I fonderie stanno adottando sempre più l'automazione dei processi basati sui dati per raggiungere obiettivi a lungo termine di qualità superiore, meno rifiuti, tempo di attività massimo e costi minimi. La sincronizzazione digitale completamente integrata dei processi di versamento e modanatura (fusione senza soluzione di continuità) è particolarmente preziosa per le fonderie che affrontano le sfide della produzione just-in-time, tempi di ciclo ridotti e cambiamenti del modello più frequenti. Con i sistemi automatizzati di modanatura e fusione che si collegano perfettamente, il processo di fusione diventa più veloce e le parti di qualità superiore vengono prodotte in modo più coerente. Il processo di versamento automatizzato include il monitoraggio della temperatura di versamento, nonché il materiale di inoculazione dell'alimentazione e il controllo di ogni stampo. Ciò migliora la qualità di ogni fusione e riduce il tasso di rottami. Questa automazione completa riduce anche la necessità di operatori con anni di esperienza specializzata. Le operazioni diventano anche più sicure perché nel complesso sono coinvolti meno lavoratori. Questa visione non è una visione del futuro; Questo sta accadendo ora. Strumenti come l'automazione e la robotica della fonderia, la raccolta e l'analisi dei dati si sono evoluti nel corso di decenni, ma recentemente i progressi sono stati accelerati con lo sviluppo di calcoli ad alte prestazioni a prezzi accessibili e sensori di rete avanzati 4.0 e sistemi di controllo compatibili. Soluzioni e partner ora consentono ai fonderie di creare un'infrastruttura robusta e intelligente per supportare progetti più ambiziosi, riunendo più sub-processi precedentemente indipendenti per coordinare i loro sforzi. La memorizzazione e l'analisi dei dati di processo raccolti da questi sistemi automatizzati e integrati apre anche le porte a un ciclo virtuoso di miglioramento continuo guidato dai dati. I fonderie possono raccogliere e analizzare i parametri di processo esaminando i dati storici per trovare correlazioni tra loro e i risultati del processo. Il processo automatizzato fornisce quindi un ambiente trasparente in cui eventuali miglioramenti identificati dall'analisi possono essere approfonditi, validati e, ove possibile, implementati.
Sfide di stampaggio senza soluzione di continuità a causa della tendenza verso la produzione just-in-time, i clienti che utilizzano le linee di stampaggio Disamatic® spesso devono cambiare spesso i modelli tra piccoli lotti. Usando attrezzature come un cambio di polvere automatico (APC) o un rapido cambio di polvere (QPC) da Disa, i modelli possono essere cambiati in un minuto. Man mano che si verificano cambiamenti di pattern ad alta velocità, il collo di bottiglia nel processo tende a spostarsi verso il versamento, il tempo necessario per spostare manualmente il tundish per versare dopo un cambio di pattern. Il casting senza soluzione di continuità è il modo migliore per migliorare questo passaggio del processo di fusione. Sebbene la fusione sia spesso già parzialmente automatizzata, l'automazione completa richiede un'integrazione senza soluzione di continuità dei sistemi di controllo della linea di stampaggio e dell'attrezzatura di riempimento in modo che funzionino completamente in modo sincrono in tutte le possibili situazioni operative. Per ottenere questo in modo affidabile, l'unità di versamento deve sapere esattamente dove è sicuro versare lo stampo successivo e, se necessario, regolare la posizione dell'unità di riempimento. Raggiungere un efficiente riempimento automatico in un processo di produzione stabile dello stesso stampo non è così difficile. Ogni volta che viene realizzato un nuovo stampo, la colonna dello stampo muove la stessa distanza (spessore dello stampo). In questo modo, l'unità di riempimento può rimanere nella stessa posizione, pronta a riempire lo stampo vuoto successivo dopo che la linea di produzione è stata interrotta. Sono necessarie solo lievi regolazioni alla posizione del fuoristrada per compensare le variazioni dello spessore dello stampo causate dalle variazioni della compressibilità della sabbia. La necessità di queste regolazioni sottili è stata recentemente ridotta grazie alle nuove caratteristiche della linea di stampaggio che consentono alle posizioni di versamento di rimanere più coerenti durante una produzione costante. Dopo che ogni Pors è stato completato, la linea di stampaggio si sposta di nuovo un colpo, posizionando lo stampo vuoto successivo in posizione per iniziare il versamento successivo. Mentre ciò sta accadendo, il dispositivo di riempimento può essere riempito. Quando si cambia il modello, lo spessore dello stampo può cambiare, che richiede un'automazione complessa. A differenza del processo di sandbox orizzontale, in cui l'altezza della sabbia è fissata, il processo Disamatic® verticale può regolare lo spessore dello stampo allo spessore