automaattinen muovaus

Valimot ottavat yhä enemmän käyttöön datalähtöistä prosessiautomaatiota saavuttaakseen pitkän aikavälin tavoitteet, kuten korkeamman laadun, vähemmän jätettä, maksimaalisen käyttöajan ja minimaaliset kustannukset. Valu- ja muovausprosessien täysin integroitu digitaalinen synkronointi (saumaton valu) on erityisen arvokasta valimoille, jotka kohtaavat just-in-time-tuotannon, lyhyempien sykliaikojen ja tiheämpien mallinvaihtojen haasteita. Automatisoitujen muovaus- ja valujärjestelmien saumattomasti toisiinsa kytkeytyessä valuprosessista tulee nopeampi ja korkealaatuisempia osia valmistetaan tasaisemmin. Automatisoituun valuprosessiin kuuluu valulämpötilan seuranta sekä inokulaatiomateriaalin syöttö ja jokaisen muotin tarkistus. Tämä parantaa jokaisen valun laatua ja vähentää hylkyprosenttia. Tämä kattava automaatio vähentää myös vuosien erikoiskokemuksen omaavien käyttäjien tarvetta. Toiminnoista tulee myös turvallisempia, koska mukana on vähemmän työntekijöitä. Tämä visio ei ole tulevaisuuden visio; tämä tapahtuu jo nyt. Työkalut, kuten valimoautomaatio ja robotiikka, tiedonkeruu ja -analyysi, ovat kehittyneet vuosikymmenten aikana, mutta edistys on kiihtynyt viime aikoina edullisten suurteholaskennan ja edistyneiden Industry 4.0 -verkkoantureiden ja yhteensopivien ohjausjärjestelmien kehityksen myötä. Ratkaisut ja kumppanit mahdollistavat nyt valimoille vankan ja älykkään infrastruktuurin luomisen kunnianhimoisempien projektien tukemiseksi, yhdistämällä useita aiemmin itsenäisiä aliprosesseja niiden toiminnan koordinoimiseksi. Näiden automatisoitujen, integroitujen järjestelmien keräämän prosessidatan tallentaminen ja analysointi avaa myös oven datalähtöisen jatkuvan parantamisen hyveelliselle kierteelle. Valimot voivat kerätä ja analysoida prosessiparametreja tutkimalla historiallista dataa löytääkseen korrelaatioita niiden ja prosessitulosten välillä. Automatisoitu prosessi tarjoaa sitten läpinäkyvän ympäristön, jossa analyysin tunnistamat parannukset voidaan testata, validoida ja mahdollisuuksien mukaan toteuttaa perusteellisesti ja nopeasti.
Saumattoman muovauksen haasteet Just-in-time-tuotannon trendin vuoksi DISAMATIC®-muovauslinjoja käyttävät asiakkaat joutuvat usein vaihtamaan malleja pienten erien välillä. Käyttämällä laitteita, kuten DISA:n automaattista jauheenvaihtajaa (APC) tai pikajauheenvaihtajaa (QPC), mallipohjia voidaan vaihtaa jopa minuutissa. Nopean kuvionvaihdon myötä prosessin pullonkaula siirtyy usein valuun – aikaan, joka kuluu välikanavan manuaaliseen siirtämiseen valua varten kuvionvaihdon jälkeen. Saumaton valu on paras tapa parantaa tätä valuprosessin vaihetta. Vaikka valu on usein jo osittain automatisoitu, täysi automatisointi edellyttää muovauslinjan ja täyttölaitteiden ohjausjärjestelmien saumatonta integrointia, jotta ne toimivat täysin synkronisesti kaikissa mahdollisissa käyttötilanteissa. Jotta tämä saavutetaan luotettavasti, valuyksikön on tiedettävä tarkalleen, mihin on turvallista valaa seuraava muotti, ja tarvittaessa säädettävä täyttöyksikön asentoa. Tehokkaan automaattisen täytön saavuttaminen saman muotin vakaassa tuotantoprosessissa ei ole niin vaikeaa. Joka kerta, kun uusi muotti valmistetaan, muottipylväs liikkuu saman matkan (muotin paksuus). Tällä tavoin täyttöyksikkö voi pysyä samassa asennossa valmiina täyttämään seuraavan tyhjän muotin tuotantolinjan pysäyttämisen jälkeen. Vain pieniä säätöjä valuasentoon tarvitaan