Gjuterier använder sig allt mer av datadriven processautomation för att uppnå långsiktiga mål om högre kvalitet, mindre avfall, maximal drifttid och minimala kostnader.Helt integrerad digital synkronisering av gjutnings- och formningsprocesser (sömlös gjutning) är särskilt värdefull för gjuterier som står inför utmaningarna med just-in-time produktion, minskade cykeltider och mer frekventa modellbyten.Med automatiserade form- och gjutningssystem som sömlöst länkar samman, blir gjutningsprocessen snabbare och delar av högre kvalitet produceras mer konsekvent.Den automatiserade hällningsprocessen inkluderar övervakning av hälltemperaturen, samt matning av inokuleringsmaterial och kontroll av varje form.Detta förbättrar kvaliteten på varje gjutgods och minskar mängden skrot.Denna omfattande automatisering minskar också behovet av operatörer med många års specialiserad erfarenhet.Verksamheten blir också säkrare eftersom färre arbetare är inblandade totalt sett.Denna vision är inte en vision om framtiden;Detta händer nu.Verktyg som gjuteriautomation och robotik, datainsamling och analys har utvecklats under decennier, men framstegen har accelererat nyligen med utvecklingen av prisvärda högpresterande datorer och avancerade industri 4.0-nätverkssensorer och kompatibla styrsystem.Lösningar och partners gör det nu möjligt för gjuterier att skapa en robust, intelligent infrastruktur för att stödja mer ambitiösa projekt, genom att sammanföra flera tidigare oberoende delprocesser för att samordna sina ansträngningar.Lagring och analys av processdata som samlats in av dessa automatiserade, integrerade system öppnar också dörren till en positiv cykel av datadrivna kontinuerliga förbättringar.Gjuterier kan samla in och analysera processparametrar genom att undersöka historiska data för att hitta korrelationer mellan dem och processresultat.Den automatiserade processen ger sedan en transparent miljö där alla förbättringar som identifierats av analysen kan testas grundligt och snabbt, valideras och, där det är möjligt, implementeras.
Utmaningar för sömlös formgjutning På grund av trenden mot just-in-time-produktion måste kunder som använder DISAMATIC® formningslinjer ofta byta modell mellan små partier.Med hjälp av utrustning som en Automatic Powder Changer (APC) eller en Quick Powder Changer (QPC) från DISA kan mallar ändras på så lite som en minut.När mönsterändringar i hög hastighet inträffar, tenderar flaskhalsen i processen att förskjutas mot hällning - den tid som krävs för att manuellt flytta gjutlådan för att hälla efter ett mönsterbyte.Sömlös gjutning är det bästa sättet att förbättra detta steg i gjutningsprocessen.Även om gjutning ofta redan är delvis automatiserad, kräver full automatisering sömlös integration av styrsystemen för formlinjen och fyllningsutrustningen så att de fungerar helt synkront i alla möjliga driftssituationer.För att uppnå detta tillförlitligt måste hällenheten veta exakt var det är säkert att hälla nästa form och vid behov justera påfyllningsenhetens position.Att uppnå effektiv automatisk fyllning i en stabil produktionsprocess av samma form är inte så svårt.Varje gång en ny form görs rör sig formpelaren samma sträcka (formtjocklek).På så sätt kan påfyllningsenheten förbli i samma position, redo att fylla nästa tomma form efter att produktionslinjen har stoppats.Endast smärre justeringar av gjutläget krävs för att kompensera för förändringar i formtjocklek som orsakas av förändringar i sandkompressibilitet.Behovet av dessa finjusteringar har nyligen minskat ytterligare tack vare nya gjutlinjefunktioner som gör att hällpositionerna förblir mer konsekventa under konsekvent produktion.Efter att varje gjutning är klar, flyttas gjutlinjen ett slag igen, och placerar nästa tomma gjutform på plats för att påbörja nästa gjutning.Medan detta händer kan påfyllningsanordningen fyllas på igen.När du byter modell kan tjockleken på formen ändras, vilket kräver komplex automatisering.Till skillnad från den horisontella sandlådeprocessen, där höjden på sandlådan är fixerad, kan den vertikala DISAMATIC®-processen justera tjockleken på formen till den exakta tjocklek som behövs för varje uppsättning modeller