Литейные предприятия все чаще внедряют автоматизацию процессов на основе данных для достижения долгосрочных целей: более высокого качества, меньшего количества отходов, максимального времени безотказной работы и минимальных затрат.Полностью интегрированная цифровая синхронизация процессов заливки и формования (бесшовное литье) особенно ценна для литейных предприятий, сталкивающихся с проблемами своевременного производства, сокращения времени цикла и более частой смены моделей.Благодаря автоматизированным системам формования и литья, которые легко соединяются друг с другом, процесс литья становится быстрее, а детали более высокого качества производятся более стабильно.Автоматизированный процесс заливки включает в себя контроль температуры заливки, а также подачу инокуляционного материала и проверку каждой формы.Это улучшает качество каждой отливки и снижает процент брака.Эта комплексная автоматизация также снижает потребность в операторах с многолетним специализированным опытом.Операции также становятся безопаснее, поскольку в целом в них задействовано меньше работников.Это видение не является видением будущего;Это происходит сейчас.Такие инструменты, как автоматизация литейного производства и робототехника, сбор и анализ данных, развивались на протяжении десятилетий, но в последнее время прогресс ускорился благодаря разработке доступных высокопроизводительных вычислений и передовых сетевых датчиков Индустрии 4.0 и совместимых систем управления.Решения и партнеры теперь позволяют литейным заводам создавать надежную интеллектуальную инфраструктуру для поддержки более амбициозных проектов, объединяя множество ранее независимых подпроцессов для координации своих усилий.Хранение и анализ данных о процессах, собранных этими автоматизированными интегрированными системами, также открывает путь к эффективному циклу непрерывного совершенствования на основе данных.Литейные предприятия могут собирать и анализировать параметры процесса, изучая исторические данные, чтобы найти корреляцию между ними и результатами процесса.Затем автоматизированный процесс обеспечивает прозрачную среду, в которой любые улучшения, выявленные в результате анализа, могут быть тщательно и быстро протестированы, проверены и, где это возможно, реализованы.
Проблемы бесшовного формования Из-за тенденции к производству «точно в срок» клиентам, использующим формовочные линии DISAMATIC®, часто приходится часто менять модели между небольшими партиями.Используя такое оборудование, как устройство автоматической смены порошка (APC) или устройство быстрой смены порошка (QPC) от DISA, шаблоны можно заменить всего за одну минуту.По мере того, как происходят высокоскоростные изменения схемы, узкое место в процессе имеет тенденцию смещаться в сторону разливки — времени, необходимого для ручного перемещения промежуточного промежуточного устройства для разливки после изменения схемы.Бесшовное литье — лучший способ улучшить этот этап процесса литья.Хотя литье часто уже частично автоматизировано, полная автоматизация требует плавной интеграции систем управления формовочной линией и разливочного оборудования, чтобы они работали полностью синхронно во всех возможных рабочих ситуациях.Чтобы этого добиться надежно, разливочный узел должен точно знать, куда безопасно заливать следующую форму, и при необходимости корректировать положение разливочного узла.Достичь эффективного автоматического заполнения в стабильном производственном процессе одной и той же формы не так уж и сложно.Каждый раз, когда изготавливается новая форма, колонна формы перемещается на одно и то же расстояние (толщину формы).Таким образом, блок наполнения может оставаться в том же положении, готовый заполнить следующую пустую форму после остановки производственной линии.Требуются лишь незначительные корректировки положения заливки, чтобы компенсировать изменения толщины формы, вызванные изменениями сжимаемости песка.Потребность в таких тонких регулировках в последнее время еще больше снизилась благодаря новым функциям формовочной линии, которые позволяют сохранять более стабильное положение заливки во время стабильного производства.После завершения каждой заливки линия формования снова перемещается на один ход, устанавливая следующую пустую форму на место, чтобы начать следующую заливку.Пока это происходит, заправочное устройство можно дозаправить.При смене модели может меняться толщина формы, что требует сложной автоматизации.В отличие от процесса горизонтальной песочницы, где высота песочницы фиксирована, вертикальный процесс DISAMATIC® может регулировать толщину формы до точной толщины, необходимой для каждого набора моделей, чтобы поддерживать постоянное соотношение песка и железа и учитывать высоту. модели.