Les foneries adopten cada cop més l'automatització de processos basada en dades per assolir objectius a llarg termini de major qualitat, menys residus, màxim temps de funcionament i costos mínims. La sincronització digital totalment integrada dels processos de colada i emmotllament (colada sense costures) és especialment valuosa per a les foneries que s'enfronten als reptes de la producció just-in-time, la reducció dels temps de cicle i els canvis de model més freqüents. Amb sistemes automatitzats de colada i emmotllament que s'enllacen perfectament, el procés de colada es torna més ràpid i es produeixen peces de més qualitat de manera més consistent. El procés de colada automatitzat inclou la supervisió de la temperatura de colada, així com l'alimentació de material d'inoculació i la comprovació de cada motlle. Això millora la qualitat de cada colada i redueix la taxa de rebuig. Aquesta automatització integral també redueix la necessitat d'operadors amb anys d'experiència especialitzada. Les operacions també es tornen més segures perquè hi ha menys treballadors implicats en general. Aquesta visió no és una visió de futur; això està passant ara. Eines com l'automatització de la foneria i la robòtica, la recopilació i l'anàlisi de dades han evolucionat durant dècades, però el progrés s'ha accelerat recentment amb el desenvolupament de la computació d'alt rendiment assequible i sensors avançats en xarxa de la Indústria 4.0 i sistemes de control compatibles. Les solucions i els socis permeten ara a les foneries crear una infraestructura robusta i intel·ligent per donar suport a projectes més ambiciosos, reunint múltiples subprocessos anteriorment independents per coordinar els seus esforços. L'emmagatzematge i l'anàlisi de les dades del procés recollides per aquests sistemes automatitzats i integrats també obre la porta a un cicle virtuós de millora contínua basada en dades. Les foneries poden recopilar i analitzar paràmetres del procés examinant dades històriques per trobar correlacions entre elles i els resultats del procés. El procés automatitzat proporciona un entorn transparent en què qualsevol millora identificada per l'anàlisi es pot provar, validar i, si és possible, implementar de manera exhaustiva i ràpida.
Reptes del modelat sense fissures A causa de la tendència cap a la producció just-in-time, els clients que utilitzen línies de modelat DISAMATIC® sovint han de canviar de model amb freqüència entre lots petits. Si s'utilitzen equips com un canviador automàtic de pols (APC) o un canviador ràpid de pols (QPC) de DISA, les plantilles es poden canviar en tan sols un minut. A mesura que es produeixen canvis de patró a alta velocitat, el coll d'ampolla del procés tendeix a desplaçar-se cap a la colada, és a dir, el temps necessari per moure manualment la cuba de colada per abocar després d'un canvi de patró. La colada sense fissures és la millor manera de millorar aquest pas del procés de colada. Tot i que la colada sovint ja està parcialment automatitzada, l'automatització completa requereix una integració perfecta dels sistemes de control de la línia de modelat i l'equip d'ompliment perquè funcionin de manera completament sincronitzada en totes les situacions operatives possibles. Per aconseguir-ho de manera fiable, la unitat de colada ha de saber exactament on és segur abocar el següent motlle i, si cal, ajustar la posició de la unitat d'ompliment. Aconseguir un ompliment automàtic eficient en un procés de producció estable del mateix motlle no és tan difícil. Cada vegada que es fabrica un motlle nou, la columna del motlle es mou la mateixa distància (gruix del motlle). D'aquesta manera, la unitat d'ompliment pot romandre a la mateixa posició, a punt per omplir el següent motlle buit després que la línia de producció s'aturi. Només calen petits ajustaments a la posició de colada per compensar els canvis en el gruix del motlle causats pels canvis en la compressibilitat de la sorra. La necessitat d'aquests ajustaments fins s'ha reduït recentment gràcies a les noves característiques de la línia de modelat que permeten que les posicions de colada es mantinguin més consistents durant una producció constant. Després de completar cada colada, la línia de modelat es mou una passada de nou, col·locant el següent motlle buit al seu lloc per començar la següent colada. Mentre això passa, es pot tornar a omplir el dispositiu d'ompliment. Quan es canvia el model, el gruix del motlle pot canviar, cosa que requereix una automatització complexa. A diferència del procés de caixa de sorra horitzontal, on l'alçada de la caixa de sorra és fixa, el procés vertical DISAMATIC® pot ajustar el gruix del motlle al gruix exacte necessari per a cada conjunt de models per mantenir una relació constant de sorra i ferro i tenir en compte