Las fundiciones están adoptando cada vez más la automatización de procesos basada en datos para lograr objetivos a largo plazo de mayor calidad, menos residuos, tiempo de actividad máximo y costos mínimos. La sincronización digital totalmente integrada de los procesos de vertido y moldeo (fundición perfecta) es especialmente valiosa para las fundiciones que enfrentan los desafíos de la producción justo a tiempo, los tiempos de ciclo reducidos y los cambios de modelos más frecuentes. Con sistemas automatizados de moldeo y fundición que se unen sin problemas, el proceso de fundición se vuelve más rápido y las piezas de mayor calidad se producen de manera más consistente. El proceso de vertido automatizado incluye monitorear la temperatura de vertido, así como el material de inoculación de alimentación y verificar cada molde. Esto mejora la calidad de cada fundición y reduce la tasa de chatarra. Esta automatización integral también reduce la necesidad de operadores con años de experiencia especializada. Las operaciones también se vuelven más seguras porque menos trabajadores están involucrados en general. Esta visión no es una visión del futuro; Esto está sucediendo ahora. Herramientas como Foundry Automation and Robotics, la recopilación y el análisis de datos han evolucionado durante décadas, pero el progreso se ha acelerado recientemente con el desarrollo de computación de alto rendimiento asequible y sensores de redes y sistemas de control compatibles con la industria de la industria de alto rendimiento. Las soluciones y socios ahora permiten a las fundiciones crear una infraestructura robusta e inteligente para apoyar proyectos más ambiciosos, reuniendo múltiples subprocesos previamente independientes para coordinar sus esfuerzos. Almacenar y analizar datos de proceso recopilados por estos sistemas integrados automatizados también abre la puerta a un ciclo virtuoso de mejora continua basada en datos. Las fundiciones pueden recopilar y analizar los parámetros del proceso examinando los datos históricos para encontrar correlaciones entre ellos y los resultados del proceso. El proceso automatizado luego proporciona un entorno transparente en el que cualquier mejoras identificadas por el análisis puede probarse, validar y validarse rápidamente y, cuando sea posible, implementarse.
Desafíos de moldeo sin problemas Debido a la tendencia hacia la producción justo a tiempo, los clientes que usan líneas de moldeo Disamatic® a menudo tienen que cambiar los modelos con frecuencia entre lotes pequeños. Usando equipos como un cambiador de polvo automático (APC) o un cambiador de polvo rápido (QPC) de DISA, las plantillas se pueden cambiar en tan solo un minuto. A medida que ocurren cambios en el patrón de alta velocidad, el cuello de botella en el proceso tiende a cambiar hacia el vertido, el tiempo requerido para mover manualmente la placina para verter después de un cambio de patrón. El casting sin costuras es la mejor manera de mejorar este paso del proceso de lanzamiento. Aunque la fundición a menudo ya está parcialmente automatizada, la automatización completa requiere una integración perfecta de los sistemas de control de la línea de moldeo y el equipo de llenado para que funcionen completamente sincrónicamente en todas las situaciones operativas posibles. Para lograr esto de manera confiable, la unidad de vertido debe saber exactamente dónde es seguro verter el siguiente molde y, si es necesario, ajustar la posición de la unidad de llenado. Lograr un relleno automático eficiente en un proceso de producción estable del mismo molde no es tan difícil. Cada vez que se hace un nuevo molde, la columna del molde mueve la misma distancia (espesor del molde). De esta manera, la unidad de llenado puede permanecer en la misma posición, lista para llenar el siguiente molde vacío después de que se detenga la línea de producción. Solo se requieren ajustes menores a la posición de vertido para compensar los cambios en el grosor del moho causados por los cambios en la compresibilidad de la arena. La necesidad de estos ajustes finos se ha reducido recientemente gracias a las nuevas características de la línea de moldeo que permiten que las posiciones de vertido permanezcan más consistentes durante la producción consistente. Una vez que se completa cada vertido, la línea de moldeo vuelve a mover una carrera, colocando el siguiente molde vacío en su lugar para comenzar el siguiente vertido. Mientras esto está sucediendo, el dispositivo de llenado se puede rellenar. Al cambiar el modelo, el grosor del molde puede cambiar, lo que requiere una automatización compleja. A diferencia del proceso horizontal de sandbox, donde se fija la altura de la caja de arena, el proceso vertical Disamatic® puede ajustar el grosor del molde al grosor exacto