Это главное преимущество в обеспечении оптимального качества литья и использования ресурсов, однако разная толщина формы усложняет автоматическое управление литьем.После смены модели машина DISAMATIC® начинает производить следующую партию форм той же толщины, но разливочная машина на линии по-прежнему заполняет формы предыдущей модели, которые могут иметь другую толщину формы.Чтобы бороться с этим, формовочная линия и установка розлива должны работать слаженно, как одна синхронизированная система, производя формы одной толщины и безопасно разливая другую.Бесшовная заливка после смены рисунка.После смены рисунка толщина оставшейся формы между формовочными машинами остается прежней.Разливочный агрегат, изготовленный из предыдущей модели, остается прежним, но поскольку новая форма, выходящая из формовочной машины, может быть толще или тоньше, вся струна в каждом цикле может продвигаться на разные расстояния – на толщину новой формы.Это означает, что при каждом ходе формовочной машины система бесшовной разливки должна корректировать положение отливки, готовясь к следующей отливке.После заливки предыдущей партии форм толщина формы снова становится постоянной и возобновляется стабильное производство.Например, если новая форма имеет толщину 150 мм вместо формы толщиной 200 мм, которая все еще заливалась ранее, разливочное устройство должно перемещаться на 50 мм назад к формовочной машине при каждом ходе формовочной машины, чтобы находиться в правильном положении заливки..Чтобы установка для заливки могла подготовиться к заливке, когда колонна форм перестанет двигаться, диспетчер установки должен точно знать, в какую форму будет производиться заливка, а также когда и где она прибудет в зону заливки.Используя новую модель, которая производит толстые формы при отливке тонких форм, система должна иметь возможность отливать две формы за один цикл.Например, при изготовлении формы диаметром 400 мм и заливке формы диаметром 200 мм разливочное устройство должно находиться на расстоянии 200 мм от формовочной машины для каждой изготовленной формы.В какой-то момент ход 400 мм вытолкнет две незаполненные формы диаметром 200 мм из возможной зоны заливки.В этом случае формовочная машина должна дождаться, пока разливочное устройство завершит заливку двух 200-миллиметровых форм, прежде чем переходить к следующему ходу.Или, при изготовлении тонких форм, заливщик должен иметь возможность полностью пропустить заливку в цикле, продолжая разливать толстые формы.Например, при изготовлении формы диаметром 200 мм и заливке формы диаметром 400 мм размещение новой формы диаметром 400 мм в зоне заливки означает, что необходимо изготовить две формы диаметром 200 мм.Отслеживание, расчеты и обмен данными, необходимые для интегрированной системы формования и заливки, обеспечивающей бесперебойную автоматическую заливку, как описано выше, в прошлом представляли проблемы для многих поставщиков оборудования.Но благодаря современному оборудованию, цифровым системам и передовому опыту бесшовная заливка может быть достигнута (и уже достигнута) быстро и с минимальной настройкой.Основное требование — некая форма «учёта» процесса, предоставляющая информацию о местонахождении каждой формы в реальном времени.Система Monitizer®|CIM (компьютерный интегрированный модуль) DISA достигает этой цели, записывая каждую изготовленную форму и отслеживая ее движение по производственной линии.В качестве таймера процесса он генерирует серию потоков данных с отметками времени, которые каждую секунду рассчитывают положение каждой формы и ее сопла на производственной линии.При необходимости он обменивается данными в режиме реального времени с системой управления автозаправочной станцией и другими системами для достижения точной синхронизации.Система DISA извлекает важные данные для каждой формы из базы данных CIM, например, толщину формы и информацию о том, можно/нельзя разливать, и отправляет их в систему управления разливочной установкой.Используя эти точные данные (генерируемые после выдавливания формы), заливщик может переместить узел заливки в правильное положение до прибытия формы, а затем начать открывать стопорный стержень, пока форма все еще движется.Форма прибывает вовремя, чтобы получить чугун с разливочного цеха.Это идеальное время имеет решающее значение, т.е. расплав точно достигает разливочной чаши.Время заливки является распространенным узким местом производительности, и если правильно рассчитать время начала заливки, время цикла можно сократить на несколько десятых секунды.