automatisk støping

Støperier tar i økende grad i bruk datadrevet prosessautomatisering for å oppnå langsiktige mål om høyere kvalitet, mindre avfall, maksimal oppetid og minimale kostnader. Fullt integrert digital synkronisering av støpe- og støpeprosesser (sømløs støping) er spesielt verdifull for støperier som står overfor utfordringene med just-in-time-produksjon, reduserte syklustider og hyppigere modellendringer. Med automatiserte støpe- og støpesystemer som sømløst kobles sammen, blir støpeprosessen raskere og deler av høyere kvalitet produseres mer konsistent. Den automatiserte støpeprosessen inkluderer overvåking av støpetemperaturen, samt mating av inokuleringsmateriale og kontroll av hver form. Dette forbedrer kvaliteten på hver støpeform og reduserer skrapraten. Denne omfattende automatiseringen reduserer også behovet for operatører med mange års spesialisert erfaring. Driften blir også tryggere fordi færre arbeidere er involvert totalt sett. Denne visjonen er ikke en fremtidsvisjon; dette skjer nå. Verktøy som støperiautomatisering og robotikk, datainnsamling og analyse har utviklet seg over flere tiår, men fremgangen har akselerert i det siste med utviklingen av rimelig høyytelsesdatabehandling og avanserte Industri 4.0-nettverkssensorer og kompatible kontrollsystemer. Løsninger og partnere gjør det nå mulig for støperier å lage en robust og intelligent infrastruktur for å støtte mer ambisiøse prosjekter, ved å samle flere tidligere uavhengige delprosesser for å koordinere innsatsen. Lagring og analyse av prosessdata samlet inn av disse automatiserte, integrerte systemene åpner også døren for en positiv sirkel av datadrevet kontinuerlig forbedring. Støperier kan samle inn og analysere prosessparametere ved å undersøke historiske data for å finne korrelasjoner mellom dem og prosessresultater. Den automatiserte prosessen gir deretter et transparent miljø der eventuelle forbedringer identifisert av analysen kan testes grundig og raskt, valideres og, der det er mulig, implementeres.
Sømløse støpeutfordringer På grunn av trenden mot just-in-time-produksjon, må kunder som bruker DISAMATIC®-støpelinjer ofte bytte modeller ofte mellom små partier. Ved å bruke utstyr som en automatisk pulverveksler (APC) eller en hurtig pulverveksler (QPC) fra DISA, kan maler endres på så lite som ett minutt. Når mønsterendringer skjer med høy hastighet, har flaskehalsen i prosessen en tendens til å flytte seg mot støping – tiden som kreves for å manuelt flytte trakten til støping etter et mønsterskifte. Sømløs støping er den beste måten å forbedre dette trinnet i støpeprosessen på. Selv om støping ofte allerede er delvis automatisert, krever full automatisering sømløs integrering av kontrollsystemene til støpelinjen og fylleutstyret, slik at de fungerer helt synkront i alle mulige driftssituasjoner. For å oppnå dette pålitelig, må støpeenheten vite nøyaktig hvor det er trygt å støpe den neste formen, og om nødvendig justere posisjonen til fylleenheten. Å oppnå effektiv automatisk fylling i en stabil produksjonsprosess av den samme formen er ikke så vanskelig. Hver gang en ny form lages, beveger formsøylen seg samme avstand (formtykkelse). På denne måten kan fylleenheten forbli i samme posisjon, klar til å fylle den neste tomme formen etter at produksjonslinjen har stoppet. Bare mindre justeringer av støpeposisjonen er nødvendig for å kompensere for endringer i formtykkelse forårsaket av endringer i sandens kompressibilitet. Behovet for disse finjusteringene har nylig blitt ytterligere redusert takket være nye støpelinjefunksjoner som gjør at støpeposisjonene forblir mer konsistente under jevn produksjon. Etter at hver støping er fullført, beveger støpelinjen seg ett slag igjen, og plasserer den neste tomme formen på plass for å starte neste støping. Mens dette skjer, kan fylleenheten fylles på nytt. Når modellen endres, kan tykkelsen på formen endres, noe som krever kompleks automatisering. I motsetning til den horisontale sandkasseprosessen, der høyden på sandkassen er fast, kan den vertikale DISAMATIC®-prosessen justere tykkelsen på formen til den nøyaktige tykkelsen som trengs for hvert sett med modeller for å opprettholde