automatisk støbning

Støberier anvender i stigende grad datadrevet procesautomatisering for at opnå langsigtede mål om højere kvalitet, mindre spild, maksimal oppetid og minimale omkostninger. Fuldt integreret digital synkronisering af støbe- og støbeprocesser (sømløs støbning) er især værdifuld for støberier, der står over for udfordringerne med just-in-time-produktion, reducerede cyklustider og hyppigere modelskift. Med automatiserede støbe- og støbesystemer, der problemfrit forbindes, bliver støbeprocessen hurtigere, og dele af højere kvalitet produceres mere ensartet. Den automatiserede støbeproces omfatter overvågning af støbetemperaturen samt tilførsel af podningsmateriale og kontrol af hver støbeform. Dette forbedrer kvaliteten af ​​hver støbeform og reducerer skrotraten. Denne omfattende automatisering reducerer også behovet for operatører med mange års specialiseret erfaring. Driften bliver også mere sikker, fordi færre arbejdere er involveret samlet set. Denne vision er ikke en fremtidsvision; dette sker nu. Værktøjer som støberiautomatisering og robotteknologi, dataindsamling og -analyse har udviklet sig over årtier, men fremskridtene er accelereret for nylig med udviklingen af ​​overkommelig højtydende databehandling og avancerede Industri 4.0-netværkssensorer og kompatible styresystemer. Løsninger og partnere gør det nu muligt for støberier at skabe en robust og intelligent infrastruktur til at understøtte mere ambitiøse projekter, der samler flere tidligere uafhængige delprocesser for at koordinere deres indsats. Lagring og analyse af procesdata indsamlet af disse automatiserede, integrerede systemer åbner også døren til en positiv cirkel af datadrevet kontinuerlig forbedring. Støberier kan indsamle og analysere procesparametre ved at undersøge historiske data for at finde sammenhænge mellem dem og procesresultater. Den automatiserede proces giver derefter et transparent miljø, hvor eventuelle forbedringer, der identificeres af analysen, kan testes grundigt og hurtigt, valideres og, hvor det er muligt, implementeres.
Udfordringer med sømløs støbning På grund af tendensen mod just-in-time-produktion er kunder, der bruger DISAMATIC® støbelinjer, ofte nødt til at skifte modeller mellem små partier. Ved hjælp af udstyr som en automatisk pulverveksler (APC) eller en hurtig pulverveksler (QPC) fra DISA kan skabeloner skiftes på så lidt som et minut. Når der sker mønsterændringer med høj hastighed, har flaskehalsen i processen en tendens til at flytte sig mod hældning - den tid, der kræves til manuelt at flytte tragten til hældning efter et mønsterskift. Sømløs støbning er den bedste måde at forbedre dette trin i støbeprocessen på. Selvom støbning ofte allerede er delvist automatiseret, kræver fuld automatisering problemfri integration af styresystemerne i støbelinjen og påfyldningsudstyret, så de fungerer fuldstændig synkront i alle mulige driftssituationer. For at opnå dette pålideligt skal hældeenheden vide præcis, hvor det er sikkert at hælde den næste form, og om nødvendigt justere påfyldningsenhedens position. Det er ikke så svært at opnå effektiv automatisk påfyldning i en stabil produktionsproces af den samme form. Hver gang en ny form fremstilles, bevæger formsøjlen sig den samme afstand (formtykkelse). På denne måde kan påfyldningsenheden forblive i samme position, klar til at fylde den næste tomme form, efter at produktionslinjen er stoppet. Kun mindre justeringer af hældepositionen er nødvendige for at kompensere for ændringer i formtykkelsen forårsaget af ændringer i sandets kompressibilitet. Behovet for disse finjusteringer er for nylig blevet yderligere reduceret takket være nye støbelinjefunktioner, der gør det muligt at holde hældepositionerne mere ensartede under ensartet produktion. Efter hver hældning er afsluttet, bevæger støbelinjen sig et slag igen og placerer den næste tomme form på plads for at begynde den næste hældning. Mens dette sker, kan påfyldningsenheden genopfyldes. Når modellen skiftes, kan formens tykkelse ændres, hvilket kræver kompleks automatisering. I modsætning til den horisontale sandkasseproces, hvor sandkassens højde er fast, kan den vertikale DISAMATIC®-proces justere formens tykkelse til den nøjagtige tykkelse, der er nødvendig for hvert sæt modeller for at