hiekan kokoonpuristuvuuden muutosten aiheuttamien muotin paksuuden muutosten kompensoimiseksi. Näiden hienosäätöjen tarvetta on viime aikoina vähennetty entisestään uusien muovauslinjan ominaisuuksien ansiosta, jotka mahdollistavat valuasemien pysymisen tasaisempana tasaisen tuotannon aikana. Jokaisen valun jälkeen muovauslinja liikkuu jälleen yhden iskun, asettamalla seuraavan tyhjän muotin paikalleen seuraavan valun aloittamiseksi. Samaan aikaan täyttölaite voidaan täyttää uudelleen. Mallia vaihdettaessa muotin paksuus voi muuttua, mikä vaatii monimutkaista automaatiota. Toisin kuin vaakasuorassa hiekkalaatikkoprosessissa, jossa hiekkalaatikon korkeus on kiinteä, pystysuorassa DISAMATIC®-prosessissa muotin paksuus voidaan säätää tarkasti kunkin mallisarjan tarvitsemaan paksuuteen, jotta hiekka-rautasuhde pysyy vakiona ja mallin korkeus otetaan huomioon. Tämä on merkittävä etu optimaalisen valulaadun ja resurssien käytön varmistamisessa, mutta vaihtelevat muotin paksuudet tekevät automaattisesta valunohjauksesta haastavampaa. Mallinvaihdon jälkeen DISAMATIC®-kone alkaa tuottaa seuraavaa saman paksuista muotti-erää, mutta linjalla oleva täyttökone täyttää edelleen edellisen mallin muotit, joilla voi olla eri muotin paksuus. Tämän torjumiseksi muovauslinjan ja täyttölaitoksen on toimittava saumattomasti yhtenä synkronoituna järjestelmänä, joka tuottaa yhden paksuuden muotteja ja valaa turvallisesti toisen. Saumaton valu kuvionvaihdon jälkeen. Kuvionvaihdon jälkeen jäljellä olevan muotin paksuus muovauskoneiden välillä pysyy samana. Edellisestä mallista valmistettu valuyksikkö pysyy samana, mutta koska muovauskoneesta tuleva uusi muotti voi olla paksumpi tai ohuempi, koko jono voi edetä eri etäisyyksiä kussakin syklissä – uuden muotin paksuuteen. Tämä tarkoittaa, että jokaisella muovauskoneen iskun myötä saumattoman valujärjestelmän on säädettävä valuasentoa seuraavaa valua varten. Kun edellinen muotti-erä on kaadettu, muotin paksuus palautuu jälleen vakioksi ja vakaa tuotanto jatkuu. Jos esimerkiksi uusi muotti on 150 mm paksu aiemmin valetun 200 mm paksun muotin sijaan, kaatolaitteen on liikuttava 50 mm taaksepäin muottikonetta kohti jokaisella muottikoneen iskun myötä ollakseen oikeassa kaatoasennossa. Jotta kaatolaitos voi valmistautua valamaan muottipylvään pysähtyessä, täyttölaitoksen ohjaajan on tiedettävä tarkalleen, mihin muottiin se kaataa sekä milloin ja minne se saapuu kaatoalueelle. Käyttämällä uutta mallia, joka tuottaa paksuja muotteja samalla kun valaa ohuita muotteja, järjestelmän pitäisi pystyä valamaan kaksi muottia yhdessä syklissä. Esimerkiksi valmistettaessa 400 mm:n halkaisijan omaavaa muottia ja valettaessa 200 mm:n halkaisijan omaavaa muottia, kaatolaitteen on oltava 200 mm:n päässä muottikoneesta kutakin valmistettua muottia kohden. Jossain vaiheessa 400 mm:n isku työntää kaksi täyttämätöntä 200 mm:n halkaisijan omaavaa muottia pois mahdolliselta kaatoalueelta. Tässä tapauksessa muottikoneen on odotettava, kunnes täyttölaite on kaatanut kaksi 200 mm:n muottia, ennen kuin se siirtyy seuraavaan iskuun. Tai ohuita muotteja valmistettaessa valuntekijän on voitava ohittaa valu kokonaan syklissä ja valaa silti paksuja muotteja. Esimerkiksi valmistettaessa 200 mm:n halkaisijan omaavaa muottia ja valettaessa 400 mm:n halkaisijan omaavaa muottia, uuden 400 mm:n halkaisijan omaavan muotin sijoittaminen valualueelle tarkoittaa, että on valmistettava kaksi 200 mm:n halkaisijan