et konstant forhold mellom sand og jern og ta hensyn til høyden på modellen. Dette er en stor fordel for å sikre optimal støpekvalitet og ressursutnyttelse, men varierende formtykkelser gjør automatisk støpekontroll mer utfordrende. Etter et modellbytte begynner DISAMATIC®-maskinen å produsere neste parti med former med samme tykkelse, men fyllemaskinen på linjen fyller fortsatt formene fra den forrige modellen, som kan ha en annen formtykkelse. For å motvirke dette må støpelinjen og fylleanlegget fungere sømløst som ett synkronisert system, produsere former med én tykkelse og trygt støpe en annen. Sømløs støping etter mønsterbytte. Etter mønsterbytte forblir tykkelsen på den gjenværende formen mellom støpemaskinene den samme. Støpeenheten laget av den forrige modellen forblir den samme, men siden den nye formen som kommer ut av støpemaskinen kan være tykkere eller tynnere, kan hele strengen bevege seg fremover i forskjellige avstander i hver syklus – til tykkelsen på den nye formen. Dette betyr at med hvert slag på støpemaskinen må det sømløse støpesystemet justere støpeposisjonen som forberedelse til neste støpeform. Etter at forrige parti med former er støpt, blir tykkelsen på formen konstant igjen, og stabil produksjon gjenopptas. Hvis for eksempel den nye formen er 150 mm tykk i stedet for den 200 mm tykke formen som fortsatt ble støpt tidligere, må støpeanordningen bevege seg 50 mm tilbake mot støpemaskinen med hvert slag fra støpemaskinen for å være i riktig støpeposisjon. For at et støpeanlegg skal kunne forberede seg på støping når formsøylen slutter å bevege seg, må fylleanleggets kontrollere vite nøyaktig hvilken form den skal støpes i, og når og hvor den vil ankomme støpeområdet. Ved å bruke en ny modell som produserer tykke former samtidig som den støper tynne former, bør systemet kunne støpe to former i én syklus. Når man for eksempel lager en form med diameter på 400 mm og støper en form med diameter på 200 mm, må støpeanordningen være 200 mm unna støpemaskinen for hver form som lages. På et tidspunkt vil 400 mm-slaget skyve to ufylte former med diameter på 200 mm ut av det mulige støpeområdet. I dette tilfellet må støpemaskinen vente til fylleanordningen er ferdig med å støpe de to formene på 200 mm før den går videre til neste slag. Eller, når man lager tynne former, må helleren kunne hoppe over hellingen helt i syklusen mens den fortsatt heller i tykke former. For eksempel, når man lager en form med 200 mm diameter og heller i en form med 400 mm diameter, betyr det at man må lage to former med 200 mm diameter når man plasserer en ny form med 400 mm diameter i helleområdet. Sporing, beregninger og datautveksling som kreves for at et integrert støpe- og hellesystem skal kunne gi problemfri automatisert helling, som beskrevet ovenfor, har tidligere vært utfordringer for mange utstyrsleverandører. Men takket være moderne maskiner, digitale systemer og beste praksis kan (og har blitt) sømløs helling oppnås raskt med minimal oppsett. Hovedkravet er en form for "regnskapsføring" av prosessen, som gir informasjon om plasseringen av hver form i sanntid. DISAs Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module)-system oppnår dette målet ved å registrere hver form som lages og spore bevegelsen gjennom produksjonslinjen. Som en prosesstimer genererer den en serie tidsstemplede datastrømmer som beregner posisjonen til hver form og dens dyse på produksjonslinjen hvert sekund. Om nødvendig utveksler det data i sanntid med fylleanleggets kontrollsystem og andre systemer for å oppnå presis synkronisering. DISA-systemet henter ut viktige data for hver form fra CIM-databasen, for eksempel formtykkelse og hvor mye som kan/kan ikke helles, og sender det til fylleanleggets kontrollsystem. Ved å bruke disse nøyaktige dataene (generert etter at formen er ekstrudert), kan helleren flytte helleenheten til riktig posisjon før formen ankommer, og deretter begynne å åpne stopperstangen mens formen fortsatt beveger seg. Formen ankommer i tide til å motta jernet fra helleanlegget. Denne ideelle timingen er avgjørende, dvs. at smelten når hellekoppen nøyaktig. Helletid er en vanlig produktivitetsflaskehals, og