opretholde et konstant sand-jern-forhold og tage højde for modellens højde. Dette er en stor fordel for at sikre optimal støbekvalitet og ressourceudnyttelse, men varierende formtykkelser gør automatisk støbekontrol mere udfordrende. Efter et modelskift begynder DISAMATIC®-maskinen at producere det næste parti forme med samme tykkelse, men fyldemaskinen på linjen fylder stadig formene fra den forrige model, som kan have en anden formtykkelse. For at imødegå dette skal støbelinjen og fyldeanlægget fungere problemfrit som ét synkroniseret system, der producerer forme med én tykkelse og sikkert støber en anden. Sømløs støbning efter mønsterskift. Efter mønsterskift forbliver tykkelsen af ​​den resterende form mellem støbemaskinerne den samme. Støbeenheden lavet af den forrige model forbliver den samme, men da den nye form, der kommer ud af støbemaskinen, kan være tykkere eller tyndere, kan hele strengen fremføres i forskellige afstande i hver cyklus – til tykkelsen af ​​den nye form. Det betyder, at det sømløse støbesystem med hvert slag på støbemaskinen skal justere støbepositionen som forberedelse til den næste støbning. Efter at det forrige parti forme er støbt, bliver formens tykkelse konstant igen, og den stabile produktion genoptages. Hvis den nye form for eksempel er 150 mm tyk i stedet for den 200 mm tykke form, der stadig blev støbt tidligere, skal hældeanordningen bevæge sig 50 mm tilbage mod støbemaskinen med hvert støbemaskinens slag for at være i den korrekte hældeposition. For at et støbeanlæg kan forberede sig på at hælde, når formsøjlen holder op med at bevæge sig, skal fyldeanlæggets styreenhed vide præcis, hvilken form den vil blive hældt i, og hvornår og hvor den vil ankomme til støbeområdet. Ved at bruge en ny model, der producerer tykke forme, mens den støber tynde forme, skal systemet være i stand til at støbe to forme i én cyklus. For eksempel, når man fremstiller en form med en diameter på 400 mm og hælder en form med en diameter på 200 mm, skal hældeanordningen være 200 mm væk fra støbemaskinen for hver fremstillet form. På et tidspunkt vil 400 mm-slaget skubbe to ufyldte forme med en diameter på 200 mm ud af det mulige hældeområde. I dette tilfælde skal støbemaskinen vente, indtil påfyldningsanordningen er færdig med at hælde de to 200 mm forme, før den går videre til det næste slag. Eller, når man fremstiller tynde forme, skal hælderen kunne springe hældningen helt over i cyklussen, mens der stadig hældes tykke forme. For eksempel, når man fremstiller en form med en diameter på 200 mm og hælder en form med en diameter på 400 mm, betyder placeringen af ​​en ny form med en diameter på 400 mm i hældeområdet, at der skal laves to forme med en diameter på 200 mm. Sporing, beregninger og dataudveksling, der kræves for et integreret støbe- og hældesystem for at kunne levere problemfri automatiseret hældning, som beskrevet ovenfor, har tidligere præsenteret udfordringer for mange udstyrsleverandører. Men takket være moderne maskiner, digitale systemer og bedste praksis kan (og er blevet) problemfri hældning opnås hurtigt med minimal opsætning. Hovedkravet er en form for "regnskabsføring" af processen, der giver information om placeringen af ​​hver form i realtid. DISAs Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) system opnår dette mål ved at registrere hver fremstillet form og spore dens bevægelse gennem produktionslinjen. Som en procestimer genererer den en række tidsstemplede datastrømme, der beregner positionen af ​​hver form og dens dyse på produktionslinjen hvert sekund. Om nødvendigt udveksler det data i realtid med påfyldningsanlæggets styresystem og andre systemer for at opnå præcis synkronisering. DISA-systemet udtrækker vigtige data for hver form fra CIM-databasen, såsom formtykkelse og hvorvidt der kan/ikke kan hældes, og sender dem til påfyldningsanlæggets styresystem. Ved hjælp af disse nøjagtige data (genereret efter at formen er ekstruderet) kan hælderen flytte hældeenheden til den korrekte position, før formen ankommer, og derefter begynde at åbne stopstangen, mens formen stadig bevæger sig. Formen ankommer i tide til at modtage jernet fra hældeanlægget. Denne ideelle timing er afgørende, dvs. smelten når hældekoppen præcist. Hældetid er en almindelig produktivitetsflaskehals, og