omaavaa muottia. Edellä kuvatut integroidun muovaus- ja kaatojärjestelmän vaatimat seuranta-, laskelmat ja tiedonvaihto ongelmattoman automatisoidun kaatamisen varmistamiseksi ovat aiemmin asettaneet haasteita monille laitetoimittajille. Nykyaikaisten koneiden, digitaalisten järjestelmien ja parhaiden käytäntöjen ansiosta saumaton kaato voidaan (ja on saavutettu) nopeasti minimaalisella asennuksella. Tärkein vaatimus on jonkinlainen prosessin "kirjanpito", joka tarjoaa tietoa kunkin muotin sijainnista reaaliajassa. DISA:n Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) -järjestelmä saavuttaa tämän tavoitteen tallentamalla jokaisen valmistetun muotin ja seuraamalla sen liikettä tuotantolinjalla. Prosessiajastimena se luo sarjan aikaleimattuja tietovirtoja, jotka laskevat kunkin muotin ja sen suuttimen sijainnin tuotantolinjalla joka sekunti. Tarvittaessa se vaihtaa tietoa reaaliajassa täyttölaitoksen ohjausjärjestelmän ja muiden järjestelmien kanssa tarkan synkronoinnin saavuttamiseksi. DISA-järjestelmä poimii CIM-tietokannasta tärkeitä tietoja jokaisesta muotista, kuten muotin paksuuden ja sen, voidaanko/ei voida valaa, ja lähettää ne täyttölaitoksen ohjausjärjestelmään. Näiden tarkkojen tietojen (jotka syntyvät muotin pursottamisen jälkeen) avulla kaatolaite voi siirtää kaatokokoonpanon oikeaan asentoon ennen muotin saapumista ja sitten aloittaa tulppatangon avaamisen muotin vielä liikkuessa. Muotti saapuu ajoissa vastaanottamaan raudan kaatolaitokselta. Tämä ihanteellinen ajoitus on ratkaisevan tärkeää, eli sula saavuttaa kaatokupin tarkasti. Kaatoaika on yleinen tuottavuuden pullonkaula, ja ajoittamalla kaadon aloitus täydellisesti sykliaikoja voidaan lyhentää useilla kymmenesosilla sekuntia. DISA-muovausjärjestelmä siirtää myös asiaankuuluvia tietoja muovauskoneesta, kuten nykyisen muotin koon ja ruiskutuspaineen, sekä laajempia prosessitietoja, kuten hiekan kokoonpuristuvuuden, Monitizer®|CIM-järjestelmään. Monitizer®|CIM puolestaan ​​vastaanottaa ja tallentaa täyttölaitokselta kunkin muotin laadun kannalta kriittisiä parametreja, kuten valulämpötilan, valuajan sekä valu- ja inokulaatioprosessien onnistumisen. Tämä mahdollistaa yksittäisten muotojen merkitsemisen huonoiksi ja erottelun ennen sekoittamista ravistusjärjestelmässä. Muovauskoneiden, muovauslinjojen ja valun automatisoinnin lisäksi Monitizer®|CIM tarjoaa Industry 4.0 -yhteensopivan kehyksen tiedonhankintaan, tallennukseen, raportointiin ja analysointiin. Valimon johto voi tarkastella yksityiskohtaisia ​​raportteja ja porautua tietoihin seuratakseen laatuongelmia ja edistääkseen potentiaalisia parannuksia. Ortranderin saumaton valukokemus Ortrander Eisenhütte on perheomisteinen valimo Saksassa, joka on erikoistunut keskisuurten, korkealaatuisten rautavalujen tuotantoon autonosille, raskaille puuliesille ja infrastruktuurille sekä yleisille koneenosille. Valimo tuottaa harmaata rautaa, pallografiittivalurautaa ja puristettua grafiittirautaa ja tuottaa noin 27 000 tonnia korkealaatuisia valuja vuodessa työskentelemällä kahdessa vuorossa viisi päivää viikossa. Ortranderilla on neljä 6 tonnin induktiosulatusuunia ja kolme DISA-muovauslinjaa, jotka tuottavat noin 100 tonnia valukappaleita päivässä. Tämä sisältää lyhyitä, tunnin mittaisia ​​tuotantoaikoja, jotka ovat joskus lyhyempiä tärkeille asiakkaille, joten mallipohjaa on vaihdettava usein. Laadun ja tehokkuuden optimoimiseksi toimitusjohtaja Bernd H. Williams-Book on