Odlewnie coraz częściej wdrażają automatyzację procesów opartą na danych, aby osiągnąć długoterminowe cele w postaci wyższej jakości, mniejszej ilości odpadów, maksymalnego czasu pracy i minimalnych kosztów.W pełni zintegrowana cyfrowa synchronizacja procesów zalewania i formowania (odlewanie bez szwu) jest szczególnie cenna dla odlewni stojących przed wyzwaniami związanymi z produkcją na czas, skróconymi czasami cykli i częstszymi zmianami modeli.Dzięki zautomatyzowanym systemom formowania i odlewania, które płynnie się ze sobą łączą, proces odlewania staje się szybszy, a części o wyższej jakości są produkowane w sposób bardziej spójny.Zautomatyzowany proces zalewania obejmuje monitorowanie temperatury zalewania, a także podawanie materiału inokulacyjnego i sprawdzanie każdej formy.Poprawia to jakość każdego odlewu i zmniejsza ilość złomu.Ta wszechstronna automatyzacja zmniejsza również zapotrzebowanie na operatorów z wieloletnim specjalistycznym doświadczeniem.Operacje stają się również bezpieczniejsze, ponieważ ogólnie zaangażowanych jest mniej pracowników.Ta wizja nie jest wizją przyszłości;To się dzieje teraz.Narzędzia takie jak automatyzacja i robotyka w odlewniach, gromadzenie i analiza danych ewoluowały przez dziesięciolecia, ale postęp ostatnio przyspieszył wraz z rozwojem niedrogich, wysokowydajnych obliczeń oraz zaawansowanych czujników sieciowych Przemysłu 4.0 i kompatybilnych systemów sterowania.Rozwiązania i partnerzy umożliwiają teraz odlewniom tworzenie solidnej, inteligentnej infrastruktury do obsługi bardziej ambitnych projektów, łącząc wiele wcześniej niezależnych podprocesów w celu koordynowania ich wysiłków.Przechowywanie i analizowanie danych procesowych zebranych przez te zautomatyzowane, zintegrowane systemy otwiera również drzwi do pozytywnego cyklu ciągłego doskonalenia opartego na danych.Odlewnie mogą gromadzić i analizować parametry procesów, badając dane historyczne w celu znalezienia korelacji między nimi a wynikami procesu.Zautomatyzowany proces zapewnia następnie przejrzyste środowisko, w którym wszelkie ulepszenia zidentyfikowane w wyniku analizy można dokładnie i szybko przetestować, zweryfikować i, jeśli to możliwe, wdrożyć.
Wyzwania związane z bezproblemowym formowaniem Ze względu na tendencję do produkcji na czas, klienci korzystający z linii formierskich DISAMATIC® często muszą zmieniać modele pomiędzy małymi seriami.Używając sprzętu takiego jak automatyczny zmieniacz proszku (APC) lub szybki zmieniacz proszku (QPC) firmy DISA, szablony można wymieniać w ciągu zaledwie jednej minuty.Gdy zachodzą zmiany w układzie z dużą szybkością, wąskie gardło w procesie ma tendencję do przesuwania się w stronę zalewania – czasu wymaganego do ręcznego przesunięcia kadzi pośredniej w celu nalania po zmianie wzoru.Odlewanie bez szwu to najlepszy sposób na ulepszenie tego etapu procesu odlewania.Chociaż odlewanie jest często już częściowo zautomatyzowane, pełna automatyzacja wymaga płynnej integracji systemów sterowania linii formierskiej i urządzeń napełniających, tak aby działały całkowicie synchronicznie we wszystkich możliwych sytuacjach eksploatacyjnych.Aby to osiągnąć niezawodnie, jednostka nalewająca musi dokładnie wiedzieć, gdzie można bezpiecznie wylać następną formę i w razie potrzeby dostosować położenie jednostki napełniającej.Osiągnięcie wydajnego automatycznego napełniania w stabilnym procesie produkcyjnym tej samej formy nie jest takie trudne.Za każdym razem, gdy wykonywana jest nowa forma, kolumna formy przemieszcza się o tę samą odległość (grubość formy).Dzięki temu jednostka napełniająca może pozostać w