necesario para cada conjunto de modelos para mantener una relación de arena a hierro constante y tener en cuenta la altura del modelo. Este es un beneficio importante para garantizar la calidad óptima de la fundición y la utilización de recursos, pero los espesores de moho variables hacen que el control de fundición automático sea más desafiante. Después de un cambio de modelo, la máquina Disamatic® comienza a producir el siguiente lote de moldes del mismo grosor, pero la máquina de llenado en la línea aún llena los moldes del modelo anterior, que puede tener un grosor de molde diferente. Para combatir esto, la línea de moldeo y la planta de llenado deben funcionar sin problemas como un sistema sincronizado, produciendo moldes de un grosor y vertiendo de forma segura. Vertido sin costuras después del cambio de patrón. Después del cambio de patrón, el grosor del molde restante entre las máquinas de moldeo sigue siendo el mismo. La unidad de vertido hecha del modelo anterior sigue siendo la misma, pero dado que el nuevo molde que sale de la máquina de moldeo puede ser más gruesa o más delgada, toda la cuerda puede avanzar a diferentes distancias en cada ciclo, al grosor de la nueva forma. Esto significa que con cada carrera de la máquina de moldeo, el sistema de fundición sin costura debe ajustar la posición de fundición en preparación para el siguiente fundido. Después de verter el lote anterior de moldes, el grosor del molde se vuelve constante nuevamente y se reanuda la producción estable. Por ejemplo, si el nuevo molde tiene un grosor de 150 mm en lugar del molde de 200 mm de espesor que aún se vertía anteriormente, el dispositivo de vertido debe moverse 50 mm hacia la máquina de moldeo con cada carrera de la máquina de moldeo para estar en la posición correcta de vertido. . Para que una planta de vertido se prepare para verter cuando la columna del molde deje de moverse, el controlador de la planta de llenado debe saber exactamente en qué molde se verá y cuándo y dónde llegará al área de vertido. Usando un nuevo modelo que produce moldes gruesos mientras se funden moldes delgados, el sistema debería poder lanzar dos moldes en un ciclo. Por ejemplo, al hacer un molde de 400 mm de diámetro y verter un molde de 200 mm de diámetro, el dispositivo de vertido debe estar a 200 mm de la máquina de moldeo para cada molde hecho. En algún momento, la carrera de 400 mm empujará dos moldes de 200 mm de diámetro sin llenar del posible área de vertido. En este caso, la máquina de moldeo debe esperar hasta que el dispositivo de llenado haya terminado de verter los dos moldes de 200 mm antes de pasar al siguiente golpe. O, al hacer moldes delgados, el vertedor debe poder omitir el vertido completamente en el ciclo mientras aún vierte moldes gruesos. Por ejemplo, al hacer un molde de 200 mm de diámetro y verter un molde de 400 mm de diámetro, colocar un nuevo molde de 400 mm de diámetro en el área de vertido significa que se deben hacer dos moldes de 200 mm de diámetro. El seguimiento, los cálculos y el intercambio de datos requeridos para un sistema integrado de moldeo y vertido para proporcionar un vertido automatizado sin problemas, como se describió anteriormente, han presentado desafíos para muchos proveedores de equipos en el pasado. Pero gracias a las máquinas modernas, los sistemas digitales y las mejores prácticas, el vertido sin costuras puede (y se ha logrado) rápidamente con una configuración mínima. El requisito principal es alguna forma de "contabilidad" del proceso, proporcionando información sobre la ubicación de cada formulario en tiempo real. El sistema Monitizer® | CIM (módulo integrado de la computadora) logra este objetivo registrando cada molde hecho y rastreando su movimiento a través de la línea de producción. Como temporizador de proceso, genera una serie de flujos de datos estampados en el tiempo que calculan la posición de cada molde y su boquilla en la línea de producción cada segundo. Si es necesario, intercambia datos en tiempo real con el sistema de control de la planta de llenado y otros sistemas para lograr una sincronización precisa. El sistema DISA extrae datos importantes para cada molde de la base de datos CIM, como el grosor del moho y la lata/no se puede verter, y lo envía al sistema de control de la planta de llenado. Usando estos datos precisos (generados después de que se extruye el molde), el vertido puede mover el conjunto de vertido a la posición correcta antes de que llegue el molde, y luego comenzar a abrir la varilla del tapón mientras el molde aún se mueve. El molde llega a tiempo para recibir el hierro de la planta de vertido. Este tiempo ideal es crucial, es decir, el fusión alcanza la copa de vertido con precisión. El tiempo de vertido es un cuello de botella de productividad