ved å time starten av hellingen perfekt, kan syklustidene reduseres med flere tideler av et sekund. DISA-støpesystemet overfører også relevante data fra støpemaskinen, for eksempel gjeldende formstørrelse og injeksjonstrykk, samt bredere prosessdata som sandkompressibilitet, til Monitizer®|CIM. Monitizer®|CIM mottar og lagrer igjen kvalitetskritiske parametere for hver støpeform fra fylleanlegget, for eksempel helletemperatur, helletid og hvor vellykket helle- og inokuleringsprosessene var. Dette gjør at individuelle former kan merkes som dårlige og separeres før de blandes i ristesystemet. I tillegg til å automatisere støpemaskiner, støpelinjer og støping, tilbyr Monitizer®|CIM et Industri 4.0-kompatibelt rammeverk for anskaffelse, lagring, rapportering og analyse. Støperieledelsen kan se detaljerte rapporter og gå dypere inn i data for å spore kvalitetsproblemer og drive potensielle forbedringer. Ortranders sømløse støpeerfaring Ortrander Eisenhütte er et familieeid støperi i Tyskland som spesialiserer seg på produksjon av støpegods av høy kvalitet i mellomstore volum for bilkomponenter, kraftige vedovner og infrastruktur, og generelle maskindeler. Støperiet produserer gråjern, duktilt jern og komprimert grafittjern og produserer omtrent 27 000 tonn støpegods av høy kvalitet per år, med to skift fem dager i uken. Ortrander driver fire 6-tonns induksjonssmelteovner og tre DISA-støpelinjer, og produserer omtrent 100 tonn støpegods per dag. Dette inkluderer korte produksjonsserier på én time, noen ganger mindre for viktige kunder, slik at malen må endres ofte. For å optimalisere kvalitet og effektivitet har administrerende direktør Bernd H. Williams-Book investert betydelige ressurser i implementering av automatisering og analyse. Det første trinnet var å automatisere jernsmelte- og doseringsprosessen, og oppgradere tre eksisterende støpeovner ved hjelp av det nyeste pourTECH-systemet, som inkluderer 3D-laserteknologi, inkubasjon og temperaturkontroll. Ovner, støpe- og støpelinjer er nå digitalt kontrollert og synkronisert, og fungerer nesten helt automatisk. Når støpemaskinen endrer modell, spør pourTECH-støpekontrolleren DISA Monitizer®|CIM-systemet om de nye formdimensjonene. Basert på DISA-dataene beregner støpekontrolleren hvor støpenoden skal plasseres for hver støping. Den vet nøyaktig når den første nye formen ankommer fylleanlegget og bytter automatisk til den nye støpesekvensen. Hvis jiggen når slutten av slaget sitt når som helst, stopper DISAMATIC®-maskinen, og jiggen returnerer automatisk. Når den første nye formen fjernes fra maskinen, varsles operatøren slik at han visuelt kan kontrollere at den er i riktig posisjon. Fordelene med sømløs støping Tradisjonelle håndstøpeprosesser eller mindre komplekse automatiserte systemer kan føre til tapt produksjonstid under modellskifter, noe som er uunngåelig selv med raske formskift på en støpemaskin. Manuell tilbakestilling av helle- og helleformene er tregere, krever flere operatører og er utsatt for feil som bluss. Ortrander fant ut at når de tappet for hånd, ble de ansatte til slutt slitne, mistet konsentrasjonen og gjorde feil, som å slappe av. Sømløs integrering av støping og helling muliggjør raskere, mer konsistente og høyere kvalitetsprosesser, samtidig som det reduserer svinn og nedetid. Med Ortrander eliminerer automatisk fylling de tre minuttene som tidligere krevdes for å justere posisjonen til fylleenheten under modellskifter. Hele konverteringsprosessen pleide å ta 4,5 minutter, sa Williams-Book. Mindre enn to minutter i dag. Ved å bytte mellom 8 og 12 modeller per skift bruker Ortrander-ansatte nå omtrent 30 minutter per skift, halvparten så mye som før. Kvaliteten forbedres gjennom større konsistens og evnen til kontinuerlig å optimalisere prosesser. Ortrander reduserte avfall med omtrent 20 % ved å introdusere sømløs støping. I tillegg til å redusere nedetid ved modellbytte, krever hele støpe- og hellelinjen bare to personer i stedet for de tre som var før. På noen skift kan tre personer betjene to komplette produksjonslinjer. Overvåking er nesten alt disse arbeiderne gjør: annet enn å velge neste modell, håndtere sandblandinger og