l'alçada del model. Aquest és un avantatge important per garantir una qualitat de fosa i una utilització de recursos òptimes, però els gruixos variables del motlle fan que el control automàtic de la fosa sigui més difícil. Després d'un canvi de model, la màquina DISAMATIC® comença a produir el següent lot de motlles del mateix gruix, però la màquina d'omplir de la línia encara omple els motlles del model anterior, que poden tenir un gruix de motlle diferent. Per combatre això, la línia de modelat i la planta d'omplir han de funcionar perfectament com un sistema sincronitzat, produint motlles d'un gruix i abocant-ne un altre de manera segura. Abocament sense fissures després del canvi de patró. Després del canvi de patró, el gruix del motlle restant entre les màquines de modelat continua sent el mateix. La unitat de colada feta a partir del model anterior continua sent la mateixa, però com que el nou motlle que surt de la màquina de modelat pot ser més gruixut o més prim, tota la cadena pot avançar a diferents distàncies en cada cicle, fins al gruix de la nova forma. Això significa que amb cada cop de la màquina de modelat, el sistema de colada sense fissures ha d'ajustar la posició de colada per preparar el següent colat. Després de colar el lot anterior de motlles, el gruix del motlle torna a ser constant i es reprèn la producció estable. Per exemple, si el motlle nou té un gruix de 150 mm en comptes del motlle de 200 mm que encara s'estava abocant anteriorment, el dispositiu d'abocament ha de moure's 50 mm cap enrere cap a la màquina d'emmotllament amb cada cop de la màquina d'emmotllament per estar en la posició d'abocament correcta. Perquè una planta d'abocament es prepari per abocar quan la columna del motlle deixa de moure's, el controlador de la planta d'ompliment ha de saber exactament en quin motlle s'abocarà i quan i on arribarà a la zona d'abocament. Si s'utilitza un nou model que produeix motlles gruixuts mentre es fonen motlles prims, el sistema hauria de poder foneres dos motlles en un sol cicle. Per exemple, quan es fa un motlle de 400 mm de diàmetre i es aboca un motlle de 200 mm de diàmetre, el dispositiu d'abocament ha d'estar a 200 mm de distància de la màquina d'emmotllament per a cada motlle fet. En algun moment, el cop de 400 mm empenyrà dos motlles de 200 mm de diàmetre sense omplir fora de la possible zona d'abocament. En aquest cas, la màquina d'emmotllament ha d'esperar fins que el dispositiu d'ompliment hagi acabat d'abocar els dos motlles de 200 mm abans de passar al següent cop. O bé, quan es fabriquen motlles prims, el muntador ha de poder ometre completament el muntatge durant el cicle mentre encara s'embussen motlles gruixuts. Per exemple, quan es fa un motlle de 200 mm de diàmetre i s'embussa un motlle de 400 mm de diàmetre, col·locar un motlle nou de 400 mm de diàmetre a la zona d'embussament significa que cal fer dos motlles de 200 mm de diàmetre. El seguiment, els càlculs i l'intercanvi de dades necessaris perquè un sistema integrat de modelat i muntatge proporcioni un muntatge automatitzat sense problemes, tal com s'ha descrit anteriorment, han presentat reptes per a molts proveïdors d'equips en el passat. Però gràcies a les màquines modernes, els sistemes digitals i les millors pràctiques, es pot aconseguir (i s'ha aconseguit) un muntatge sense problemes ràpidament amb una configuració mínima. El requisit principal és alguna forma de "comptabilització" del procés, que proporcioni informació sobre la ubicació de cada forma en temps real. El sistema Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) de DISA aconsegueix aquest objectiu registrant cada motlle fabricat i fent un seguiment del seu moviment a través de la línia de producció. Com a temporitzador de procés, genera una sèrie de fluxos de dades amb marca de temps que calculen la posició de cada motlle i la seva boquilla a la línia de producció cada segon. Si cal, intercanvia dades en temps real amb el sistema de control de la planta d'ompliment i altres sistemes per aconseguir una sincronització precisa. El sistema DISA extreu dades importants per a cada motlle de la base de dades CIM, com ara el gruix del motlle i si es pot/no es pot abocar, i les envia al sistema de control de la planta d'ompliment. Utilitzant aquestes dades precises (generades després de l'extrusió del motlle), el muntador pot moure el conjunt de colada a la posició correcta abans que arribi el motlle i, a continuació, començar a obrir la vareta de tap mentre el motlle encara està en moviment. El motlle arriba a temps per rebre el ferro de la planta de colada. Aquest temps ideal és crucial, és a dir, la fosa arriba a la tassa de colada amb precisió. El temps de colada és un coll d'ampolla comú de la productivitat i, en sincronitzar perfectament l'inici