común, y al cronometrar perfectamente el inicio del vertido, los tiempos de ciclo pueden reducirse en varias décimas de segundo. El sistema de moldeo DISA también transfiere datos relevantes de la máquina de moldeo, como el tamaño de molde actual y la presión de inyección, así como datos de proceso más amplios como la compresibilidad de arena, al Monitizer® | CIM. A su vez, Monitizer® | CIM recibe y almacena parámetros críticos de calidad para cada molde de la planta de llenado, como la temperatura de vertido, el tiempo de vertido y el éxito de los procesos de inoculación e inoculación. Esto permite que las formas individuales se marcen como malas y separadas antes de mezclar en el sistema de agitación. Además de automatizar máquinas de moldeo, líneas de moldeo y fundición, Monitizer® | CIM proporciona un marco que cumple con la industria 4.0 para la adquisición, el almacenamiento, los informes y el análisis. Foundry Management puede ver informes detallados y profundizar en datos para rastrear problemas de calidad e impulsar potenciales mejoras. La experiencia de fundición perfecta de Ortrander, Ortrander Eisenhütte, es una fundición familiar en Alemania que se especializa en la producción de fundiciones de hierro de alta calidad y de alta calidad para componentes automotrices, estufas de madera de servicio pesado e infraestructura, y piezas de maquinaria general. La fundición produce hierro gris, hierro dúctil y hierro de grafito compactado y produce aproximadamente 27,000 toneladas de fundiciones de alta calidad por año, operando dos turnos cinco días a la semana. Ortrander opera cuatro hornos de fusión de inducción de 6 toneladas y tres líneas de moldeo Disa, produciendo aproximadamente 100 toneladas de piezas fundidas por día. Esto incluye una producción corta de una hora, a veces menos para clientes importantes, por lo que la plantilla debe cambiarse con frecuencia. Para optimizar la calidad y la eficiencia, el CEO Bernd H. Williams-Book ha invertido recursos significativos en la implementación de automatización y análisis. El primer paso fue automatizar el proceso de fusión y dosificación de hierro, actualizando tres hornos de fundición existentes utilizando el último sistema PourTech, que incluye tecnología láser 3D, incubación y control de temperatura. Los hornos, el moldeo y las líneas de fundición ahora se controlan digitalmente y se sincronizan, funcionan casi completamente automáticamente. Cuando la máquina de moldeo cambia el modelo, el controlador PourTech Pourp consulta el sistema Disa Monitizer® | CIM para las nuevas dimensiones del molde. Según los datos de Disa, el controlador de vertido calcula dónde colocar el nodo de vertido para cada vertido. Sabe exactamente cuándo llega el primer molde nuevo a la planta de relleno y cambia automáticamente a la nueva secuencia de vertido. Si la plantilla alcanza el final de su carrera en cualquier momento, la máquina Disamatic® se detiene y la plantilla regresa automáticamente. Cuando se retira el primer molde nuevo de la máquina, el operador se alerta para que pueda verificar visualmente que esté en la posición correcta. Los beneficios de la fundición perfecta de procesos de fundición de manos tradicionales o sistemas automatizados menos complejos pueden dar lugar a un tiempo de producción perdido durante los cambios en el modelo, lo cual es inevitable incluso con cambios rápidos de molde en una máquina de moldeo. Restablecer manualmente el vertedor y verter moldes es más lento, requiere más operadores y es propenso a errores como la bengala. Ortrander descubrió que cuando se embotellaba a mano, sus empleados finalmente se cansaron, perdieron la concentración y cometieron errores, como aflojar. La integración perfecta del moldeo y el vertido permite procesos más rápidos, más consistentes y de mayor calidad al tiempo que reduce los desechos y el tiempo de inactividad. Con Ortrander, el llenado automático elimina los tres minutos anteriores requeridos para ajustar la posición de la unidad de llenado durante los cambios en el modelo. Todo el proceso de conversión solía tomar 4.5 minutos, dijo el Sr. Williams-Book. Menos de dos minutos hoy. Al cambiar entre 8 y 12 modelos por turno, los empleados de Ortrander ahora pasan unos 30 minutos por turno, la mitad de antes. La calidad se mejora a través de una mayor consistencia y la capacidad de optimizar continuamente los procesos. Ortrander redujo los desechos en aproximadamente un 20% al introducir un casting sin costuras. Además de reducir el tiempo de inactividad al cambiar los modelos, toda la línea de moldeo y vertido requiere solo dos personas en lugar de las tres anteriores. En algunos turnos, tres personas pueden operar dos líneas de producción completas. El monitoreo es casi todos estos trabajadores: aparte