investoinut merkittävästi automaation ja analytiikan käyttöönottoon. Ensimmäinen askel oli raudan sulatus- ja annosteluprosessin automatisointi päivittämällä kolme olemassa olevaa valumuonia uusimmalla pourTECH-järjestelmällä, joka sisältää 3D-lasertekniikan, inkuboinnin ja lämpötilan säädön. Uunit, muovaus- ja valulinjat ovat nyt digitaalisesti ohjattuja ja synkronoituja, ja ne toimivat lähes täysin automaattisesti. Kun muovauskoneen malli muuttuu, pourTECH-valuohjain kyselee DISA Monitizer®|CIM -järjestelmältä uudet muotin mitat. DISA-tietojen perusteella valuohjain laskee, mihin valusolmu sijoitetaan kullekin valulle. Se tietää tarkalleen, milloin ensimmäinen uusi muotti saapuu täyttölaitokseen, ja vaihtaa automaattisesti uuteen valujärjestykseen. Jos jigi saavuttaa iskun pään milloin tahansa, DISAMATIC®-kone pysähtyy ja jigi palaa automaattisesti. Kun ensimmäinen uusi muotti poistetaan koneesta, käyttäjä saa ilmoituksen, jotta hän voi silmämääräisesti tarkistaa, että se on oikeassa asennossa. Saumattoman valun edut Perinteiset käsinvaluprosessit tai vähemmän monimutkaiset automatisoidut järjestelmät voivat johtaa tuotantoajan menetykseen mallinvaihdosten aikana, mikä on väistämätöntä jopa nopeiden muotinvaihtojen aikana muovauskoneessa. Kaatolaitteen ja valumuottien manuaalinen uudelleenasennus on hitaampaa, vaatii enemmän käyttäjää ja on altis virheille, kuten leimahduksille. Ortrander havaitsi, että käsin pullotettaessa hänen työntekijänsä lopulta väsyivät, menettivät keskittymiskykynsä ja tekivät virheitä, kuten laiskottelivat. Muovauksen ja valun saumaton integrointi mahdollistaa nopeammat, johdonmukaisemmat ja laadukkaammat prosessit samalla vähentäen jätettä ja seisokkiaikoja. Ortranderin avulla automaattinen täyttö poistaa kolme minuuttia, jotka aiemmin tarvittiin täyttöyksikön asennon säätämiseen mallinvaihdosten aikana. Koko muuntoprosessi kesti aiemmin 4,5 minuuttia, Williams-Book sanoi. Nykyään alle kaksi minuuttia. Vaihtamalla 8–12 mallia vuorossa Ortranderin työntekijät käyttävät nyt noin 30 minuuttia vuorossa, puolet aiemmasta. Laatua parannetaan suuremman johdonmukaisuuden ja prosessien jatkuvan optimoinnin avulla. Ortrander vähensi jätettä noin 20 % ottamalla käyttöön saumattoman valun. Mallinvaihdon aiheuttamien seisokkiaikojen lyhenemisen lisäksi koko muovaus- ja valulinja vaatii vain kaksi henkilöä aiemman kolmen sijaan. Joissakin vuoroissa kolme henkilöä voi operoida kahta kokonaista tuotantolinjaa. Valvonta on lähes kaikki, mitä nämä työntekijät tekevät: seuraavan mallin valinnan, hiekkaseosten hallinnan ja sulan kuljetuksen lisäksi heillä on vain vähän manuaalisia tehtäviä. Toinen etu on kokeneiden työntekijöiden vähentynyt tarve, joita on vaikea löytää. Vaikka automaatio vaatii jonkin verran käyttäjäkoulutusta, se tarjoaa ihmisille kriittisiä prosessitietoja, joita he tarvitsevat hyvien päätösten tekemiseen. Tulevaisuudessa koneet saattavat tehdä kaikki päätökset. Datan hyötyjä saumattomasta valusta Yrittäessään parantaa prosessia valimot sanovat usein: "Teemme saman asian samalla tavalla, mutta eri tuloksilla." Niinpä he valavat samassa lämpötilassa ja tasolla 10 sekunnin ajan, mutta jotkut valut ovat hyviä ja jotkut huonoja. Lisäämällä automatisoituja antureita, keräämällä aikaleimattua tietoa jokaisesta prosessiparametrista ja seuraamalla tuloksia integroitu saumaton valujärjestelmä luo toisiinsa liittyvien prosessitietojen ketjun, mikä helpottaa perimmäisten syiden