de la colada, els temps de cicle es poden reduir en diverses dècimes de segon. El sistema de modelat DISA també transfereix dades rellevants de la màquina de modelat, com ara la mida actual del motlle i la pressió d'injecció, així com dades de procés més àmplies com ara la compressibilitat de la sorra, al Monitizer®|CIM. Al seu torn, Monitizer®|CIM rep i emmagatzema paràmetres crítics de qualitat per a cada motlle de la planta d'ompliment, com ara la temperatura de colada, el temps de colada i l'èxit dels processos de colada i inoculació. Això permet marcar les formes individuals com a dolentes i separar-les abans de barrejar-les al sistema de sacsejades. A més d'automatitzar les màquines de modelat, les línies de modelat i la fosa, Monitizer®|CIM proporciona un marc de treball compatible amb la Indústria 4.0 per a l'adquisició, l'emmagatzematge, la generació d'informes i l'anàlisi. La gestió de la fosa pot veure informes detallats i aprofundir en les dades per fer un seguiment dels problemes de qualitat i impulsar possibles millores. L'experiència de fosa perfecta d'Ortrander Ortrander Eisenhütte és una foneria familiar a Alemanya especialitzada en la producció de peces de fosa de ferro d'alta qualitat i volum mitjà per a components d'automoció, estufes de llenya d'alta resistència i infraestructures, i peces de maquinària en general. La foneria produeix ferro gris, ferro dúctil i ferro grafit compactat i produeix aproximadament 27.000 tones de peces de fosa d'alta qualitat a l'any, operant dos torns cinc dies a la setmana. Ortrander opera quatre forns de fusió per inducció de 6 tones i tres línies de modelat DISA, que produeixen aproximadament 100 tones de peces foses al dia. Això inclou tirades de producció curtes d'una hora, de vegades menys per a clients importants, de manera que la plantilla s'ha de canviar amb freqüència. Per optimitzar la qualitat i l'eficiència, el CEO Bernd H. Williams-Book ha invertit recursos importants en la implementació de l'automatització i l'anàlisi. El primer pas va ser automatitzar el procés de fusió i dosificació del ferro, actualitzant tres forns de fosa existents utilitzant el sistema pourTECH més recent, que inclou tecnologia làser 3D, incubació i control de temperatura. Els forns, les línies de modelat i fosa ara es controlen i sincronitzen digitalment, i funcionen gairebé completament automàticament. Quan la màquina de modelat canvia de model, el controlador de vessament pourTECH consulta el sistema DISA Monitizer®|CIM per obtenir les noves dimensions del motlle. A partir de les dades DISA, el controlador de vessament calcula on col·locar el node de vessament per a cada vessament. Sap exactament quan arriba el primer motlle nou a la planta d'ompliment i canvia automàticament a la nova seqüència de vessament. Si la plantilla arriba al final de la seva carrera en qualsevol moment, la màquina DISAMATIC® s'atura i la plantilla torna automàticament. Quan es treu el primer motlle nou de la màquina, s'avisa l'operador perquè pugui comprovar visualment que està en la posició correcta. Els avantatges de la fosa sense fissures Els processos tradicionals de fosa manual o els sistemes automatitzats menys complexos poden provocar pèrdues de temps de producció durant els canvis de model, cosa que és inevitable fins i tot amb canvis ràpids de motlle en una màquina d'emmotllament. El restabliment manual dels motlles de vessament i abocament és més lent, requereix més operadors i és propens a errors com ara el flare. Ortrander va descobrir que, quan s'embotellava a mà, els seus empleats finalment es cansaven, perdien la concentració i cometien errors, com ara afluixar-se. La integració perfecta del modelat i l'abocament permet processos més ràpids, consistents i de més qualitat, alhora que redueix els residus i el temps d'inactivitat. Amb Ortrander, l'ompliment automàtic elimina els tres minuts que abans es necessitaven per ajustar la posició de la unitat d'ompliment durant els canvis de model. Tot el procés de conversió solia trigar 4,5 minuts, va dir el Sr. Williams-Book. Menys de dos minuts avui dia. En canviar entre 8 i 12 models per torn, els empleats d'Ortrander ara hi dediquen uns 30 minuts per torn, la meitat que abans. La qualitat millora mitjançant una major consistència i la capacitat d'optimitzar contínuament els processos. Ortrander va reduir els residus aproximadament un 20% introduint la fosa sense costures. A més de reduir el temps d'inactivitat en canviar de model, tota la línia de modelat i fosa només requereix dues persones en lloc de les tres anteriors. En alguns torns, tres persones poden operar dues línies de producció completes. La supervisió és gairebé tot el que fan aquests treballadors: a part de seleccionar el següent model, gestionar les mescles de sorra i