As fundicións están a adoptar cada vez máis a automatización de procesos baseada en datos para acadar obxectivos a longo prazo de maior calidade, menos residuos, máximo tempo de funcionamento e custos mínimos. A sincronización dixital totalmente integrada dos procesos de vertido e moldeo (fundición sen costuras) é especialmente valiosa para as fundicións que afrontan os desafíos da produción xusto a tempo, tempos de ciclo reducidos e cambios de modelo máis frecuentes. Cos sistemas automatizados de moldeo e fundición que se conectan perfectamente, o proceso de fundición faise máis rápido e as pezas de maior calidade prodúcense de forma máis consistente. O proceso de vertido automatizado inclúe a monitorización da temperatura de vertido, así como a alimentación de material de inoculación e a comprobación de cada molde. Isto mellora a calidade de cada fundición e reduce a taxa de refugallo. Esta automatización integral tamén reduce a necesidade de operadores con anos de experiencia especializada. As operacións tamén se volven máis seguras porque hai menos traballadores implicados en xeral. Esta visión non é unha visión do futuro; isto está a suceder agora. Ferramentas como a automatización de fundicións e a robótica, a recollida e análise de datos evolucionaron ao longo das décadas, pero o progreso acelerouse recentemente co desenvolvemento de computación de alto rendemento accesible e sensores avanzados en rede da Industria 4.0 e sistemas de control compatibles. As solucións e os socios permiten agora ás fundicións crear unha infraestrutura robusta e intelixente para dar soporte a proxectos máis ambiciosos, reunindo varios subprocesos previamente independentes para coordinar os seus esforzos. O almacenamento e a análise dos datos de proceso recollidos por estes sistemas automatizados e integrados tamén abre a porta a un ciclo virtuoso de mellora continua baseada en datos. As fundicións poden recoller e analizar parámetros de proceso examinando datos históricos para atopar correlacións entre eles e os resultados do proceso. O proceso automatizado proporciona entón un ambiente transparente no que calquera mellora identificada pola análise pode ser probada, validada e, cando sexa posible, implementada de forma exhaustiva e rápida.
Desafíos do moldeo sen fisuras Debido á tendencia cara á produción xusto a tempo, os clientes que empregan liñas de moldeo DISAMATIC® adoitan ter que cambiar de modelo con frecuencia entre lotes pequenos. Usando equipos como un cambiador automático de po (APC) ou un cambiador rápido de po (QPC) de DISA, os modelos pódense cambiar en tan só un minuto. A medida que se producen cambios de patrón a alta velocidade, o pescozo de botella no proceso tende a desprazarse cara ao vertido, o tempo necesario para mover manualmente a artesa de cocción para verter despois dun cambio de patrón. A fundición sen fisuras é a mellor forma de mellorar este paso do proceso de fundición. Aínda que a fundición a miúdo xa está parcialmente automatizada, a automatización total require unha integración perfecta dos sistemas de control da liña de moldeo e o equipo de recheo para que funcionen de forma completamente síncrona en todas as situacións operativas posibles. Para conseguilo de forma fiable, a unidade de vertido debe saber exactamente onde é seguro verter o seguinte molde e, se é necesario, axustar a posición da unidade de recheo. Conseguir un recheo automático eficiente nun proceso de produción estable do mesmo molde non é tan difícil. Cada vez que se fabrica un novo molde, a columna do molde móvese a mesma distancia (grosor do molde). Deste xeito, a unidade de recheo pode permanecer na mesma posición, lista para encher o seguinte molde baleiro despois de que a liña de produción pare. Só se requiren pequenos axustes na posición de vertido para compensar os cambios no grosor do molde causados polos cambios na compresibilidade da area. A necesidade destes axustes finos reduciuse recentemente grazas ás novas características da liña de moldeo que permiten que as posicións de vertido se manteñan máis consistentes durante unha produción consistente. Despois de completar cada vertido, a liña de moldeo móvese unha carreira de novo, colocando o seguinte molde baleiro no seu lugar para comezar o seguinte vertido. Mentres isto ocorre, o dispositivo de recheo pódese reencher. Ao cambiar o modelo, o grosor do molde pode cambiar, o que require unha automatización complexa. A diferenza do proceso de caixa de area horizontal, onde a altura da caixa de area é fixa, o proceso vertical DISAMATIC® pode axustar o grosor do molde ao grosor exacto necesario para cada conxunto de modelos para manter unha proporción constante de