автоматичне лиття

Ливарні заводи все частіше впроваджують автоматизацію процесів на основі даних для досягнення довгострокових цілей: вищої якості, меншої кількості відходів, максимального часу безвідмовної роботи та мінімальних витрат. Повністю інтегрована цифрова синхронізація процесів заливання та формування (безшовне лиття) особливо цінна для ливарних заводів, які стикаються з проблемами виробництва «точно вчасно», скороченням циклів та частішою зміною моделей. Завдяки автоматизованим системам формування та лиття, які безперешкодно поєднуються, процес лиття стає швидшим, а деталі вищої якості виготовляються більш стабільно. Автоматизований процес заливання включає моніторинг температури заливання, а також подачу модифікуючого матеріалу та перевірку кожної форми. Це покращує якість кожної виливки та зменшує рівень браку. Ця комплексна автоматизація також зменшує потребу в операторах з багаторічним спеціалізованим досвідом. Операції також стають безпечнішими, оскільки загалом задіяно менше працівників. Це бачення не є баченням майбутнього; це відбувається зараз. Такі інструменти, як автоматизація та робототехніка ливарного виробництва, збір та аналіз даних, розвивалися протягом десятиліть, але останнім часом прогрес прискорився з розвитком доступних високопродуктивних обчислень та передових мережевих датчиків Industry 4.0 та сумісних систем керування. Рішення та партнери тепер дозволяють ливарним заводам створювати надійну, інтелектуальну інфраструктуру для підтримки більш амбітних проектів, об'єднуючи кілька раніше незалежних підпроцесів для координації їхніх зусиль. Зберігання та аналіз даних процесу, зібраних цими автоматизованими, інтегрованими системами, також відкриває шлях до позитивного циклу постійного вдосконалення на основі даних. Ливарні заводи можуть збирати та аналізувати параметри процесу, вивчаючи історичні дані, щоб знайти кореляції між ними та результатами процесу. Автоматизований процес потім забезпечує прозоре середовище, в якому будь-які покращення, виявлені в результаті аналізу, можуть бути ретельно та швидко протестовані, перевірені та, де це можливо, впроваджені.
Проблеми безшовного лиття. Через тенденцію до виробництва «точно в строк», клієнтам, які використовують формувальні лінії DISAMATIC®, часто доводиться змінювати моделі між невеликими партіями. Використовуючи таке обладнання, як автоматичний пристрій зміни порошку (APC) або пристрій швидкої зміни порошку (QPC) від DISA, шаблони можна змінювати всього за одну хвилину. Оскільки відбуваються високошвидкісні зміни шаблонів, вузьким місцем у процесі, як правило, є зміщення в бік заливання — час, необхідний для ручного переміщення проміжного ковша для заливання після зміни шаблону. Безшовне лиття — найкращий спосіб покращити цей етап процесу лиття. Хоча лиття часто вже частково автоматизоване, повна автоматизація вимагає безшовної інтеграції систем керування формувальною лінією та обладнанням для заповнення, щоб вони працювали повністю синхронно в усіх можливих робочих ситуаціях. Щоб досягти цього надійно, заливальний блок повинен точно знати, де безпечно заливати наступну форму, і, за необхідності, коригувати положення заливального блоку. Досягти ефективного автоматичного заповнення в стабільному виробничому процесі однієї й тієї ж форми не так складно. Щоразу, коли виготовляється нова форма, колона форм переміщується на однакову відстань (товщину форми). Таким чином, заправний блок може залишатися в тому ж положенні, готовим до заповнення наступної порожньої форми після зупинки виробничої лінії. Потрібні лише незначні коригування положення заливання, щоб компенсувати зміни товщини форми, спричинені змінами стисливості піску. Потреба в цих точних налаштуваннях нещодавно ще більше зменшилася завдяки новим функціям формувальної лінії, які дозволяють залишатися більш стабільними під час стабільного виробництва. Після завершення кожної заливання формувальна лінія знову переміщується на один хід, розміщуючи наступну порожню форму на місці для початку наступного заливання. Поки це відбувається, заправний пристрій можна повторно наповнювати. Під час зміни моделі товщина форми може змінюватися, що вимагає складної автоматизації. На відміну від горизонтального процесу з пісочницею, де висота пісочниці фіксована, вертикальний процес DISAMATIC® може регулювати товщину форми до точної товщини, необхідної для кожного набору моделей, щоб підтримувати