Система формования DISA также передает соответствующие данные от формовочной машины, такие как текущий размер формы и давление впрыска, а также более широкие данные процесса, такие как сжимаемость песка, в Monitizer®|CIM.В свою очередь, Monitizer®|CIM получает и сохраняет критические для качества параметры для каждой формы от разливочной установки, такие как температура заливки, время заливки, а также успешность процессов заливки и модифицирования.Это позволяет помечать отдельные формы как плохие и отделять их перед смешиванием в системе встряхивания.В дополнение к автоматизации формовочных машин, формовочных линий и литья, Monitizer®|CIM предоставляет совместимую с Индустрией 4.0 структуру для сбора, хранения, отчетности и анализа.Руководство литейного производства может просматривать подробные отчеты и детализировать данные, чтобы отслеживать проблемы с качеством и способствовать потенциальным улучшениям.Опыт компании Ortrander в области бесшовного литья Ortrander Eisenhütte — это семейный литейный завод в Германии, который специализируется на производстве средних объемов высококачественных чугунных отливок для автомобильных компонентов, тяжелых дровяных печей и объектов инфраструктуры, а также деталей общего машиностроения.Литейный завод производит серый чугун, ковкий чугун и чугун с компактным графитом и производит около 27 000 тонн высококачественного литья в год, работая в две смены пять дней в неделю.Ortrander управляет четырьмя 6-тонными индукционными плавильными печами и тремя формовочными линиями DISA, производящими около 100 тонн отливок в день.Это включает в себя короткие производственные циклы продолжительностью в один час, а иногда и меньше для важных клиентов, поэтому шаблон приходится часто менять.Чтобы оптимизировать качество и эффективность, генеральный директор Бернд Х. Уильямс-Бук вложил значительные ресурсы во внедрение автоматизации и аналитики.Первым шагом стала автоматизация процесса плавки и дозирования чугуна, модернизация трех существующих литейных печей с использованием новейшей системы pourTECH, включающей 3D-лазерную технологию, инкубацию и контроль температуры.Печи, формовочные и литейные линии теперь имеют цифровое управление и синхронизацию, работая почти полностью автоматически.Когда формовочная машина меняет модель, контроллер заливки pourTECH запрашивает в системе DISA Monitizer®|CIM данные о новых размерах формы.На основе данных DISA контроллер заливки вычисляет, где разместить узел заливки для каждой заливки.Он точно знает, когда первая новая форма прибудет на установку розлива, и автоматически переключается на новую последовательность заливки.Если приспособление в любой момент достигает конца своего хода, станок DISAMATIC® останавливается, и приспособление автоматически возвращается.Когда первая новая форма удаляется из машины, оператор получает предупреждение, чтобы он мог визуально проверить, что она находится в правильном положении.Преимущества бесшовного литья Традиционные процессы ручного литья или менее сложные автоматизированные системы могут привести к потерям производственного времени при смене модели, что неизбежно даже при быстрой смене формы на формовочной машине.Ручная переустановка устройства заливки и заливочных форм происходит медленнее, требует большего количества операторов и подвержена ошибкам, таким как раструб.Ортрандер обнаружил, что при розливе вручную его сотрудники со временем уставали, теряли концентрацию и совершали ошибки, например, расслаблялись.Бесшовная интеграция процессов формования и заливки обеспечивает более быстрые, последовательные и качественные процессы, одновременно сокращая количество отходов и время простоев.С помощью Ortrander автоматическое заполнение исключает три минуты, которые ранее требовались для регулировки положения заправочного узла во время смены модели.По словам г-на Уильямс-Бука, весь процесс конвертации раньше занимал 4,5 минуты.Меньше двух минут сегодня.Меняя от 8 до 12 моделей за смену, сотрудники Ortrander теперь тратят около 30 минут за смену, что вдвое меньше, чем раньше.Качество повышается за счет большей согласованности и возможности непрерывной оптимизации процессов.Ортрандер сократил количество отходов примерно на 20% за счет внедрения бесшовного литья.Помимо сокращения простоев при смене моделей, вся линия формования и заливки требует всего двух человек вместо прежних трех.В некоторые смены три человека могут управлять двумя полными производственными линиями.Мониторинг — это почти все, что делают эти рабочие: кроме выбора следующей модели, управления песчаными смесями и транспортировки расплава, у них мало ручных задач.