esatto necessario per ogni set di modelli per mantenere un rapporto sabbia e ferro costante e spiegare l'altezza del modello. Questo è un grande vantaggio nel garantire una qualità ottimale della cofagraggio e l'utilizzo delle risorse, ma i vari spessori dello stampo rendono il controllo automatico della fusione più impegnativa. Dopo una modifica del modello, la macchina Disamatic® inizia a produrre il prossimo lotto di stampi dello stesso spessore, ma la macchina di riempimento sulla linea riempie ancora gli stampi del modello precedente, che può avere uno spessore di muffa diverso. Per combattere questo, la linea di stampaggio e l'impianto di riempimento devono funzionare perfettamente come un sistema sincronizzato, producendo stampi di uno spessore e versando in sicurezza un altro. Il versamento senza soluzione di continuità dopo il cambio di pattern. Dopo il cambio di pattern, lo spessore dello stampo rimanente tra le macchine di stampaggio rimane lo stesso. L'unità di versamento realizzata dal modello precedente rimane la stessa, ma poiché il nuovo stampo che esce dalla macchina per lo stampaggio può essere più spessa o più sottile, l'intera stringa può avanzare a diverse distanze in ogni ciclo - allo spessore della nuova forma. Ciò significa che con ogni corsa della macchina per lo stampaggio, il sistema di fusione senza soluzione di continuità deve regolare la posizione di fusione in preparazione per il cast successivo. Dopo aver versato il lotto precedente di stampi, lo spessore dello stampo diventa nuovamente costante e la produzione stabile riprende. Ad esempio, se il nuovo stampo ha uno stampo spesso di 150 mm invece dello stampo spesso 200 mm che era ancora stato versato in precedenza, il dispositivo di versamento deve spostarsi di 50 mm verso la macchina da stamping ad ogni corsa della macchina da stampaggio per essere nella posizione di versamento corretta. . Affinché una pianta di versamento si preparasse a versare quando la colonna dello stampo smette di muoversi, il controller della pianta di riempimento deve sapere esattamente in quale stampo si riverserà e quando e dove arriverà nell'area di versamento. Usando un nuovo modello che produce stampi spessi durante la gettatura sottili, il sistema dovrebbe essere in grado di lanciare due stampi in un ciclo. Ad esempio, quando si prepara uno stampo di 400 mm di diametro e si versano uno stampo di 200 mm di diametro, il dispositivo di versamento deve essere a 200 mm di distanza dalla macchina per lo stampo per ogni stampo fatto. Ad un certo punto la corsa da 400 mm spingerà due stampi di diametro di 200 mm non riempiti fuori dalla possibile area di versamento. In questo caso, la macchina per lo stampaggio deve attendere fino a quando il dispositivo di ripieno ha finito di versare i due stampi da 200 mm prima di passare alla corsa successiva. Oppure, quando si preparano stampi sottili, il versante deve essere in grado di saltare completamente il versante nel ciclo mentre versano ancora stampi spessi. Ad esempio, quando si prepara uno stampo di 200 mm di diametro e si versano uno stampo di 400 mm di diametro, posizionando un nuovo stampo di 400 mm di diametro nell'area di versamento significa che devono essere realizzati due stampi da 200 mm di diametro. Il monitoraggio, i calcoli e lo scambio di dati richiesti per un sistema di stampaggio e versamento integrato per fornire un versamento automatizzato senza problemi, come descritto sopra, hanno presentato sfide per molti fornitori di attrezzature in passato. Ma grazie alle macchine moderne, ai sistemi digitali e alle migliori pratiche, il versamento senza soluzione di continuità può essere (ed è stato) raggiunto rapidamente con una configurazione minima. Il requisito principale è una qualche forma di "contabilità" del processo, fornendo informazioni sulla posizione di ciascuna forma in tempo reale. Il sistema Monitizer® | CIM (Modulo integrato per computer) di Disa raggiunge questo obiettivo registrando ogni stampo realizzato e tracciando il suo movimento attraverso la linea di produzione. Come timer di processo, genera una serie di flussi di dati stampati nel tempo che calcolano la posizione di ogni stampo e il suo ugello sulla linea di produzione ogni secondo. Se necessario, scambia i dati in tempo reale con il sistema di controllo degli impianti di riempimento e altri sistemi per ottenere una sincronizzazione precisa. Il sistema Disa estrae dati importanti per ogni stampo dal database CIM, come lo spessore dello stampo e non può essere versato, e lo invia al sistema di controllo delle piante di riempimento. Utilizzando questi dati accurati (generati dopo l'estrusione dello stampo), il versante può spostare il gruppo di versamento nella posizione corretta prima che arrivi lo stampo, quindi iniziare a aprire l'asta del tappo mentre lo stampo è ancora in movimento. Lo stampo arriva in tempo per ricevere il ferro dalla pianta di