area e ferro e ter en conta a altura do modelo. Esta é unha vantaxe importante para garantir unha calidade de fundición e unha utilización de recursos óptimas, pero os grosores variables do molde fan que o control automático da fundición sexa máis desafiante. Despois dun cambio de modelo, a máquina DISAMATIC® comeza a producir o seguinte lote de moldes do mesmo grosor, pero a máquina de recheo da liña aínda enche os moldes do modelo anterior, que poden ter un grosor de molde diferente. Para combater isto, a liña de moldeo e a planta de recheo deben funcionar sen problemas como un sistema sincronizado, producindo moldes dun grosor e vertendo outro con seguridade. Vertedo sen fisuras despois do cambio de patrón. Despois do cambio de patrón, o grosor do molde restante entre as máquinas de moldeo segue sendo o mesmo. A unidade de vertedo feita a partir do modelo anterior segue sendo a mesma, pero dado que o novo molde que sae da máquina de moldeo pode ser máis groso ou máis fino, toda a cadea pode avanzar a diferentes distancias en cada ciclo, ata o grosor da nova forma. Isto significa que con cada golpe da máquina de moldeo, o sistema de fundición sen fisuras debe axustar a posición de fundición en preparación para o seguinte colado. Despois de verter o lote anterior de moldes, o grosor do molde volve ser constante e reanúdase a produción estable. Por exemplo, se o novo molde ten 150 mm de grosor en lugar do molde de 200 mm de grosor que aínda se estaba a verter anteriormente, o dispositivo de verter debe moverse 50 mm cara atrás cara á máquina de moldeo con cada golpe da máquina de moldeo para estar na posición de verter correcta. Para que unha planta de verter se prepare para verter cando a columna do molde deixa de moverse, o controlador da planta de recheo debe saber exactamente en que molde se verterá e cando e onde chegará á zona de verter. Usando un novo modelo que produce moldes grosos mentres funde moldes delgados, o sistema debería ser capaz de fundir dous moldes nun só ciclo. Por exemplo, ao fabricar un molde de 400 mm de diámetro e verter un molde de 200 mm de diámetro, o dispositivo de verter debe estar a 200 mm de distancia da máquina de moldeo para cada molde fabricado. Nalgún momento, o golpe de 400 mm empurrará dous moldes de 200 mm de diámetro sen cheo fóra da posible zona de verter. Neste caso, a máquina de moldeo debe esperar ata que o dispositivo de recheo remate de verter os dous moldes de 200 mm antes de pasar ao seguinte golpe. Ou, ao fabricar moldes delgados, o vertedor debe ser capaz de omitir o vertido completamente no ciclo mentres segue vertendo moldes grosos. Por exemplo, ao fabricar un molde de 200 mm de diámetro e verter un molde de 400 mm de diámetro, colocar un novo molde de 400 mm de diámetro na área de vertido significa que se deben fabricar dous moldes de 200 mm de diámetro. O seguimento, os cálculos e o intercambio de datos necesarios para que un sistema integrado de moldeo e vertido proporcione un vertido automatizado sen problemas, como se describiu anteriormente, presentaron desafíos para moitos provedores de equipos no pasado. Pero grazas ás máquinas modernas, os sistemas dixitais e as mellores prácticas, o vertido sen fisuras pódese (e se conseguiu) rapidamente cunha configuración mínima. O requisito principal é algunha forma de "contabilidade" do proceso, proporcionando información sobre a localización de cada forma en tempo real. O sistema Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) de DISA consegue este obxectivo rexistrando cada molde fabricado e rastrexando o seu movemento a través da liña de produción. Como temporizador de proceso, xera unha serie de fluxos de datos con marca de tempo que calculan a posición de cada molde e a súa boquilla na liña de produción cada segundo. Se é necesario, intercambia datos en tempo real co sistema de control da planta de enchido e outros sistemas para lograr unha sincronización precisa. O sistema DISA extrae datos importantes para cada molde da base de datos CIM, como o grosor do molde e se se pode/non verter, e envíaos ao sistema de control da planta de enchido. Usando estes datos precisos (xerados despois de extruír o molde), o verter pode mover o conxunto de verter á posición correcta antes de que chegue o molde e, a continuación, comezar a abrir a vara de tapón mentres o molde aínda está en movemento. O molde chega a tempo para recibir o ferro da planta de verter. Este tempo ideal é crucial, é dicir, a masa fundida chega á copa de verter con precisión. O tempo de verter é un colo de botella común na produtividade e, ao sincronizar perfectamente o inicio do verter, os tempos de ciclo pódense reducir en varias décimas de