Еще одним преимуществом является снижение потребности в опытных сотрудниках, которых трудно найти.Хотя автоматизация требует некоторой подготовки операторов, она предоставляет людям важную информацию о процессах, необходимую для принятия правильных решений.В будущем машины смогут принимать все решения.Дивиденды данных от бесшовного литья Пытаясь улучшить процесс, литейщики часто говорят: «Мы делаем одно и то же, но с разными результатами».Итак, они отливают при одной и той же температуре и уровне в течение 10 секунд, но некоторые отливки получаются хорошие, а некоторые плохие.Добавляя автоматические датчики, собирая данные с отметками времени по каждому параметру процесса и отслеживая результаты, интегрированная система бесшовного литья создает цепочку связанных данных процесса, что упрощает выявление основных причин, когда качество начинает ухудшаться.Например, если в партии тормозных дисков случаются неожиданные включения, менеджеры могут быстро проверить, находятся ли параметры в допустимых пределах.Поскольку контроллеры формовочной машины, литейной установки и других функций, таких как печи и смесители песка, работают согласованно, генерируемые ими данные можно анализировать для выявления взаимосвязей на протяжении всего процесса, от свойств песка до конечного качества поверхности отливки.Одним из возможных примеров является то, как уровень заливки и температура влияют на заполнение формы для каждой отдельной модели.Полученная в результате база данных также закладывает основу для будущего использования методов автоматического анализа, таких как машинное обучение и искусственный интеллект (ИИ), для оптимизации процессов.Ortrander собирает данные о процессе в режиме реального времени через машинные интерфейсы, измерения датчиков и тестовые образцы.Для каждой отливки формы собирается около тысячи параметров.Раньше он фиксировал только время, необходимое для каждой заливки, но теперь он точно знает, какой уровень разливочного сопла каждую секунду, что позволяет опытному персоналу проверить, как этот параметр влияет на другие показатели, а также на конечное качество отливки.Сливается ли жидкость из разливочного сопла во время заполнения формы или заливочное сопло во время заполнения заполняется почти до постоянного уровня?Ортрандер производит от трех до пяти миллионов форм в год и собрал огромное количество данных.Ortrander также сохраняет несколько изображений каждой заливки в базе данных pourTECH на случай проблем с качеством.Целью будущего является поиск способа автоматической оценки этих изображений.Заключение.Одновременное автоматизированное формование и заливка приводит к более быстрым процессам, более стабильному качеству и меньшему количеству отходов.Благодаря плавному литью и автоматической смене моделей производственная линия работает эффективно автономно, требуя лишь минимальных ручных усилий.Поскольку оператор играет контролирующую роль, требуется меньше персонала.Бесшовное литье сейчас используется во многих местах мира и может применяться на всех современных литейных предприятиях.Каждому литейному заводу потребуется немного другое решение, адаптированное к его потребностям, но технология для его реализации хорошо зарекомендовала себя, в настоящее время доступна у DISA и ее партнера pour-tech AB и не требует больших усилий.Возможно выполнение индивидуальных работ.Более широкое использование искусственного интеллекта и интеллектуальной автоматизации на литейных заводах все еще находится на стадии тестирования, но по мере того, как литейные заводы и OEM-производители соберут больше данных и дополнительного опыта в течение следующих двух-трех лет, переход к автоматизации значительно ускорится.Однако в настоящее время это решение является необязательным, поскольку анализ данных — лучший способ оптимизировать процессы и повысить прибыльность, а более высокий уровень автоматизации и сбора данных становится стандартной практикой, а не экспериментальным проектом.В прошлом величайшими активами литейного завода были его модель и опыт сотрудников.Теперь, когда бесшовное литье сочетается с большей автоматизацией и системами «Индустрия 4.0», данные быстро становятся третьим столпом успеха литейного производства.
—Мы искренне благодарим pour-tech и Ortrander Eisenhütte за комментарии при подготовке этой статьи.
Да, я хотел бы получать раз в две недели информационный бюллетень Foundry-Planet со всеми последними новостями, тестами и отчетами о продуктах и материалах.Плюс специальные информационные бюллетени – все с бесплатной отменой в любое время.
Время публикации: 05 октября 2023 г.