versamento. Questo tempismo ideale è cruciale, cioè la fusione raggiunge accuratamente la tazza di versamento. Il tempo di Pors è un collo di bottiglia di produttività comune e, cronometrando perfettamente l'inizio del Pour, i tempi di ciclo possono essere ridotti di diversi decimi di secondo. Il sistema di modanatura Disa trasferisce anche i dati rilevanti dalla macchina per lo stampaggio, come la dimensione di corrente dello stampo e la pressione di iniezione, nonché dati di processo più ampi come la compressibilità della sabbia, al Monitizer® | CIM. A sua volta, Monitizer® | CIM riceve e memorizza i parametri critici di qualità per ogni stampo dall'impianto di riempimento, come la temperatura del versante, il tempo di versamento e il successo dei processi di Pour and Inoculation. Ciò consente di essere contrassegnate da singole forme come cattive e separate prima di miscelare il sistema di agitazione. Oltre all'automazione di macchine da stampaggio, linee di stampaggio e fusione, Monitizer® | CIM fornisce un quadro conforme a 4.0 per l'acquisizione, lo stoccaggio, i rapporti e l'analisi. La gestione della fonderia può visualizzare i report dettagliati e approfondire i dati per tenere traccia dei problemi di qualità e favorire potenziali miglioramenti. L'esperienza di casting senza soluzione di continuità di Ortrander Ortrander Eisenhütte è una fonderia a conduzione familiare in Germania specializzata nella produzione di getti di ferro di alta qualità e di alta qualità per componenti automobilistici, stufe in legno e infrastrutture per macchinari generali. La fonderia produce ferro grigio, ferro duttile e ferro di grafite compatto e produce circa 27.000 tonnellate di getti di alta qualità all'anno, operando due turni cinque giorni alla settimana. Ortrander gestisce quattro fornaci di fusione a induzione da 6 tonnellate e tre linee di stampaggio Disa, producendo circa 100 tonnellate di getti al giorno. Ciò include brevi corse di produzione di un'ora, a volte meno per clienti importanti, quindi il modello deve essere cambiato frequentemente. Per ottimizzare la qualità e l'efficienza, il CEO Bernd H. Williams-Book ha investito risorse significative nell'implementazione dell'automazione e dell'analisi. Il primo passo è stato quello di automatizzare il processo di fusione e dosaggio del ferro, aggiornando tre forni di fusione esistenti utilizzando l'ultimo sistema PourTech, che include tecnologia laser 3D, incubazione e controllo della temperatura. I forni, le linee di modanatura e fusione sono ora controllate e sincronizzate digitalmente, che funzionano quasi completamente automaticamente. Quando il modello di modifica della macchina per lo stampaggio, il controller PourTech PROOL interroga il sistema Disa Monitizer® | CIM per le nuove dimensioni dello stampo. Sulla base dei dati Disa, il controller di Pour calcola dove posizionare il nodo di versamento per ogni Pors. Sa esattamente quando il primo nuovo stampo arriva nell'impianto di riempimento e passa automaticamente alla nuova sequenza di versamento. Se la maschera raggiunge la fine della sua corsa in qualsiasi momento, la macchina Disamatic® si interrompe e la maschera ritorna automaticamente. Quando il primo nuovo stampo viene rimosso dalla macchina, l'operatore viene avvisato in modo da poter controllare visivamente che si trova nella posizione corretta. I vantaggi dei tradizionali processi di fusione a mano tradizionali o sistemi automatizzati meno complessi possono comportare i tempi di produzione persi durante le variazioni del modello, il che è inevitabile anche con rapidi cambi di muffa su una macchina per lo stampaggio. Il ripristino manualmente il versante e versare stampi è più lento, richiede più operatori ed è soggetto a errori come il bagliore. Ortrander ha scoperto che quando si imbottigliano a mano, i suoi dipendenti alla fine si sono stancati, hanno perso la concentrazione e hanno commesso errori, come il rilassamento. L'integrazione senza soluzione di continuità di stampaggio e versamento consente processi più veloci, più coerenti e di qualità superiore riducendo i rifiuti e i tempi di inattività. Con Ortrander, il riempimento automatico elimina i tre minuti precedentemente richiesti per regolare la posizione dell'unità di riempimento durante le modifiche al modello. L'intero processo di conversione utilizzato per 4,5 minuti, ha affermato Williams-Book. Meno di due minuti oggi. Cambiando tra 8 e 12 modelli per turno, i dipendenti di Ortrander ora trascorrono circa 30 minuti per turno, la metà di prima. La qualità è migliorata attraverso una maggiore coerenza e la capacità di ottimizzare continuamente i processi. Ortrander ha ridotto i rifiuti di circa il 20% introducendo un casting senza soluzione di continuità. Oltre a ridurre i tempi di inattività quando si cambiano i modelli, l'intera linea di modanatura e versamento richiede solo due persone anziché le tre precedenti. Su