segundo. O sistema de moldeo DISA tamén transfire datos relevantes da máquina de moldeo, como o tamaño actual do molde e a presión de inxección, así como datos de proceso máis amplos, como a compresibilidade da area, ao Monitizer®|CIM. Pola súa banda, Monitizer®|CIM recibe e almacena parámetros críticos para a calidade de cada molde da planta de enchido, como a temperatura de vertido, o tempo de vertido e o éxito dos procesos de vertido e inoculación. Isto permite marcar as formas individuais como malas e separalas antes de mesturalas no sistema de axitación. Ademais de automatizar as máquinas de moldeo, as liñas de moldeo e a fundición, Monitizer®|CIM proporciona un marco compatible coa Industria 4.0 para a adquisición, o almacenamento, a elaboración de informes e a análise. A xestión da fundición pode ver informes detallados e analizar os datos para rastrexar problemas de calidade e impulsar posibles melloras. A experiencia de fundición sen fisuras de Ortrander Ortrander Eisenhütte é unha fundición familiar en Alemaña especializada na produción de pezas de fundición de ferro de alta calidade e volume medio para compoñentes de automoción, cociñas de leña de alta resistencia e infraestruturas, e pezas de maquinaria en xeral. A fundición produce ferro gris, ferro dúctil e ferro grafitado compactado e produce aproximadamente 27.000 toneladas de pezas de fundición de alta calidade ao ano, operando en dous turnos cinco días á semana. Ortrander opera catro fornos de fusión por indución de 6 toneladas e tres liñas de moldeo DISA, que producen aproximadamente 100 toneladas de pezas fundidas ao día. Isto inclúe series de produción curtas dunha hora, ás veces menos para clientes importantes, polo que o modelo ten que cambiarse con frecuencia. Para optimizar a calidade e a eficiencia, o CEO Bernd H. Williams-Book investiu recursos significativos na implementación da automatización e a análise. O primeiro paso foi automatizar o proceso de fusión e dosificación de ferro, actualizando tres fornos de fundición existentes utilizando o sistema pourTECH máis recente, que inclúe tecnoloxía láser 3D, incubación e control de temperatura. Os fornos, as liñas de moldeo e fundición agora están controlados e sincronizados dixitalmente, funcionando case de forma totalmente automática. Cando a máquina de moldeo cambia de modelo, o controlador de vertido pourTECH consulta o sistema DISA Monitizer®|CIM para obter as novas dimensións do molde. En función dos datos DISA, o controlador de vertido calcula onde colocar o nodo de vertido para cada vertido. Sabe exactamente cando chega o primeiro molde novo á planta de enchido e cambia automaticamente á nova secuencia de vertido. Se o dispositivo chega ao final da súa carreira en calquera momento, a máquina DISAMATIC® detense e o dispositivo regresa automaticamente. Cando se retira o primeiro molde novo da máquina, o operador recibe un aviso para que poida comprobar visualmente que está na posición correcta. As vantaxes da fundición sen costuras Os procesos tradicionais de fundición manual ou os sistemas automatizados menos complexos poden provocar perdas de tempo de produción durante os cambios de modelo, o que é inevitable mesmo con cambios rápidos de molde nunha máquina de moldeo. O reinicio manual do vertedor e dos moldes de vertido é máis lento, require máis operadores e é propenso a erros como o abombamento. Ortrander descubriu que, ao embotellar a man, os seus empregados acababan cansándose, perdían a concentración e cometían erros, como afrouxar. A integración sen fisuras do moldeo e o vertido permite procesos máis rápidos, consistentes e de maior calidade, ao tempo que reduce os residuos e o tempo de inactividade. Con Ortrander, o recheo automático elimina os tres minutos que antes se requirían para axustar a posición da unidade de recheo durante os cambios de modelo. O proceso completo de conversión adoitaba levar 4,5 minutos, dixo o Sr. Williams-Book. Menos de dous minutos hoxe. Ao cambiar entre 8 e 12 modelos por quenda, os empregados de Ortrander agora dedican uns 30 minutos por quenda, a metade que antes. A calidade mellórase mediante unha maior consistencia e a capacidade de optimizar continuamente os procesos. Ortrander reduciu o desperdicio nun 20 % aproximadamente coa introdución da fundición sen costuras. Ademais de reducir o tempo de inactividade ao cambiar de modelo, toda a liña de moldeo e vertido require só dúas persoas en lugar das tres anteriores. Nalgúns turnos, tres persoas poden operar dúas liñas de produción completas. A monitorización é case todo o que fan estes traballadores: ademais de seleccionar o seguinte modelo, xestionar as mesturas de area e transportar a masa