transportere smelten, har de få manuelle oppgaver. En annen fordel er det reduserte behovet for erfarne ansatte, som er vanskelige å finne. Selv om automatisering krever noe operatøropplæring, gir det folk den kritiske prosessinformasjonen de trenger for å ta gode beslutninger. I fremtiden kan maskiner ta alle beslutninger. Datautbytte fra sømløs støping Når man prøver å forbedre en prosess, sier støperier ofte: «Vi gjør det samme på samme måte, men med forskjellige resultater.» Så de støper ved samme temperatur og nivå i 10 sekunder, men noen støpegods er bra og noen er dårlige. Ved å legge til automatiserte sensorer, samle inn tidsstemplede data på hver prosessparameter og overvåke resultatene, skaper et integrert sømløst støpesystem en kjede av relaterte prosessdata, noe som gjør det enklere å identifisere underliggende årsaker når kvaliteten begynner å svekkes. Hvis det for eksempel oppstår uventede inneslutninger i en batch med bremseskiver, kan ledere raskt sjekke at parameterne er innenfor akseptable grenser. Fordi kontrollere for støpemaskinen, støpeanlegget og andre funksjoner som ovner og sandblandere samarbeider, kan dataene de genererer analyseres for å identifisere sammenhenger gjennom hele prosessen, fra sandegenskaper til den endelige overflatekvaliteten på støpegodset. Et mulig eksempel er hvordan støpenivå og temperatur påvirker formfyllingen for hver enkelt modell. Den resulterende databasen legger også grunnlaget for fremtidig bruk av automatiserte analyseteknikker som maskinlæring og kunstig intelligens (AI) for å optimalisere prosesser. Ortrander samler inn prosessdata i sanntid gjennom maskingrensesnitt, sensormålinger og testprøver. For hver støpeform samles det inn omtrent tusen parametere. Tidligere registrerte den bare tiden som kreves for hver støping, men nå vet den nøyaktig hva nivået på støpedysen er hvert sekund, slik at erfarent personell kan undersøke hvordan denne parameteren påvirker andre indikatorer, samt den endelige kvaliteten på støpegodset. Dreneres væsken fra støpedysen mens formen fylles, eller fylles støpedysen til et nesten konstant nivå under fylling? Ortrander produserer tre til fem millioner former i året og har samlet inn en enorm mengde data. Ortrander lagrer også flere bilder av hver støpeform i pourTECH-databasen i tilfelle kvalitetsproblemer. Å finne en måte å automatisk vurdere disse bildene på er et fremtidig mål. Konklusjon. Samtidig automatisert forming og støping resulterer i raskere prosesser, mer konsistent kvalitet og mindre avfall. Med jevn støping og automatisk mønsterendring opererer produksjonslinjen effektivt autonomt og krever bare minimal manuell innsats. Siden operatøren spiller en tilsynsrolle, kreves det færre personell. Sømløs støping brukes nå mange steder rundt om i verden og kan brukes på alle moderne støperier. Hvert støperi vil kreve en litt annen løsning skreddersydd til sine behov, men teknologien for å implementere den er godt utprøvd, for tiden tilgjengelig fra DISA og partneren pour-tech AB, og krever ikke mye arbeid. Tilpasset arbeid kan utføres. Den økte bruken av kunstig intelligens og intelligent automatisering i støperier er fortsatt i testfasen, men etter hvert som støperier og OEM-er samler mer data og ytterligere erfaring i løpet av de neste to til tre årene, vil overgangen til automatisering akselerere betydelig. Denne løsningen er for øyeblikket valgfri, men ettersom dataintelligens er den beste måten å optimalisere prosesser og forbedre lønnsomheten på, er økt automatisering og datainnsamling i ferd med å bli standard praksis snarere enn et eksperimentelt prosjekt. Tidligere var et støperis største aktiva modellen og de ansattes erfaring. Nå som sømløs støping kombineres med økt automatisering og Industri 4.0-systemer, er data raskt i ferd med å bli den tredje pilaren i støperis suksess.
—Vi takker pour-tech og Ortrander Eisenhütte oppriktig for kommentarene deres under utarbeidelsen av denne artikkelen.
Ja, jeg vil gjerne motta Foundry-Planets nyhetsbrev annenhver uke med alle de siste nyhetene, testene og rapportene om produkter og materialer. I tillegg til spesielle nyhetsbrev – alt med gratis avbestilling når som helst.