alcuni turni, tre persone possono gestire due linee di produzione complete. Il monitoraggio è quasi tutti questi lavoratori: oltre alla selezione del modello successivo, alla gestione delle miscele di sabbia e al trasporto della fusione, hanno pochi compiti manuali. Un altro vantaggio è la ridotta necessità di dipendenti esperti, che sono difficili da trovare. Sebbene l'automazione richieda una formazione di operatori, fornisce alle persone le informazioni critiche del processo di cui hanno bisogno per prendere buone decisioni. In futuro, le macchine potrebbero prendere tutte le decisioni. Dividendo i dati dal casting senza soluzione di continuità quando si tenta di migliorare un processo, le fonderie spesso dicono: "Facciamo la stessa cosa allo stesso modo, ma con risultati diversi". Quindi hanno lanciato alla stessa temperatura e livello per 10 secondi, ma alcuni casting sono buoni e alcuni sono cattivi. Aggiungendo sensori automatizzati, raccogliendo dati stampati nel tempo su ciascun parametro di processo e monitorando i risultati, un sistema di fusione integrato senza soluzione di continuità crea una catena di dati di processo correlati, rendendo più facile identificare le cause della radice quando la qualità inizia a deteriorarsi. Ad esempio, se si verificano inclusioni impreviste in un lotto di dischi di freni, i manager possono verificare rapidamente che i parametri rientrano nei limiti accettabili. Poiché i controller per la macchina da stampaggio, la pianta di fusione e altre funzioni come forni e miscelatori di sabbia lavorano in concerto, i dati che generano possono essere analizzati per identificare le relazioni durante il processo, dalle proprietà di sabbia alla qualità della superficie finale della fusione. Un possibile esempio è come il livello di fuoristrada e la temperatura influiscono sul riempimento dello stampo per ogni singolo modello. Il database risultante pone anche le basi per l'uso futuro di tecniche di analisi automatizzata come l'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale (AI) per ottimizzare i processi. Ortrander raccoglie i dati di processo in tempo reale attraverso interfacce della macchina, misurazioni del sensore e campioni di test. Per ogni casting di stampo, vengono raccolti circa un migliaio di parametri. In precedenza, ha registrato solo il tempo richiesto per ogni piolo, ma ora sa esattamente quale sia il livello dell'ugello di versamento ogni secondo, consentendo al personale esperto di esaminare come questo parametro influisce su altri indicatori, nonché la qualità finale del casting. Il liquido è drenato dall'ugello di versamento mentre lo stampo viene riempito o l'ugello di versamento è riempito a un livello quasi costante durante il ripieno? Ortrander produce da tre a cinque milioni di stampi all'anno e ha raccolto un'enorme quantità di dati. Ortrander memorizza anche più immagini di ogni Pour nel database PourTech in caso di problemi di qualità. Trovare un modo per valutare automaticamente queste immagini è un obiettivo futuro. Conclusione. La formazione e il versamento automatizzati simultanei si traducono in processi più rapidi, qualità più coerente e meno rifiuti. Con la fusione regolare e il cambiamento automatico del modello, la linea di produzione funziona efficacemente in modo autonomo, richiedendo solo uno sforzo manuale minimo. Poiché l'operatore svolge un ruolo di supervisione, è richiesto un minor numero di personale. Il casting senza soluzione di continuità è ora utilizzato in molti luoghi del mondo e può essere applicato a tutte le moderne fonderie. Ogni fonderia richiederà una soluzione leggermente diversa su misura per le sue esigenze, ma la tecnologia per implementarla è ben dimostrata, attualmente disponibile da Disa e dal suo partner Purt-Tech AB e non richiede molto lavoro. È possibile svolgere lavori personalizzati. L'aumento dell'uso dell'intelligenza artificiale e dell'automazione intelligente nelle fonderie è ancora in fase di test, ma poiché le fonderie e gli OEM raccolgono più dati e esperienza aggiuntiva nei prossimi due o tre anni, la transizione all'automazione accelererà in modo significativo. Questa soluzione è attualmente facoltativa, tuttavia, poiché l'intelligenza dei dati è il modo migliore per ottimizzare i processi e migliorare la redditività, una maggiore automazione e raccolta dei dati sta diventando una pratica standard piuttosto che un progetto sperimentale. In passato, i più grandi risorse di una fonderia erano il suo modello e l'esperienza dei suoi dipendenti. Ora che il casting senza soluzione di continuità è combinato con una maggiore automazione e sistemi di industria 4.0, i dati stanno rapidamente diventando il terzo successo di Foundry.
—La ringraziamo sinceramente Pour-Tech e Ortrander Eisenhütte per i loro commenti durante la preparazione di questo articolo.
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Tempo post: ottobre-05-2023