tej samej pozycji, gotowa do napełnienia kolejnej pustej formy po zatrzymaniu linii produkcyjnej.Aby skompensować zmiany grubości formy spowodowane zmianami ściśliwości piasku, wymagane są jedynie niewielkie korekty pozycji zalewania.Zapotrzebowanie na te precyzyjne regulacje zostało ostatnio jeszcze bardziej ograniczone dzięki nowym funkcjom linii formierskiej, które pozwalają zachować bardziej spójne pozycje odlewania podczas spójnej produkcji.Po zakończeniu każdego odlewu linia formierska przesuwa się ponownie o jeden skok, umieszczając następną pustą formę na miejscu i rozpoczynając następny wylew.W tym czasie można ponownie napełnić urządzenie napełniające.Przy zmianie modelu grubość formy może się zmienić, co wymaga skomplikowanej automatyzacji.W przeciwieństwie do poziomego procesu piaskownicy, w którym wysokość piaskownicy jest stała, pionowy proces DISAMATIC® może dostosować grubość formy do dokładnej grubości potrzebnej dla każdego zestawu modeli, aby utrzymać stały stosunek piasku do żelaza i uwzględnić wysokość modelu.Jest to główna zaleta zapewniająca optymalną jakość odlewu i wykorzystanie zasobów, ale różne grubości form utrudniają automatyczną kontrolę odlewu.Po zmianie modelu maszyna DISAMATIC® rozpoczyna produkcję kolejnej partii form o tej samej grubości, jednak napełniarka na linii nadal napełnia formy z poprzedniego modelu, który może mieć inną grubość formy.Aby temu zaradzić, linia formierska i napełniarka muszą płynnie współpracować jako jeden zsynchronizowany system, wytwarzając formy o jednej grubości i bezpiecznie wylewając inną.Bezproblemowe nalewanie po zmianie wzoru.Po zmianie wzoru grubość pozostałej formy pomiędzy maszynami formierskimi pozostaje taka sama.Jednostka nalewająca z poprzedniego modelu pozostaje taka sama, jednak ponieważ nowa forma wychodząca z wtryskarki może być grubsza lub cieńsza, cały sznurek może w każdym cyklu przesuwać się na różne odległości – do grubości nowej formy.Oznacza to, że przy każdym suwie maszyny formierskiej system odlewania bez szwu musi dostosowywać pozycję odlewu w przygotowaniu do następnego odlewu.Po wylaniu poprzedniej partii form grubość formy ponownie staje się stała i wznawia się stabilna produkcja.Na przykład, jeśli nowa forma ma grubość 150 mm zamiast formy o grubości 200 mm, która była nadal zalewana wcześniej, urządzenie wylewające musi przesunąć się o 50 mm z powrotem w stronę maszyny formierskiej przy każdym skoku maszyny formierskiej, aby znaleźć się w prawidłowej pozycji do zalewania..Aby nalewnia mogła przygotować się do nalewania, gdy kolumna formy przestanie się poruszać, kontroler nalewni musi dokładnie wiedzieć, do jakiej formy będzie nalewana oraz kiedy i gdzie dotrze do obszaru wylewu.Wykorzystując nowy model, który wytwarza grube formy podczas odlewania cienkich form, system powinien być w stanie odlewać dwie formy w jednym cyklu.Na przykład, podczas wykonywania formy o średnicy 400 mm i zalewania formy o średnicy 200 mm, urządzenie wylewające musi znajdować się w odległości 200 mm od maszyny formierskiej dla każdej wykonanej formy.W pewnym momencie skok 400 mm wypchnie dwie niewypełnione formy o średnicy 200 mm z możliwego obszaru zalewania.W takim przypadku maszyna formierska musi poczekać, aż urządzenie napełniające zakończy zalewanie dwóch form o średnicy 200 mm, zanim przejdzie do następnego skoku.Lub, podczas wykonywania cienkich form, nalewak musi mieć możliwość całkowitego pominięcia nalewania w cyklu, jednocześnie wylewając grube formy.Na przykład, podczas wykonywania formy o średnicy 200 mm i zalewania formy o średnicy 400 mm, umieszczenie nowej formy o średnicy 400 mm w obszarze zalewania oznacza konieczność wykonania dwóch form o średnicy 200 mm.