transportar la fosa, tenen poques tasques manuals. Un altre avantatge és la reducció de la necessitat d'empleats experimentats, que són difícils de trobar. Tot i que l'automatització requereix una certa formació d'operadors, proporciona a les persones la informació crítica del procés que necessiten per prendre bones decisions. En el futur, les màquines podran prendre totes les decisions. Dividends de dades de la fosa sense costures Quan intenten millorar un procés, les foneries sovint diuen: "Fem el mateix de la mateixa manera, però amb resultats diferents". Així que fonen a la mateixa temperatura i nivell durant 10 segons, però algunes foses són bones i d'altres són dolentes. En afegir sensors automatitzats, recopilar dades amb marca de temps sobre cada paràmetre del procés i supervisar els resultats, un sistema integrat de fosa sense costures crea una cadena de dades de procés relacionades, cosa que facilita la identificació de les causes arrel quan la qualitat comença a deteriorar-se. Per exemple, si es produeixen inclusions inesperades en un lot de discs de fre, els gestors poden comprovar ràpidament que els paràmetres estiguin dins dels límits acceptables. Com que els controladors de la màquina de modelar, la planta de fosa i altres funcions com ara forns i mescladors de sorra treballen conjuntament, les dades que generen es poden analitzar per identificar relacions al llarg del procés, des de les propietats de la sorra fins a la qualitat final de la superfície de la fosa. Un possible exemple és com el nivell de vessament i la temperatura afecten l'ompliment del motlle per a cada model individual. La base de dades resultant també estableix les bases per a l'ús futur de tècniques d'anàlisi automatitzades com l'aprenentatge automàtic i la intel·ligència artificial (IA) per optimitzar els processos. Ortrander recopila dades del procés en temps real a través d'interfícies de màquina, mesures de sensors i mostres de prova. Per a cada fosa de motlle, es recopilen uns mil paràmetres. Anteriorment, només registrava el temps necessari per a cada vessament, però ara sap exactament quin és el nivell del broquet de vessament cada segon, cosa que permet al personal experimentat examinar com aquest paràmetre afecta altres indicadors, així com la qualitat final de la fosa. Es drena el líquid del broquet de vessament mentre s'omple el motlle o el broquet de vessament s'omple fins a un nivell gairebé constant durant l'ompliment? Ortrander produeix de tres a cinc milions de motlles a l'any i ha recopilat una gran quantitat de dades. Ortrander també emmagatzema múltiples imatges de cada abocament a la base de dades pourTECH en cas de problemes de qualitat. Trobar una manera de classificar automàticament aquestes imatges és un objectiu futur. Conclusió. El conformat i el abocament automatitzats simultanis donen lloc a processos més ràpids, una qualitat més consistent i menys residus. Amb una colada suau i un canvi automàtic de patrons, la línia de producció funciona de manera eficaç i autònoma, requerint només un esforç manual mínim. Com que l'operador té un paper de supervisió, es necessita menys personal. La colada sense fissures s'utilitza ara en molts llocs del món i es pot aplicar a totes les foneries modernes. Cada foneria requerirà una solució lleugerament diferent adaptada a les seves necessitats, però la tecnologia per implementar-la està ben provada, actualment disponible a DISA i el seu soci pour-tech AB, i no requereix gaire treball. Es pot dur a terme treball a mida. L'ús creixent de la intel·ligència artificial i l'automatització intel·ligent a les foneries encara es troba en fase de proves, però a mesura que les foneries i els fabricants d'equips originals recopilin més dades i experiència addicional durant els propers dos o tres anys, la transició cap a l'automatització s'accelerarà significativament. Aquesta solució actualment és opcional, però, com que la intel·ligència de dades és la millor manera d'optimitzar processos i millorar la rendibilitat, una major automatització i recopilació de dades s'està convertint en una pràctica estàndard en lloc d'un projecte experimental. En el passat, els actius més importants d'una foneria eren el seu model i l'experiència dels seus empleats. Ara que la fosa sense fissures es combina amb una major automatització i sistemes de la Indústria 4.0, les dades s'estan convertint ràpidament en el tercer pilar de l'èxit de la foneria.
—Agraïm sincerament a pour-tech i Ortrander Eisenhütte els seus comentaris durant la preparació d'aquest article.
Sí, vull rebre el butlletí quinzenal de Foundry-Planet amb totes les darreres notícies, proves i informes sobre productes i materials. A més de butlletins especials, tots amb cancel·lació gratuïta en qualsevol moment.
Data de publicació: 05-10-2023