de seleccionar el siguiente modelo, administrar mezclas de arena y transportar el fusión, tienen pocas tareas manuales. Otro beneficio es la reducción de la necesidad de empleados experimentados, que son difíciles de encontrar. Aunque la automatización requiere alguna capacitación en operadores, proporciona a las personas la información crítica del proceso que necesitan para tomar buenas decisiones. En el futuro, las máquinas pueden tomar todas las decisiones. Los dividendos de datos de la fundición perfecta al tratar de mejorar un proceso, las fundiciones a menudo dicen: "Hacemos lo mismo de la misma manera, pero con resultados diferentes". Así que lanzaron a la misma temperatura y nivel durante 10 segundos, pero algunas piezas fundidas son buenas y otras son malas. Al agregar sensores automatizados, recopilar datos estampados en el tiempo en cada parámetro de proceso y monitorear los resultados, un sistema de fundición integrado sin costuras crea una cadena de datos de proceso relacionados, lo que facilita la identificación de causas raíz cuando la calidad comienza a deteriorarse. Por ejemplo, si se producen inclusiones inesperadas en un lote de discos de freno, los gerentes pueden verificar rápidamente que los parámetros están dentro de los límites aceptables. Debido a que los controladores para la máquina de moldeo, la planta de fundición y otras funciones, como hornos y mezcladores de arena, funcionan en concierto, los datos que generan se pueden analizar para identificar relaciones durante todo el proceso, desde las propiedades de arena hasta la calidad final de la superficie del fundición. Un posible ejemplo es cómo el nivel de vertido y la temperatura afectan el llenado de moho para cada modelo individual. La base de datos resultante también establece las bases para el uso futuro de técnicas de análisis automatizadas, como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA) para optimizar los procesos. Ortrander recopila datos de proceso en tiempo real a través de interfaces de máquinas, mediciones de sensores y muestras de prueba. Para cada fundición de moho, se recogen unos mil parámetros. Anteriormente, solo registraba el tiempo requerido para cada vertido, pero ahora sabe exactamente cuál es el nivel de la boquilla de vertido cada segundo, lo que permite al personal experimentado examinar cómo este parámetro afecta a otros indicadores, así como a la calidad final del casting. ¿El líquido se drena de la boquilla de vertido mientras se llena el molde, o se llena la boquilla de vertido a un nivel casi constante durante el relleno? Ortrander produce de tres a cinco millones de mohos al año y ha recopilado una gran cantidad de datos. Ortrander también almacena múltiples imágenes de cada vertido en la base de datos PourTech en caso de problemas de calidad. Encontrar una manera de calificar automáticamente estas imágenes es un objetivo futuro. Conclusión. La formación y vertido automatizado simultáneo da como resultado procesos más rápidos, una calidad más consistente y menos desechos. Con una fundición suave y un cambio automático de patrones, la línea de producción funciona de manera efectiva de forma autónoma, lo que requiere solo un esfuerzo manual mínimo. Dado que el operador desempeña un papel de supervisión, se requiere menos personal. La fundición perfecta ahora se usa en muchos lugares del mundo y se puede aplicar a todas las fundiciones modernas. Cada fundición requerirá una solución ligeramente diferente adaptada a sus necesidades, pero la tecnología para implementarla está bien probada, actualmente disponible en Disa y su socio Pour-Tech AB, y no requiere mucho trabajo. Se puede realizar un trabajo personalizado. El mayor uso de la inteligencia artificial y la automatización inteligente en las fundiciones aún se encuentra en la fase de prueba, pero a medida que las fundiciones y los OEM recopilan más datos y experiencia adicional en los próximos dos o tres años, la transición a la automatización se acelerará significativamente. Esta solución es actualmente opcional, sin embargo, ya que la inteligencia de datos es la mejor manera de optimizar los procesos y mejorar la rentabilidad, una mayor automatización y recopilación de datos se está convirtiendo en práctica estándar en lugar de un proyecto experimental. En el pasado, los mejores activos de una fundición eran su modelo y la experiencia de sus empleados. Ahora que la fundición perfecta se combina con una mayor automatización y sistemas de la industria 4.0, los datos se están convirtiendo rápidamente en el tercer pilar del éxito de Foundry.
—Deiremos sinceramente a Pour-Tech y Ortrander Eisenhütte por sus comentarios durante la preparación de este artículo.
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Tiempo de publicación: Oct-05-2023