постійне співвідношення піску та заліза та враховувати висоту моделі. Це є важливою перевагою для забезпечення оптимальної якості лиття та використання ресурсів, але зміна товщини форми ускладнює автоматичне керування литтям. Після зміни моделі машина DISAMATIC® починає виготовляти наступну партію форм такої ж товщини, але розливна машина на лінії все ще заповнює форми попередньої моделі, яка може мати іншу товщину форми. Щоб боротися з цим, формувальна лінія та розливна установка повинні працювати безперебійно як одна синхронізована система, виготовляючи форми однієї товщини та безпечно розливаючи іншу. Безшовне розливання після зміни моделі. Після зміни моделі товщина форми, що залишилася, між формувальними машинами залишається незмінною. Розливний блок, виготовлений з попередньої моделі, залишається незмінним, але оскільки нова форма, що виходить з формувальної машини, може бути товстішою або тоншою, вся колона може просуватися на різні відстані в кожному циклі – до товщини нової форми. Це означає, що з кожним ходом формувальної машини система безшовного лиття повинна регулювати положення лиття, готуючись до наступного лиття. Після того, як попередня партія форм розлита, товщина форми знову стає постійною, і стабільне виробництво відновлюється. Наприклад, якщо нова форма має товщину 150 мм замість форми товщиною 200 мм, яка все ще розливалася раніше, розливний пристрій повинен з кожним ходом формувальної машини переміщуватися на 50 мм назад до формувальної машини, щоб знаходитися в правильному положенні для розливання. Щоб розливна установка підготувалася до розливання, коли колона форм зупиниться, контролер розливної установки повинен точно знати, в яку форму вона буде розливати, а також коли і куди вона прибуде в зону розливання. Використовуючи нову модель, яка виробляє товсті форми під час розливання тонких форм, система повинна мати змогу відливати дві форми за один цикл. Наприклад, під час виготовлення форми діаметром 400 мм та розливання форми діаметром 200 мм розливний пристрій повинен знаходитися на відстані 200 мм від формувальної машини для кожної виготовленої форми. У певний момент хід 400 мм виштовхне дві незаповнені форми діаметром 200 мм з можливої ​​зони розливання. У цьому випадку формувальна машина повинна чекати, поки розливний пристрій завершить розливання двох форм діаметром 200 мм, перш ніж переходити до наступного ходу. Або, під час виготовлення тонких форм, розливальник повинен мати можливість повністю пропустити заливку в циклі, продовжуючи заливати товсті форми. Наприклад, під час виготовлення форми діаметром 200 мм та заливки форми діаметром 400 мм, розміщення нової форми діаметром 400 мм у зоні заливки означає, що необхідно виготовити дві форми діаметром 200 мм. Відстеження, розрахунки та обмін даними, необхідні для інтегрованої системи формування та заливки, щоб забезпечити безпроблемне автоматизоване заливання, як описано вище, у минулому створювали труднощі для багатьох постачальників обладнання. Але завдяки сучасним машинам, цифровим системам та передовим практикам, безперебійне заливання може бути (і було) досягнуто швидко з мінімальним налаштуванням. Головною вимогою є певна форма «обліку» процесу, що надає інформацію про місцезнаходження кожної форми в режимі реального часу. Система DISA Monitizer®|CIM (комп'ютерно-інтегрований модуль) досягає цієї мети, записуючи кожну виготовлену форму та відстежуючи її рух по виробничій лінії. Як таймер процесу, він генерує серію потоків даних з мітками часу, які щосекунди обчислюють положення кожної форми та її сопла на виробничій лінії. За необхідності вона обмінюється даними в режимі реального часу із системою керування розливним заводом та іншими системами для досягнення точної синхронізації. Система DISA витягує важливі дані для кожної форми з бази даних CIM, такі як товщина форми та можливість/неможливість розливання, і надсилає їх до системи керування розливним заводом. Використовуючи ці точні дані (згенеровані після екструзії форми), розливач може перемістити заливний вузол у правильне положення до прибуття форми, а потім почати відкривати стопорний шток, поки форма ще рухається. Форма прибуває вчасно, щоб отримати чавун з розливного заводу. Цей ідеальний час є вирішальним, тобто розплав точно досягає заливної склянки. Час розливання є поширеним вузьким місцем продуктивності, і завдяки точному визначенню часу початку розливання, час