ved perfekt at time starten af ​​hældningen kan cyklustiderne reduceres med flere tiendedele af et sekund. DISA-støbesystemet overfører også relevante data fra støbemaskinen, såsom den aktuelle formstørrelse og injektionstryk, samt bredere procesdata såsom sandkompressibilitet, til Monitizer®|CIM. Til gengæld modtager og lagrer Monitizer®|CIM kvalitetskritiske parametre for hver støbeform fra påfyldningsanlægget, såsom hældetemperatur, hældetid og succesen med hælde- og podningsprocesserne. Dette gør det muligt at markere individuelle former som dårlige og separere dem, før de blandes i rystesystemet. Ud over at automatisere støbemaskiner, støbelinjer og støbning leverer Monitizer®|CIM et Industri 4.0-kompatibelt framework til anskaffelse, opbevaring, rapportering og analyse. Støberieledelsen kan se detaljerede rapporter og dykke ned i data for at spore kvalitetsproblemer og drive potentielle forbedringer. Ortranders oplevelse af sømløs støbning Ortrander Eisenhütte er et familieejet støberi i Tyskland, der specialiserer sig i produktion af mellemstore støbegods af høj kvalitet til bilkomponenter, kraftige brændeovne og infrastruktur samt generelle maskindele. Støberiet producerer gråjern, duktilt jern og komprimeret grafitjern og producerer cirka 27.000 tons støbegods af høj kvalitet om året med to holds drift fem dage om ugen. Ortrander driver fire 6-tons induktionssmelteovne og tre DISA-støbelinjer, der producerer cirka 100 tons støbegods om dagen. Dette inkluderer korte produktionskørsler på en time, nogle gange mindre for vigtige kunder, så skabelonen skal skiftes ofte. For at optimere kvalitet og effektivitet har administrerende direktør Bernd H. Williams-Book investeret betydelige ressourcer i implementering af automatisering og analyse. Det første skridt var at automatisere jernsmelte- og doseringsprocessen ved at opgradere tre eksisterende støbeovne ved hjælp af det nyeste pourTECH-system, som inkluderer 3D-laserteknologi, inkubation og temperaturkontrol. Ovne, støbe- og støbelinjer styres nu digitalt og synkroniseres og fungerer næsten fuldstændigt automatisk. Når støbemaskinen skifter model, forespørger pourTECH-støbecontrolleren DISA Monitizer®|CIM-systemet om de nye støbeformdimensioner. Baseret på DISA-dataene beregner støbecontrolleren, hvor støbenoden skal placeres for hver støbning. Den ved præcis, hvornår den første nye støbeform ankommer til påfyldningsanlægget og skifter automatisk til den nye støbesekvens. Hvis jiggen når slutningen af ​​sit slag på noget tidspunkt, stopper DISAMATIC®-maskinen, og jiggen vender automatisk tilbage. Når den første nye form fjernes fra maskinen, advares operatøren, så han visuelt kan kontrollere, at den er i den korrekte position. Fordelene ved problemfri støbning Traditionelle håndstøbningsprocesser eller mindre komplekse automatiserede systemer kan resultere i tabt produktionstid under modelskift, hvilket er uundgåeligt selv med hurtige formskift på en støbemaskine. Manuel nulstilling af hældetuben og hældeformene er langsommere, kræver flere operatører og er tilbøjelig til fejl såsom overspænding. Ortrander fandt ud af, at hans medarbejdere til sidst blev trætte, mistede koncentrationen og lavede fejl, såsom at slappe af, når de tappede manuelt. Problemfri integration af støbning og hældning muliggør hurtigere, mere ensartede og højere kvalitetsprocesser, samtidig med at spild og nedetid reduceres. Med Ortrander eliminerer automatisk påfyldning de tre minutter, der tidligere krævedes for at justere påfyldningsenhedens position under modelskift. Hele konverteringsprocessen tog tidligere 4,5 minutter, sagde Williams-Book. Mindre end to minutter i dag. Ved at skifte mellem 8 og 12 modeller pr. vagt bruger Ortrander-medarbejdere nu omkring 30 minutter pr. vagt, halvt så meget som før. Kvaliteten forbedres gennem større ensartethed og evnen til løbende at optimere processer. Ortrander reducerede spild med cirka 20 % ved at introducere sømløs støbning. Ud over at reducere nedetid ved modelskift kræver hele støbe- og hældelinjen kun to personer i stedet for de tidligere tre. På nogle vagter kan tre personer betjene to komplette produktionslinjer. Overvågning er næsten alt, hvad disse arbejdere gør: udover at vælge den næste model, håndtere sandblandinger og