för att bibehålla ett konstant förhållande mellan sand och järn och ta hänsyn till höjden av modellen.Detta är en stor fördel för att säkerställa optimal gjutkvalitet och resursutnyttjande, men varierande formtjocklekar gör automatisk gjutkontroll mer utmanande.Efter ett modellbyte börjar DISAMATIC®-maskinen producera nästa sats av formar av samma tjocklek, men fyllningsmaskinen på linjen fyller fortfarande formarna från den tidigare modellen, som kan ha en annan formtjocklek.För att bekämpa detta måste formlinjen och fyllningsanläggningen fungera sömlöst som ett synkroniserat system, producera formar av en tjocklek och säkert hälla en annan.Sömlös hällning efter mönsterbyte.Efter mönsterbyte förblir tjockleken på den kvarvarande formen mellan formningsmaskinerna densamma.Hällenheten från den tidigare modellen förblir densamma, men eftersom den nya formen som kommer ut ur formmaskinen kan vara tjockare eller tunnare, kan hela strängen avancera på olika avstånd i varje cykel – till tjockleken på den nya formen.Detta innebär att det sömlösa gjutsystemet måste justera gjutpositionen för att förbereda nästa gjutning vid varje slag av gjutmaskinen.Efter att föregående sats av formar har hällts blir formens tjocklek konstant igen och stabil produktion återupptas.Till exempel, om den nya formen är 150 mm tjock istället för den 200 mm tjocka formen som fortfarande hälldes tidigare, måste gjutanordningen röra sig 50 mm bakåt mot gjutmaskinen med varje slag av gjutmaskinen för att vara i rätt gjutläge..För att en gjutningsanläggning ska förbereda sig för att hälla när formkolonnen slutar röra sig, måste fyllningsanläggningens kontrollant veta exakt vilken form den kommer att hällas i och när och var den kommer till gjutområdet.Genom att använda en ny modell som producerar tjocka formar samtidigt som man gjuter tunna formar, ska systemet kunna gjuta två formar i en cykel.Till exempel, när man gör en 400 mm diameter form och häller en 200 mm diameter form, måste hällanordningen vara 200 mm bort från formningsmaskinen för varje form som tillverkas.Vid någon tidpunkt kommer 400 mm-slaget att trycka ut två ofyllda formar med en diameter på 200 mm från det möjliga hällområdet.I detta fall måste formmaskinen vänta tills påfyllningsanordningen har hällt färdigt de två 200 mm-formarna innan den går vidare till nästa slag.Eller, när man gör tunna formar, måste hällaren kunna hoppa över hällningen helt i cykeln medan den fortfarande häller tjocka formar.Till exempel, när man tillverkar en 200 mm diameter form och häller en 400 mm diameter form, placerar man en ny 400 mm diameter form i hällområdet att två 200 mm diameter formar måste tillverkas.Spårningen, beräkningarna och datautbytet som krävs för ett integrerat form- och gjutningssystem för att ge problemfri automatiserad gjutning, som beskrivits ovan, har inneburit utmaningar för många utrustningsleverantörer tidigare.Men tack vare moderna maskiner, digitala system och bästa praxis kan sömlös hällning uppnås (och har uppnåtts) snabbt med minimal installation.Huvudkravet är någon form av "redovisning" av processen, vilket ger information om platsen för varje formulär i realtid.DISAs Monitizer®|CIM-system (Computer Integrated Module) uppnår detta mål genom att registrera varje form som tillverkas och spåra dess rörelse genom produktionslinjen.Som processtimer genererar den en serie tidsstämplade dataströmmar som beräknar positionen för varje form och dess munstycke på produktionslinjen varje sekund.Vid behov utbyter den data i realtid med tankanläggningens styrsystem och andra system för att uppnå exakt synkronisering.DISA-systemet extraherar viktig data för varje form från CIM-databasen, såsom formtjocklek och kan/kan inte hällas, och skickar den till fyllningsanläggningens kontrollsystem.Genom att använda dessa exakta data (som genereras efter att formen har extruderats) kan hällaren flytta hällenheten till rätt position innan formen anländer och sedan börja öppna stoppstången medan formen fortfarande rör sig.Formen kommer i tid för att ta emot järnet från gjutverket.Denna idealiska timing är avgörande, dvs smältan når hällkoppen exakt.Hälltid är en vanlig