циклу можна скоротити на кілька десятих секунди. Система лиття DISA також передає відповідні дані з формувальної машини, такі як поточний розмір форми та тиск впорскування, а також ширші дані процесу, такі як стисливість піску, до Monitizer®|CIM. У свою чергу, Monitizer®|CIM отримує та зберігає критично важливі для якості параметри для кожної форми з розливного заводу, такі як температура заливки, час заливки та успішність процесів заливки та інокуляції. Це дозволяє позначати окремі форми як погані та розділяти їх перед змішуванням у системі струшування. Окрім автоматизації формувальних машин, формувальних ліній та лиття, Monitizer®|CIM забезпечує платформу, що відповідає вимогам Індустрії 4.0, для збору, зберігання, звітності та аналізу. Керівництво ливарного виробництва може переглядати детальні звіти та деталізувати дані, щоб відстежувати проблеми з якістю та впроваджувати потенційні покращення. Безперебійний досвід лиття Ortrander. Ortrander Eisenhütte – це сімейний ливарний завод у Німеччині, який спеціалізується на виробництві чавунних виливків середнього обсягу високої якості для автомобільних компонентів, важких дров'яних печей та інфраструктури, а також деталей загального машинобудування. Ливарний завод виробляє сірий чавун, ковкий чавун та чавун з ущільненим графітом і виробляє приблизно 27 000 тонн високоякісного виливка на рік, працюючи у дві зміни п'ять днів на тиждень. Компанія Ortrander експлуатує чотири 6-тонні індукційні плавильні печі та три формувальні лінії DISA, виробляючи приблизно 100 тонн виливків на день. Це включає короткі виробничі цикли тривалістю одну годину, іноді менше для важливих клієнтів, тому шаблон доводиться часто змінювати. Для оптимізації якості та ефективності генеральний директор Бернд Х. Вільямс-Бук інвестував значні ресурси у впровадження автоматизації та аналітики. Першим кроком була автоматизація процесу плавлення та дозування чавуну, модернізація трьох існуючих ливарних печей за допомогою новітньої системи pourTECH, яка включає 3D-лазерну технологію, інкубацію та контроль температури. Печі, ливарні та ливарні лінії тепер керуються та синхронізуються в цифровому режимі, працюючи майже повністю автоматично. Коли формувальна машина змінює модель, контролер заливки pourTECH запитує у системи DISA Monitizer®|CIM розміри нової форми. На основі даних DISA контролер заливки розраховує, де розмістити вузол заливки для кожної заливки. Він точно знає, коли перша нова форма надходить на розливний завод, і автоматично перемикається на нову послідовність заливки. Якщо кондуктор досягає кінця свого ходу в будь-який момент, машина DISAMATIC® зупиняється, і кондуктор автоматично повертається. Коли перша нова форма виймається з машини, оператор отримує сповіщення, щоб він міг візуально перевірити, чи вона знаходиться в правильному положенні. Переваги безшовного лиття Традиційні процеси ручного лиття або менш складні автоматизовані системи можуть призвести до втрати виробничого часу під час зміни моделей, що неминуче навіть за швидкої зміни форм на формувальній машині. Ручне переналаштування розливного пристрою та розливних форм відбувається повільніше, вимагає більшої кількості операторів і схильне до помилок, таких як розкид. Ортрандер виявив, що під час розливу вручну його співробітники зрештою втомлювалися, втрачали концентрацію та робили помилки, такі як розхитування. Безшовна інтеграція формування та розливання забезпечує швидші, більш послідовні та якісніші процеси, одночасно зменшуючи відходи та час простою. З Ortrander автоматичне розливання усуває три хвилини, які раніше були потрібні для регулювання положення розливного блоку під час зміни моделей. Весь процес перетворення раніше займав 4,5 хвилини, сказав пан Вільямс-Бук. Сьогодні менше двох хвилин. Змінюючи від 8 до 12 моделей за зміну, співробітники Ortrander тепер витрачають близько 30 хвилин за зміну, що вдвічі менше, ніж раніше. Якість підвищується завдяки більшій послідовності та можливості постійно оптимізувати процеси. Компанія Ortrander зменшила кількість відходів приблизно на 20% завдяки впровадженню безшовного лиття. Окрім скорочення часу простою під час зміни моделей, для всієї лінії формування та розливу потрібні лише дві людини замість трьох, як раніше. У деякі зміни три людини можуть обслуговувати дві повні виробничі лінії. Моніторинг – це майже все, що роблять ці працівники: окрім вибору наступної моделі, керування