Śledzenie, obliczenia i wymiana danych wymagane przez zintegrowany system formowania i zalewania w celu zapewnienia bezproblemowego automatycznego odlewania, jak opisano powyżej, stanowiły w przeszłości wyzwania dla wielu dostawców sprzętu.Jednak dzięki nowoczesnym maszynom, systemom cyfrowym i najlepszym praktykom płynne nalewanie można (i udało się) osiągnąć szybko przy minimalnej konfiguracji.Głównym wymogiem jest jakaś forma „rozliczenia” procesu, dostarczająca informacji o lokalizacji poszczególnych formularzy w czasie rzeczywistym.System Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) firmy DISA osiąga ten cel poprzez rejestrowanie każdej wykonanej formy i śledzenie jej ruchu na linii produkcyjnej.Jako licznik czasu procesu generuje serię strumieni danych ze znacznikami czasu, które co sekundę obliczają położenie każdej formy i jej dyszy na linii produkcyjnej.W razie potrzeby wymienia dane w czasie rzeczywistym z systemem sterowania rozlewnią i innymi systemami, aby osiągnąć precyzyjną synchronizację.System DISA wyodrębnia ważne dane dla każdej formy z bazy danych CIM, takie jak grubość formy oraz możliwość/niemożność jej wylania, i przesyła je do systemu kontroli rozlewni.Korzystając z tych dokładnych danych (wygenerowanych po wytłoczeniu formy), nalewak może przesunąć zespół wylewowy do właściwej pozycji przed przybyciem formy, a następnie rozpocząć otwieranie pręta zatyczkowego, gdy forma jest jeszcze w ruchu.Forma przybywa na czas, aby odebrać żelazo z odlewni.Ten idealny moment jest kluczowy, tzn. stopiony materiał dokładnie dociera do kubka nalewczego.Czas zalewania jest częstym wąskim gardłem produktywności, a dzięki doskonałemu zsynchronizowaniu rozpoczęcia zalewania, czasy cykli można skrócić o kilka dziesiątych sekundy.System formierski DISA przesyła również istotne dane z maszyny formierskiej, takie jak aktualny rozmiar formy i ciśnienie wtrysku, a także szersze dane procesowe, takie jak ściśliwość piasku, do Monitizer®|CIM.Z kolei Monitizer®|CIM odbiera i przechowuje parametry krytyczne dla jakości każdej formy z napełniarki, takie jak temperatura zalewania, czas zalewania oraz powodzenie procesów zalewania i zaszczepiania.Umożliwia to oznaczenie poszczególnych form jako złych i rozdzielenie ich przed zmieszaniem w systemie wytrząsania.Oprócz automatyzacji maszyn formierskich, linii formierskich i odlewów, Monitizer®|CIM zapewnia zgodną z Przemysłem 4.0 platformę do pozyskiwania, przechowywania, raportowania i analiz.Kierownictwo odlewni może przeglądać szczegółowe raporty i drążyć dane, aby śledzić problemy z jakością i wprowadzać potencjalne ulepszenia.Doświadczenie firmy Ortrander w odlewaniu bez szwu Ortrander Eisenhütte to rodzinna odlewnia w Niemczech, która specjalizuje się w produkcji średnioseryjnej, wysokiej jakości odlewów żeliwnych do komponentów samochodowych, wysokowydajnych pieców na drewno i infrastruktury oraz ogólnych części maszyn.Odlewnia produkuje żeliwo szare, żeliwo sferoidalne i żeliwo z grafitem prasowanym i produkuje około 27 000 ton wysokiej jakości odlewów rocznie, pracując na dwie zmiany, pięć dni w tygodniu.Ortander obsługuje cztery 6-tonowe indukcyjne piece do topienia i trzy linie formierskie DISA, produkując około 100 ton odlewów dziennie.Obejmuje to krótkie serie produkcyjne trwające godzinę, czasem krótsze dla ważnych klientów, dlatego szablon musi być często zmieniany.Aby zoptymalizować jakość i wydajność, dyrektor generalny Bernd H. Williams-Book zainwestował znaczne zasoby we