produktivitetsflaskhals, och genom att perfekt tajma starten av hällningen kan cykeltiderna minskas med flera tiondelar av en sekund.DISA-gjutsystemet överför också relevant data från formningsmaskinen, såsom aktuell formstorlek och insprutningstryck, samt bredare processdata, såsom sandkompressibilitet, till Monitizer®|CIM.I sin tur tar Monitizer®|CIM emot och lagrar kvalitetskritiska parametrar för varje form från fyllningsanläggningen, såsom hälltemperatur, hälltid och framgången med gjutnings- och inokuleringsprocesserna.Detta gör att enskilda former kan markeras som dåliga och separeras innan de blandas i skaksystemet.Förutom att automatisera gjutmaskiner, gjutlinjer och gjutning, tillhandahåller Monitizer®|CIM ett Industry 4.0-kompatibelt ramverk för förvärv, lagring, rapportering och analys.Gjuteriledning kan se detaljerade rapporter och borra ner i data för att spåra kvalitetsproblem och driva potentiella förbättringar.Ortranders sömlösa gjutningsupplevelse Ortrander Eisenhütte är ett familjeägt gjuteri i Tyskland som specialiserar sig på produktion av medelstora, högkvalitativa järngjutgods för fordonskomponenter, kraftiga vedspisar och infrastruktur samt allmänna maskindelar.Gjuteriet producerar gråjärn, segjärn och kompaktgrafitjärn och producerar cirka 27 000 ton högkvalitativa gjutgods per år, tvåskift fem dagar i veckan.Ortrander driver fyra 6-tons induktionssmältugnar och tre DISA-gjutlinjer, som producerar cirka 100 ton gjutgods per dag.Detta inkluderar korta produktionsserier på en timme, ibland mindre för viktiga kunder, så mallen måste ändras ofta.För att optimera kvalitet och effektivitet har VD Bernd H. Williams-Book satsat betydande resurser på att implementera automation och analys.Det första steget var att automatisera järnsmältnings- och doseringsprocessen, uppgradera tre befintliga gjutugnar med det senaste pourTECH-systemet, som inkluderar 3D-laserteknik, inkubation och temperaturkontroll.Ugnar, gjutnings- och gjutlinjer är nu digitalt styrda och synkroniserade och fungerar nästan helt automatiskt.När formningsmaskinen byter modell frågar pourTECH gjutkontrollern DISA Monitizer®|CIM-systemet för de nya formdimensionerna.Baserat på DISA-data beräknar hällkontrollen var hällnoden ska placeras för varje häll.Den vet exakt när den första nya formen kommer till fyllningsanläggningen och växlar automatiskt till den nya hällsekvensen.Om jiggen när som helst når slutet av sitt slag, stannar DISAMATIC®-maskinen och jiggen återgår automatiskt.När den första nya formen tas bort från maskinen varnas operatören så att han visuellt kan kontrollera att den är i rätt läge.Fördelarna med sömlös gjutning Traditionella handgjutningsprocesser eller mindre komplexa automatiserade system kan resultera i förlorad produktionstid vid modellbyten, vilket är oundvikligt även med snabba formbyten på en formmaskin.Att manuellt återställa hällaren och gjutformarna är långsammare, kräver fler operatörer och är benägen för fel som t.ex.Ortrander upptäckte att när de tappade för hand blev hans anställda så småningom trötta, tappade koncentrationen och gjorde misstag, som att slappna av.Sömlös integrering av formning och gjutning möjliggör snabbare, mer konsekventa och högkvalitativa processer samtidigt som slöseri och stillestånd minskar.Med Ortrander eliminerar automatisk fyllning de tre minuter som tidigare krävdes för att justera påfyllningsenhetens position vid modellbyten.Hela konverteringsprocessen brukade ta 4,5 minuter, sa Mr. Williams-Book.Mindre än två minuter idag.Genom att byta mellan 8 och 12 modeller per skift lägger Ortrander-anställda nu ner cirka 30 minuter per skift, hälften så mycket som tidigare.Kvaliteten höjs genom större konsekvens och förmågan att kontinuerligt optimera processer.Ortrander minskade avfallet med cirka 20 % genom att införa sömlös gjutning.Förutom att minska stilleståndstiden vid modellbyte kräver hela form- och gjutlinjen endast två personer istället för de tre tidigare.På vissa skift kan tre personer driva två kompletta produktionslinjer.Övervakning är nästan allt dessa arbetare gör: förutom att välja nästa modell, hantera sandblandningar och transportera smältan har de få manuella uppgifter.En annan fördel är det minskade behovet av erfarna medarbetare, som är svåra att hitta.