Las fundiciones adoptan cada vez más la automatización de procesos basada en datos para lograr objetivos a largo plazo de mayor calidad, menor desperdicio, máximo tiempo de actividad y mínimos costos. La sincronización digital totalmente integrada de los procesos de vertido y moldeo (fundición sin costuras) es especialmente valiosa para las fundiciones que enfrentan los desafíos de la producción justo a tiempo, tiempos de ciclo reducidos y cambios de modelo más frecuentes. Con sistemas automatizados de moldeo y fundición que se integran a la perfección, el proceso de fundición se acelera y se producen piezas de mayor calidad de forma más consistente. El proceso de vertido automatizado incluye la monitorización de la temperatura de vertido, así como la alimentación del material de inoculación y la revisión de cada molde. Esto mejora la calidad de cada pieza fundida y reduce la tasa de desperdicio. Esta automatización integral también reduce la necesidad de operadores con años de experiencia especializada. Las operaciones también se vuelven más seguras gracias a la menor participación de trabajadores en general. Esta visión no es una visión del futuro; es una realidad. Herramientas como la automatización de la fundición, la robótica, 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 en red avanzados de la Industria 4.0, así como sistemas de control compatibles. Las soluciones y los socios permiten ahora a las fundiciones crear una infraestructura robusta e inteligente para respaldar proyectos más ambiciosos, integrando múltiples subprocesos que antes eran independientes para coordinar sus esfuerzos. El almacenamiento y análisis de los datos de proceso recopilados por estos sistemas automatizados e integrados también abre la puerta a un ciclo virtuoso de mejora continua basada en datos. Las fundiciones pueden recopilar y analizar parámetros de proceso examinando datos históricos para encontrar correlaciones entre ellos y los resultados. El proceso automatizado proporciona un entorno transparente donde cualquier mejora identificada por el análisis puede probarse, validarse y, cuando sea posible, implementarse de forma exhaustiva y rápida.
Desafíos del Moldeo Sin Costuras. Debido a la tendencia hacia la producción justo a tiempo, los clientes que utilizan líneas de moldeo DISAMATIC® suelen tener que cambiar de modelo con frecuencia entre lotes pequeños. Con equipos como un Cambiador Automático de Polvo (APC) o un Cambiador Rápido de Polvo (QPC) de DISA, las plantillas se pueden cambiar en tan solo un minuto. A medida que se producen cambios de patrón a alta velocidad, el cuello de botella del proceso tiende a desplazarse hacia el vertido: el tiempo necesario para mover manualmente la artesa para verter después de un cambio de patrón. La fundición sin costuras es la mejor manera de optimizar este paso del proceso de fundición. Si bien la fundición suele estar 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 de forma completamente sincronizada en todas las situaciones operativas posibles. Para lograr esto de forma fiable, 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 llenado automático eficiente en un proceso de producción estable del mismo molde no es tan difícil. Cada vez que se fabrica un nuevo molde, la columna del molde se desplaza 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 tras detenerse la línea de producción. Solo se requieren pequeños ajustes en la posición de vertido para compensar los cambios en el espesor del molde causados por 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 se mantengan más consistentes durante una producción constante. Tras cada vertido, la línea de moldeo realiza un nuevo recorrido, colocando el siguiente molde vacío en su lugar para comenzar el siguiente vertido. Mientras tanto, se puede rellenar el dispositivo de llenado. Al cambiar de modelo, el espesor del molde puede variar, lo que requiere una automatización compleja. A diferencia del proceso de caja de arena horizontal, donde la altura de la caja de arena es fija, el proceso DISAMATIC® vertical puede ajustar el espesor del molde al espesor exacto necesario para cada conjunto de modelos, manteniendo una proporción constante de arena y hierro y teniendo en cuenta la altura del modelo. Esto supone una ventaja importante para garantizar una calidad de fundición óptima y el aprovechamiento de los recursos, pero la variación del espesor del molde dificulta el control automático de la fundición. Tras un cambio de modelo, la máquina DISAMATIC® comienza a producir el siguiente lote de moldes del mismo espesor, pero la máquina llenadora de la línea sigue llenando los moldes del modelo anterior, que pueden tener un espesor diferente. Para evitarlo, la línea de moldeo y la planta de llenado deben funcionar a la perfección como un sistema sincronizado, produciendo moldes de un espesor y vertiendo otro de forma segura. Vertido continuo tras un cambio de patrón. Tras un cambio de patrón, el espesor del molde restante entre las máquinas de moldeo permanece igual. La unidad de vertido fabricada a partir del modelo anterior permanece igual, pero como el nuevo molde que sale de la máquina de moldeo puede ser más grueso o más delgado, toda