wdrażanie automatyzacji i analityki.Pierwszym krokiem była automatyzacja procesu topienia i dozowania żelaza, modernizacja trzech istniejących pieców odlewniczych przy użyciu najnowszego systemu pourTECH, który obejmuje technologię lasera 3D, inkubację i kontrolę temperatury.Piece, linie formierskie i odlewnicze są teraz sterowane cyfrowo i synchronizowane, działając niemal całkowicie automatycznie.Gdy maszyna formierska zmienia model, kontroler zalewania pourTECH wysyła zapytanie do systemu DISA Monitizer®|CIM o nowe wymiary formy.Na podstawie danych DISA kontroler wylewania oblicza, gdzie umieścić węzeł wylewania dla każdego wylewania.Wie dokładnie, kiedy pierwsza nowa forma dociera do napełniarki i automatycznie przełącza się na nową sekwencję zalewania.Jeśli w dowolnym momencie przyrząd osiągnie koniec skoku, maszyna DISAMATIC® zatrzymuje się, a przyrząd automatycznie powraca.Gdy pierwsza nowa forma zostanie wyjęta z maszyny, operator zostaje o tym powiadomiony, aby mógł wizualnie sprawdzić, czy znajduje się ona we właściwym położeniu.Zalety odlewania bez szwu Tradycyjne procesy odlewania ręcznego lub mniej złożone systemy zautomatyzowane mogą skutkować stratą czasu produkcji podczas zmian modelu, co jest nieuniknione nawet przy szybkich zmianach form na maszynie formierskiej.Ręczne resetowanie wylewki i form wylewowych jest wolniejsze, wymaga większej liczby operatorów i jest podatne na błędy, takie jak rozszerzenie.Ortander odkrył, że podczas ręcznego butelkowania jego pracownicy w końcu odczuwali zmęczenie, tracili koncentrację i popełniali błędy, takie jak opieszałość.Bezproblemowa integracja formowania i odlewania umożliwia szybsze, bardziej spójne procesy o wyższej jakości, przy jednoczesnej redukcji ilości odpadów i przestojów.Dzięki Ortanderowi automatyczne napełnianie eliminuje trzy minuty potrzebne wcześniej na dostosowanie pozycji jednostki napełniającej podczas zmiany modelu.Cały proces konwersji trwał 4,5 minuty, powiedział Williams-Book.Dziś niecałe dwie minuty.Zmieniając od 8 do 12 modeli na zmianę, pracownicy Ortander spędzają teraz około 30 minut na zmianę, o połowę mniej niż wcześniej.Jakość podnosi się poprzez większą spójność i możliwość ciągłej optymalizacji procesów.Firma Ortander zmniejszyła ilość odpadów o około 20% dzięki wprowadzeniu odlewów bez szwu.Oprócz skrócenia przestojów związanych ze zmianą modelu, cała linia formowania i zalewania wymaga tylko dwóch osób zamiast dotychczasowych trzech.Na niektórych zmianach trzy osoby mogą obsługiwać dwie kompletne linie produkcyjne.Monitorowanie to prawie wszystko, czym zajmują się ci pracownicy: poza wybieraniem kolejnego modelu, zarządzaniem mieszankami piasku i transportem stopionego materiału, mają niewiele zadań ręcznych.Kolejną korzyścią jest zmniejszenie zapotrzebowania na doświadczonych pracowników, których trudno znaleźć.Chociaż automatyzacja wymaga pewnego przeszkolenia operatora, zapewnia ludziom kluczowe informacje o procesie, których potrzebują do podejmowania dobrych decyzji.W przyszłości wszystkie decyzje będą mogły podejmować maszyny.Korzyści z odlewania bez szwu Próbując ulepszyć proces, odlewnie często mówią: „Robimy to samo, w ten sam sposób, ale z różnymi wynikami”.Więc rzucali w tej samej temperaturze i poziomie przez 10 sekund, ale niektóre odlewy były dobre, a inne złe.Dodając zautomatyzowane czujniki, zbierając opatrzone znacznikami czasowymi dane dotyczące każdego parametru procesu i monitorując wyniki, zintegrowany system odlewania bez szwu tworzy łańcuch powiązanych danych procesowych, ułatwiając identyfikację pierwotnych przyczyn, gdy jakość