fundida, teñen poucas tarefas manuais. Outro beneficio é a menor necesidade de empregados experimentados, que son difíciles de atopar. Aínda que a automatización require certa formación do operador, proporciona ás persoas a información crítica do proceso que necesitan para tomar boas decisións. No futuro, as máquinas poderán tomar todas as decisións. Dividendos de datos da fundición sen costuras Ao tentar mellorar un proceso, as fundicións adoitan dicir: "Facemos o mesmo do mesmo xeito, pero con resultados diferentes". Así que funden á mesma temperatura e nivel durante 10 segundos, pero algunhas fundicións son boas e outras malas. Ao engadir sensores automatizados, recoller datos con marca de tempo en cada parámetro do proceso e monitorizar os resultados, un sistema integrado de fundición sen costuras crea unha cadea de datos de proceso relacionados, o que facilita a identificación das causas raíz cando a calidade comeza a deteriorarse. Por exemplo, se se producen inclusións inesperadas nun lote de discos de freo, os xestores poden comprobar rapidamente que os parámetros estean dentro dos límites aceptables. Dado que os controladores da máquina de moldeo, a planta de fundición e outras funcións como os fornos e os mesturadores de area traballan en conxunto, os datos que xeran pódense analizar para identificar relacións ao longo do proceso, desde as propiedades da area ata a calidade superficial final da peza fundida. Un posible exemplo é como o nivel de vertido e a temperatura afectan o recheo do molde para cada modelo individual. A base de datos resultante tamén senta as bases para o uso futuro de técnicas de análise automatizadas como a aprendizaxe automática e a intelixencia artificial (IA) para optimizar os procesos. Ortrander recompila datos do proceso en tempo real a través de interfaces de máquina, medicións de sensores e mostras de proba. Para cada peza fundida en molde, recóllense uns mil parámetros. Anteriormente, só rexistraba o tempo necesario para cada vertido, pero agora sabe exactamente cal é o nivel da boquilla de vertido cada segundo, o que permite ao persoal experimentado examinar como este parámetro afecta a outros indicadores, así como á calidade final da peza fundida. Drenase o líquido da boquilla de vertido mentres se enche o molde ou a boquilla de vertido énchese a un nivel case constante durante o recheo? Ortrander produce de tres a cinco millóns de moldes ao ano e recolleu unha enorme cantidade de datos. Ortrander tamén almacena varias imaxes de cada vertido na base de datos pourTECH en caso de problemas de calidade. Atopar unha forma de cualificar automaticamente estas imaxes é un obxectivo futuro. Conclusión. A conformación e o vertido automatizados simultáneos dan como resultado procesos máis rápidos, unha calidade máis consistente e menos residuos. Cunha fundición suave e un cambio automático de patróns, a liña de produción funciona de forma eficaz e autónoma, requirindo só un esforzo manual mínimo. Dado que o operador desempeña un papel de supervisión, requírese menos persoal. A fundición sen costuras úsase agora en moitos lugares do mundo e pódese aplicar a todas as fundicións modernas. Cada fundición requirirá unha solución lixeiramente diferente adaptada ás súas necesidades, pero a tecnoloxía para implementala está ben probada, actualmente dispoñible en DISA e o seu socio pour-tech AB, e non require moito traballo. Pódese realizar traballo personalizado. O maior uso da intelixencia artificial e a automatización intelixente nas fundicións aínda está en fase de probas, pero a medida que as fundicións e os fabricantes de equipos orixinais recompilen máis datos e experiencia adicional nos próximos dous ou tres anos, a transición á automatización acelerarase significativamente. Esta solución é opcional na actualidade; porén, dado que a intelixencia de datos é a mellor maneira de optimizar os procesos e mellorar a rendibilidade, unha maior automatización e recollida de datos está a converterse nunha práctica habitual en lugar dun proxecto experimental. No pasado, os maiores activos dunha fundición eran o seu modelo e a experiencia dos seus empregados. Agora que a fundición sen costuras se combina cunha maior automatización e sistemas da Industria 4.0, os datos están a converterse rapidamente no terceiro piar do éxito da fundición.
—Agradecemos sinceramente a pour-tech e a Ortrander Eisenhütte os seus comentarios durante a preparación deste artigo.
Si, quero recibir o boletín quincenal de Foundry-Planet coas últimas novidades, probas e informes sobre produtos e materiais. Ademais de boletíns especiais, todos con cancelación gratuíta en calquera momento.
Data de publicación: 05-09-2023