la cadena puede avanzar a diferentes distancias en cada ciclo, hasta alcanzar el espesor de la nueva forma. Esto significa que, con cada carrera de la máquina de moldeo, el sistema de colada continua debe ajustar la posición de colada para preparar la siguiente colada. Tras el vertido del lote anterior de moldes, el espesor del molde se vuelve constante y se reanuda la producción estable. Por ejemplo, si el nuevo molde tiene 150 mm de espesor en lugar del molde de 200 mm de espesor que todavía se estaba vertiendo 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 de vertido correcta. Para que una planta de vertido se prepare para verter cuando la columna del molde deja de moverse, el controlador de la planta de llenado debe saber exactamente en qué molde se va a verter y cuándo y dónde llegará al área de vertido. Usando un nuevo modelo que produce moldes gruesos mientras se vierten moldes delgados, el sistema debe ser capaz de fundir 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 por cada molde hecho. En algún momento, la carrera de 400 mm empujará dos moldes de 200 mm de diámetro sin llenar fuera 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 a la siguiente carrera. O, al hacer moldes delgados, el vertedor debe poder omitir el vertido por completo en el ciclo mientras sigue vertiendo 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 necesarios para que un sistema integrado de moldeo y vertido proporcione 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 problemas puede (y se ha) logrado rápidamente con una configuración mínima. El requisito principal es algún tipo de "contabilidad" del proceso, proporcionando información sobre la ubicación de cada forma en tiempo real. El sistema Monitizer®|CIM (Módulo Integrado por Computadora) de DISA logra este objetivo registrando cada molde fabricado y rastreando su movimiento a través de la línea de producción. Como cronómetro de proceso, genera una serie de flujos de datos con marca de 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 de cada molde de la base de datos CIM, como el espesor del molde y si se puede/no se puede verter, y los envía al sistema de control de la planta de llenado. Con estos datos precisos (generados después de la extrusión del molde), el vertedor puede mover el conjunto de vertido a la posición correcta antes de que llegue el molde y luego comenzar a abrir la varilla de tope mientras el molde aún está en movimiento. El molde llega a tiempo para recibir el hierro de la planta de vertido. Esta sincronización ideal es crucial para que la masa fundida llegue a la copa de vertido con precisión. El tiempo de vertido es un obstáculo frecuente para la productividad, y al sincronizar perfectamente el inicio del vertido, los tiempos de ciclo se pueden reducir en varias décimas de segundo. El sistema de moldeo DISA también transfiere datos relevantes de la máquina de moldeo, como el tamaño actual del molde y la presión de inyección, así como datos más amplios del proceso, como la compresibilidad de la arena, al Monitizer®|CIM. A su vez, el Monitizer®|CIM recibe y almacena parámetros críticos de calidad para cada molde desde la planta de llenado, como la temperatura y el tiempo de vertido, y el éxito de los procesos de vertido e inoculación. Esto permite marcar las formas individuales como defectuosas y separarlas antes de mezclarlas en el sistema de agitación. Además de automatizar las máquinas de moldeo, las líneas de moldeo y la fundición, el Monitizer®|CIM proporciona un marco compatible con la Industria 4.0 para la adquisición, el almacenamiento, la elaboración de informes y el análisis. La gerencia de la fundición puede consultar informes detallados y analizar los datos en profundidad para detectar problemas de calidad e impulsar posibles mejoras. La experiencia de fundición fluida de Ortrander. Ortrander Eisenhütte es una fundición familiar alemana especializada en la producción de piezas fundidas de hierro de alta calidad y volumen medio para componentes de automoción, estufas de leña de alta resistencia, infraestructura y piezas de maquinaria general. La fundición produce fundición gris, fundición dúctil y hierro de grafito compactado, con una producción anual de aproximadamente 27 000 toneladas de piezas fundidas de alta calidad, operando en dos turnos, cinco días a la semana. Ortrander opera cuatro hornos de fusión por inducción de 6 toneladas y tres líneas de moldeo DISA, con una producción diaria de aproximadamente 100 toneladas de piezas fundidas. Esto incluye series cortas de producción de una hora, a veces incluso menos para clientes importantes, por lo que la plantilla debe cambiarse con frecuencia. Para optimizar la calidad y la eficiencia, el director ejecutivo, Bernd H. Williams-Book, ha invertido importantes recursos en la implementación de automatización y análisis. El primer paso fue automatizar el proceso de fusión y dosificación del hierro, modernizando tres hornos de fundición existentes con el sistema pourTECH de última generación, que incluye tecnología láser 3D, incubación y control de temperatura. Los hornos, moldeo y líneas de colada ahora se controlan y sincronizan digitalmente, operando casi completamente de forma