Även om automatisering kräver viss operatörsutbildning, ger den människor den kritiska processinformation de behöver för att fatta bra beslut.I framtiden kan maskiner fatta alla beslut.Datautdelning från sömlös gjutning När de försöker förbättra en process säger gjuterier ofta: "Vi gör samma sak på samma sätt, men med olika resultat."Så de gjuter vid samma temperatur och nivå i 10 sekunder, men vissa gjutningar är bra och andra är dåliga.Genom att lägga till automatiserade sensorer, samla in tidsstämplad data på varje processparameter och övervaka resultat, skapar ett integrerat sömlöst gjutningssystem en kedja av relaterad processdata, vilket gör det lättare att identifiera grundorsaker när kvaliteten börjar försämras.Till exempel, om oväntade inneslutningar inträffar i en sats av bromsskivor, kan chefer snabbt kontrollera att parametrarna ligger inom acceptabla gränser.Eftersom styrenheter för formmaskinen, gjutningsanläggningen och andra funktioner som ugnar och sandblandare samverkar, kan data de genererar analyseras för att identifiera samband genom hela processen, från sandegenskaper till gjutgodsets slutliga ytkvalitet.Ett möjligt exempel är hur hällnivå och temperatur påverkar formfyllningen för varje enskild modell.Den resulterande databasen lägger också grunden för den framtida användningen av automatiserade analystekniker som maskininlärning och artificiell intelligens (AI) för att optimera processer.Ortrander samlar in processdata i realtid genom maskingränssnitt, sensormätningar och testprover.För varje formgjutning samlas cirka tusen parametrar in.Tidigare registrerade den bara den tid som krävs för varje häll, men nu vet den exakt vad nivån på hällmunstycket är varje sekund, vilket gör att erfaren personal kan undersöka hur denna parameter påverkar andra indikatorer, såväl som den slutliga kvaliteten på gjutningen.Dräneras vätskan från hällmunstycket medan formen fylls, eller fylls hällmunstycket till en nästan konstant nivå under fyllningen?Ortrander tillverkar tre till fem miljoner formar per år och har samlat in en enorm mängd data.Ortrander lagrar också flera bilder av varje häll i pourTECH-databasen vid kvalitetsproblem.Att hitta ett sätt att automatiskt betygsätta dessa bilder är ett framtida mål.Slutsats.Samtidig automatiserad formning och gjutning resulterar i snabbare processer, jämnare kvalitet och mindre avfall.Med mjuk gjutning och automatisk mönsterändring fungerar produktionslinjen effektivt autonomt, vilket kräver minimal manuell ansträngning.Eftersom operatören har en övervakande roll krävs färre personal.Sömlös gjutning används nu på många platser runt om i världen och kan appliceras på alla moderna gjuterier.Varje gjuteri kommer att kräva en lite annorlunda lösning skräddarsydd efter dess behov, men tekniken för att implementera den är väl beprövad, för närvarande tillgänglig från DISA och dess partner pour-tech AB, och kräver inte mycket arbete.Beställningsarbete kan utföras.Den ökade användningen av artificiell intelligens och intelligent automation i gjuterier är fortfarande i testfasen, men i takt med att gjuterier och OEM-tillverkare samlar in mer data och ytterligare erfarenhet under de kommande två till tre åren kommer övergången till automation att accelerera avsevärt.Denna lösning är dock för närvarande valfri, eftersom dataintelligens är det bästa sättet att optimera processer och förbättra lönsamheten, större automatisering och datainsamling blir standardpraxis snarare än ett experimentellt projekt.Tidigare var ett gjuteri största tillgångar dess modell och de anställdas erfarenhet.Nu när sömlös gjutning kombineras med större automatisering och Industry 4.0-system, blir data snabbt den tredje pelaren i gjuteriets framgång.
—Vi tackar pour-tech och Ortrander Eisenhütte uppriktigt för deras kommentarer under utarbetandet av denna artikel.
Ja, jag skulle vilja få Foundry-Planets nyhetsbrev varannan vecka med alla de senaste nyheterna, testerna och rapporterna om produkter och material.Plus speciella nyhetsbrev – alla med gratis avbokning när som helst.
Posttid: 2023-okt-05