піщаними сумішами та транспортування розплаву, у них мало ручних завдань. Ще однією перевагою є зменшення потреби в досвідчених працівниках, яких важко знайти. Хоча автоматизація вимагає певного навчання операторів, вона надає людям критично важливу інформацію про процес, необхідну для прийняття правильних рішень. У майбутньому машини можуть приймати всі рішення. Дивіденди даних від безшовного лиття. Намагаючись покращити процес, ливарні заводи часто кажуть: «Ми робимо те саме так само, але з різними результатами». Тому вони відливають за тієї ж температури та рівня протягом 10 секунд, але деякі виливки хороші, а деякі погані. Додаючи автоматизовані датчики, збираючи дані з мітками часу для кожного параметра процесу та контролюючи результати, інтегрована система безшовного лиття створює ланцюжок пов’язаних даних процесу, що полегшує виявлення першопричин, коли якість починає погіршуватися. Наприклад, якщо в партії гальмівних дисків трапляються неочікувані включення, менеджери можуть швидко перевірити, чи параметри знаходяться в допустимих межах. Оскільки контролери для формувальної машини, ливарного заводу та інших функцій, таких як печі та піскомішалки, працюють узгоджено, дані, які вони генерують, можна аналізувати для виявлення взаємозв'язків протягом усього процесу, від властивостей піску до кінцевої якості поверхні виливка. Одним з можливих прикладів є те, як рівень заливки та температура впливають на заповнення форми для кожної окремої моделі. Отримана база даних також закладає основу для майбутнього використання автоматизованих методів аналізу, таких як машинне навчання та штучний інтелект (ШІ), для оптимізації процесів. Ortrander збирає дані процесу в режимі реального часу через машинні інтерфейси, вимірювання датчиків та тестові зразки. Для кожного виливка у форму збирається близько тисячі параметрів. Раніше він фіксував лише час, необхідний для кожного заливки, але тепер він точно знає, який рівень заливного сопла щосекунди, що дозволяє досвідченому персоналу досліджувати, як цей параметр впливає на інші показники, а також на кінцеву якість виливка. Чи зливається рідина з заливного сопла під час заповнення форми, чи заливне сопло заповнюється майже до постійного рівня під час заповнення? Ortrander виробляє від трьох до п'яти мільйонів форм на рік і зібрав величезну кількість даних. Ortrander також зберігає кілька зображень кожної заливки в базі даних pourTECH на випадок проблем з якістю. Пошук способу автоматичної оцінки цих зображень є метою на майбутнє. Висновок. Одночасне автоматизоване формування та заливання призводить до швидших процесів, більш стабільної якості та меншої кількості відходів. Завдяки плавному литтю та автоматичній зміні шаблонів виробнича лінія працює ефективно автономно, вимагаючи лише мінімальних ручних зусиль. Оскільки оператор відіграє роль наглядачів, потрібно менше персоналу. Безшовне лиття зараз використовується в багатьох місцях світу і може бути застосоване до всіх сучасних ливарних заводів. Кожен ливарний завод потребуватиме дещо іншого рішення, адаптованого до його потреб, але технологія для його впровадження добре перевірена, наразі доступна від DISA та її партнера pour-tech AB, і не вимагає багато роботи. Можна виконувати індивідуальні роботи. Збільшене використання штучного інтелекту та інтелектуальної автоматизації в ливарних заводах все ще перебуває на стадії тестування, але оскільки ливарні заводи та виробники оригінального обладнання збиратимуть більше даних та додаткового досвіду протягом наступних двох-трьох років, перехід до автоматизації значно прискориться. Однак це рішення наразі є необов'язковим, оскільки аналіз даних – це найкращий спосіб оптимізувати процеси та підвищити прибутковість, тому більша автоматизація та збір даних стають стандартною практикою, а не експериментальним проектом. У минулому найбільшими активами ливарного виробництва були його модель та досвід його співробітників. Тепер, коли безшовне лиття поєднується з більшою автоматизацією та системами Індустрії 4.0, дані швидко стають третім стовпом успіху ливарного виробництва.
— Щиро дякуємо pour-tech та Ortrander Eisenhütte за їхні коментарі під час підготовки цієї статті.
Так, я хотів(ла) би отримувати двотижневу розсилку Foundry-Planet з усіма останніми новинами, тестами та звітами щодо продуктів і матеріалів. Плюс спеціальні розсилки – і все це з можливістю безкоштовного скасування будь-коли.