zaczyna się pogarszać.Na przykład, jeśli w partii tarcz hamulcowych pojawią się nieoczekiwane wtrącenia, menedżerowie mogą szybko sprawdzić, czy parametry mieszczą się w dopuszczalnych granicach.Ponieważ sterowniki maszyny formierskiej, odlewni i inne funkcje, takie jak piece i mieszalniki piasku, współpracują ze sobą, generowane przez nie dane można analizować w celu identyfikacji zależności w całym procesie, od właściwości piasku po końcową jakość powierzchni odlewu.Jednym z możliwych przykładów jest wpływ poziomu wylewu i temperatury na wypełnienie formy dla każdego indywidualnego modelu.Powstała baza danych stanowi także podstawę do przyszłego wykorzystania technik automatycznej analizy, takich jak uczenie maszynowe i sztuczna inteligencja (AI), w celu optymalizacji procesów.Ortander zbiera dane procesowe w czasie rzeczywistym poprzez interfejsy maszyn, pomiary czujników i próbki testowe.Dla każdego odlewu formy zbieranych jest około tysiąca parametrów.Wcześniej rejestrował jedynie czas potrzebny na wykonanie każdego wylewu, teraz jednak co sekundę dokładnie wie, jaki jest poziom dyszy zalewowej, dzięki czemu doświadczony personel może sprawdzić, jak ten parametr wpływa na inne wskaźniki, a także na końcową jakość odlewu.Czy podczas napełniania formy ciecz jest spuszczana z dyszy nalewającej, czy też podczas napełniania dysza nalewająca jest napełniona do prawie stałego poziomu?Ortander produkuje od trzech do pięciu milionów form rocznie i zebrał ogromną ilość danych.Ortander przechowuje również wiele obrazów każdego wlewu w bazie danych pourTECH na wypadek problemów z jakością.Znalezienie sposobu na automatyczne ocenianie tych obrazów jest celem na przyszłość.Wniosek.Jednoczesne zautomatyzowane formowanie i odlewanie zapewnia szybsze procesy, bardziej stałą jakość i mniej odpadów.Dzięki płynnemu odlewaniu i automatycznej zmianie wzoru linia produkcyjna działa efektywnie autonomicznie, wymagając jedynie minimalnego wysiłku ręcznego.Ponieważ operator pełni rolę nadzorczą, potrzeba mniej personelu.Odlewanie bez szwu jest obecnie stosowane w wielu miejscach na świecie i może być stosowane we wszystkich nowoczesnych odlewniach.Każda odlewnia będzie wymagała nieco innego rozwiązania, dostosowanego do jej potrzeb, ale technologia jego wdrożenia jest sprawdzona, obecnie dostępna w firmie DISA i jej partnerze pour-tech AB i nie wymaga dużo pracy.Istnieje możliwość wykonania prac niestandardowych.Zwiększone wykorzystanie sztucznej inteligencji i inteligentnej automatyzacji w odlewniach znajduje się wciąż w fazie testów, ale w miarę jak odlewnie i producenci OEM zdobędą więcej danych i dodatkowe doświadczenia w ciągu najbliższych dwóch–trzech lat, przejście na automatyzację znacznie przyspieszy.To rozwiązanie jest obecnie opcjonalne, jednak ponieważ analityka danych to najlepszy sposób na optymalizację procesów i poprawę rentowności, większa automatyzacja i gromadzenie danych staje się standardową praktyką, a nie projektem eksperymentalnym.W przeszłości największym atutem odlewni był model i doświadczenie jej pracowników.Teraz, gdy odlewanie bez szwu łączy się z większą automatyzacją i systemami Przemysłu 4.0, dane szybko stają się trzecim filarem sukcesu odlewni.
—Serdecznie dziękujemy pour-tech i Ortrander Eisenhütte za uwagi przekazane podczas przygotowywania tego artykułu.
Tak, chcę otrzymywać dwutygodniowy newsletter Foundry-Planet z najświeższymi wiadomościami, testami i raportami na temat produktów i materiałów.Plus specjalne biuletyny – wszystkie z możliwością bezpłatnego anulowania w dowolnym momencie.
Czas publikacji: 05 października 2023 r