gieten wordt inmiddels op veel plaatsen in de wereld toegepast en kan in alle moderne gieterijen worden toegepast.Elke gieterij heeft een iets andere oplossing nodig die is afgestemd op zijn behoeften, maar de technologie om deze te implementeren is goed bewezen, momenteel verkrijgbaar bij DISA en zijn partner pour-tech AB, en vereist niet veel werk.Maatwerk kan worden uitgevoerd.Het toegenomen gebruik van kunstmatige intelligentie en intelligente automatisering in gieterijen bevindt zich nog in de testfase, maar naarmate gieterijen en OEM's de komende twee tot drie jaar meer gegevens en aanvullende ervaring verzamelen, zal de transitie naar automatisering aanzienlijk versnellen.Deze oplossing is momenteel echter optioneel, maar omdat data-intelligentie de beste manier is om processen te optimaliseren en de winstgevendheid te verbeteren, wordt een grotere automatisering en gegevensverzameling steeds meer een standaardpraktijk in plaats van een experimenteel project.In het verleden waren de grootste troeven van een gieterij het model en de ervaring van haar medewerkers.Nu naadloos gieten wordt gecombineerd met grotere automatisering en Industrie 4.0-systemen, wordt data snel de derde pijler van het succes van gieterijen.
—Wij danken pour-tech en Ortrander Eisenhütte oprecht voor hun opmerkingen tijdens de voorbereiding van dit artikel.
Ja, ik wil graag de tweewekelijkse Foundry-Planet nieuwsbrief ontvangen met al het laatste nieuws, tests en rapporten over producten en materialen.Plus speciale nieuwsbrieven – allemaal met gratis annulering op elk moment.
Posttijd: 05-okt-2023