tunnistamista, kun laatu alkaa heikentyä. Jos esimerkiksi jarrulevyjen erässä esiintyy odottamattomia sulkeumia, esimiehet voivat nopeasti tarkistaa, että parametrit ovat hyväksyttävien rajojen sisällä. Koska muovauskoneen, valulaitoksen ja muiden toimintojen, kuten uunien ja hiekansekoittimien, ohjaimet toimivat yhdessä, niiden tuottamaa dataa voidaan analysoida ja tunnistaa prosessin eri vaiheiden väliset suhteet hiekan ominaisuuksista valun lopulliseen pinnanlaatuun. Yksi mahdollinen esimerkki on se, miten valukorkeus ja lämpötila vaikuttavat muotin täyttöön kussakin yksittäisessä mallissa. Tuloksena oleva tietokanta luo myös pohjan automatisoitujen analyysitekniikoiden, kuten koneoppimisen ja tekoälyn (AI), tulevalle käytölle prosessien optimoimiseksi. Ortrander kerää prosessidataa reaaliajassa koneliittymien, anturimittausten ja testinäytteiden kautta. Jokaista muottivalua kohden kerätään noin tuhat parametria. Aiemmin se tallensi vain kullekin valulle tarvittavan ajan, mutta nyt se tietää tarkalleen, mikä valusuuttimen taso on joka sekunti, minkä ansiosta kokenut henkilöstö voi tutkia, miten tämä parametri vaikuttaa muihin indikaattoreihin sekä valun lopulliseen laatuun. Tyhjennetäänkö neste valusuuttimesta muotin täytön aikana, vai onko valusuutin täytetty lähes vakiotasolle täytön aikana? Ortrander tuottaa 3–5 miljoonaa muottia vuodessa ja on kerännyt valtavan määrän dataa. Ortrander tallentaa myös useita kuvia jokaisesta valusta pourTECH-tietokantaan laatuongelmien varalta. Tulevaisuuden tavoitteena on löytää tapa arvioida näitä kuvia automaattisesti. Johtopäätös. Samanaikainen automaattinen muovaus ja valu johtavat nopeampiin prosesseihin, tasaisempaan laatuun ja pienempään jätteeseen. Sujuvan valun ja automaattisen kuvionvaihdon ansiosta tuotantolinja toimii tehokkaasti itsenäisesti ja vaatii vain vähän manuaalista työtä. Koska käyttäjällä on valvontarooli, henkilöstöä tarvitaan vähemmän. Saumatonta valua käytetään nyt monissa paikoissa ympäri maailmaa, ja sitä voidaan soveltaa kaikkiin nykyaikaisiin valimoihin. Jokainen valimo tarvitsee hieman erilaisen ratkaisun, joka on räätälöity sen tarpeisiin, mutta sen toteuttamiseen tarvittava teknologia on hyvin todistettu ja saatavilla tällä hetkellä DISAlta ja sen kumppanilta pour-tech AB:ltä, eikä se vaadi paljon työtä. Räätälöityjä töitä voidaan tehdä. Tekoälyn ja älykkään automaation lisääntynyt käyttö valimoissa on vielä testausvaiheessa, mutta kun valimot ja laitevalmistajat keräävät lisää dataa ja lisäkokemusta seuraavien kahden tai kolmen vuoden aikana, siirtyminen automaatioon nopeutuu merkittävästi. Tämä ratkaisu on tällä hetkellä valinnainen, mutta koska dataäly on paras tapa optimoida prosesseja ja parantaa kannattavuutta, automaation ja tiedonkeruun lisääminen on tulossa kokeellisen hankkeen sijaan vakiokäytännöksi. Aiemmin valimon suurimmat edut olivat sen malli ja työntekijöiden kokemus. Nyt kun saumaton valu yhdistetään automaatioon ja Industry 4.0 -järjestelmiin, datasta on nopeasti tulossa valimon menestyksen kolmas pilari.
—Kiitämme vilpittömästi pour-techiä ja Ortrander Eisenhütteä heidän kommenteistaan ​​tämän artikkelin valmisteluvaiheessa.
Kyllä, haluan vastaanottaa Foundry-Planetin joka toinen viikko ilmestyvän uutiskirjeen, joka sisältää kaikki uusimmat uutiset, testit ja raportit tuotteista ja materiaaleista. Lisäksi haluan saada erikoisuutiskirjeitä – kaikki tilaukset voi peruuttaa maksutta milloin tahansa.