transportere smelten, har de få manuelle opgaver. En anden fordel er det reducerede behov for erfarne medarbejdere, som er svære at finde. Selvom automatisering kræver en vis operatøruddannelse, giver det folk den kritiske procesinformation, de har brug for til at træffe gode beslutninger. I fremtiden kan maskiner træffe alle beslutninger. Dataudbytte fra sømløs støbning Når støberier forsøger at forbedre en proces, siger de ofte: "Vi gør det samme på samme måde, men med forskellige resultater." Så de støber ved samme temperatur og niveau i 10 sekunder, men nogle støbegods er gode, og nogle er dårlige. Ved at tilføje automatiserede sensorer, indsamle tidsstemplede data på hver procesparameter og overvåge resultaterne skaber et integreret sømløst støbesystem en kæde af relaterede procesdata, hvilket gør det lettere at identificere de grundlæggende årsager, når kvaliteten begynder at forringes. Hvis der for eksempel opstår uventede indeslutninger i et parti bremseskiver, kan ledere hurtigt kontrollere, at parametrene er inden for acceptable grænser. Fordi controllere til støbemaskinen, støberiet og andre funktioner såsom ovne og sandblandere arbejder sammen, kan de data, de genererer, analyseres for at identificere sammenhænge gennem hele processen, fra sandegenskaber til den endelige overfladekvalitet af støbegodset. Et muligt eksempel er, hvordan hældningsniveau og temperatur påvirker formfyldningen for hver enkelt model. Den resulterende database lægger også grundlaget for fremtidig brug af automatiserede analyseteknikker såsom maskinlæring og kunstig intelligens (AI) til at optimere processer. Ortrander indsamler procesdata i realtid via maskingrænseflader, sensormålinger og testprøver. For hver støbeform indsamles omkring tusind parametre. Tidligere registrerede den kun den tid, der kræves for hver hældning, men nu ved den præcis, hvad niveauet på hældedysen er hvert sekund, hvilket giver erfarne medarbejdere mulighed for at undersøge, hvordan denne parameter påvirker andre indikatorer samt støbegodsets endelige kvalitet. Tømmes væsken fra hældedysen, mens formen fyldes, eller fyldes hældedysen til et næsten konstant niveau under påfyldning? Ortrander producerer tre til fem millioner forme om året og har indsamlet en enorm mængde data. Ortrander gemmer også flere billeder af hver støbning i pourTECH-databasen i tilfælde af kvalitetsproblemer. At finde en måde at automatisk vurdere disse billeder på er et fremtidigt mål. Konklusion. Samtidig automatiseret formning og støbning resulterer i hurtigere processer, mere ensartet kvalitet og mindre spild. Med jævn støbning og automatisk mønsterændring fungerer produktionslinjen effektivt autonomt og kræver kun minimal manuel indsats. Da operatøren spiller en tilsynsførende rolle, kræves der færre medarbejdere. Sømløs støbning bruges nu mange steder rundt om i verden og kan anvendes på alle moderne støberier. Hvert støberi kræver en lidt anderledes løsning, der er skræddersyet til dets behov, men teknologien til at implementere den er velafprøvet og er i øjeblikket tilgængelig fra DISA og dets partner pour-tech AB og kræver ikke meget arbejde. Specialarbejde kan udføres. Den øgede brug af kunstig intelligens og intelligent automatisering i støberier er stadig i testfasen, men efterhånden som støberier og OEM'er indsamler flere data og yderligere erfaring i løbet af de næste to til tre år, vil overgangen til automatisering accelerere betydeligt. Denne løsning er dog i øjeblikket valgfri, da dataintelligens er den bedste måde at optimere processer og forbedre rentabiliteten på. Derfor er større automatisering og dataindsamling ved at blive standardpraksis snarere end et eksperimentelt projekt. Tidligere var et støberis største aktiver dets model og medarbejdernes erfaring. Nu hvor sømløs støbning kombineres med større automatisering og Industri 4.0-systemer, er data hurtigt ved at blive den tredje søjle i støberiernes succes.
—Vi takker pour-tech og Ortrander Eisenhütte oprigtigt for deres kommentarer under udarbejdelsen af ​​denne artikel.
Ja, jeg vil gerne modtage Foundry-Planets nyhedsbrev, der udkommer hver anden uge, med alle de seneste nyheder, tests og rapporter om produkter og materialer. Plus særlige nyhedsbreve – alt sammen med gratis afbestilling når som helst.