automática. Cuando la máquina de moldeo cambia de modelo, el controlador de vertido pourTECH consulta al sistema DISA Monitizer®|CIM para obtener las nuevas dimensiones del molde. Con base en 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 llenado y cambia automáticamente a la nueva secuencia de vertido. Si la plantilla llega al 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 recibe una alerta para que pueda verificar visualmente que está en la posición correcta. Los beneficios de la colada sin costuras Los procesos tradicionales de colada manual o los sistemas automatizados menos complejos pueden resultar en pérdida de tiempo de producción durante los cambios de modelo, lo cual es inevitable incluso con cambios rápidos de molde en una máquina de moldeo. El restablecimiento manual del vertedor y los moldes de vertido es más lento, requiere más operadores y es propenso a errores como el rebaje. Ortrander descubrió que, al embotellar a mano, sus empleados se cansaban, perdían la concentración y cometían errores, como descuidar el trabajo. La integración fluida del moldeo y el vertido permite procesos más rápidos, consistentes y de mayor calidad, a la vez que reduce el desperdicio y el tiempo de inactividad. Con Ortrander, el llenado automático elimina los tres minutos que antes se requerían para ajustar la posición de la unidad de llenado durante los cambios de modelo. El proceso completo de conversión solía tardar 4,5 minutos, según el Sr. Williams-Book. Hoy en día, menos de dos minutos. Al cambiar entre 8 y 12 modelos por turno, los empleados de Ortrander ahora dedican unos 30 minutos por turno, la mitad que antes. La calidad se mejora gracias a una mayor consistencia y a la capacidad de optimizar continuamente los procesos. Ortrander redujo el desperdicio en aproximadamente un 20 % con la introducción de la fundición sin costuras. Además de reducir el tiempo de inactividad al cambiar de modelo, 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 todo lo que hacen estos trabajadores: además de seleccionar el siguiente modelo, administrar las mezclas de arena y transportar la masa fundida, tienen pocas tareas manuales. Otro beneficio es la menor necesidad de empleados experimentados, que son difíciles de encontrar. Aunque la automatización requiere cierta capacitación del operador, 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. Dividendos de datos de la fundición sin costuras Cuando intentan mejorar un proceso, las fundiciones a menudo dicen: "Hacemos lo mismo de la misma manera, pero con resultados diferentes". Entonces, funden a la misma temperatura y nivel durante 10 segundos, pero algunas fundiciones son buenas y otras son malas. Al agregar sensores automatizados, recopilar datos con marca de tiempo en cada parámetro del proceso y monitorear los resultados, un sistema integrado de fundición sin costuras crea una cadena de datos de proceso relacionados, lo que facilita la identificación de las causas raíz cuando la calidad comienza a deteriorarse. Por ejemplo, si ocurren inclusiones inesperadas en un lote de discos de freno, los gerentes pueden verificar rápidamente que los parámetros estén dentro de los límites aceptables. Dado que los controladores de la máquina de moldeo, la planta de fundición y otras funciones como hornos y mezcladores de arena funcionan en conjunto, los datos que generan pueden analizarse para identificar relaciones a lo largo del proceso, desde las propiedades de la arena hasta la calidad superficial final de la pieza fundida. Un posible ejemplo es cómo el nivel de vertido y la temperatura afectan el llenado del molde en cada modelo individual. La base de datos resultante también sienta las bases para el uso futuro de técnicas de análisis automatizado, como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA), para optimizar los procesos. Ortrander recopila datos del proceso en tiempo real a través de interfaces de máquina, mediciones de sensores y muestras de prueba. Para cada pieza fundida en molde, se recopilan alrededor de mil parámetros. Anteriormente, solo registraba el tiempo necesario 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 de la pieza fundida. ¿Se drena el líquido de la boquilla de vertido mientras se llena el molde, o se llena a un nivel casi constante durante el llenado? Ortrander produce de tres a cinco millones de moldes al año y ha recopilado una enorme cantidad de datos. Ortrander también almacena múltiples imágenes de cada colada 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. El conformado y el vertido automatizados simultáneos resultan en procesos más rápidos, una calidad más consistente y menos desperdicio. Con una colada fluida y el cambio automático de patrones, la línea de producción opera de forma autónoma y eficaz, requiriendo un mínimo esfuerzo manual. Dado que el operador desempeña un papel de supervisión, se requiere menos personal. La colada sin costuras se utiliza actualmente en muchos lugares del mundo y es aplicable 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 a través de DISA y su socio pour-tech AB, y no requiere mucho trabajo. Se pueden realizar trabajos a medida. El creciente uso de la inteligencia artificial y la automatización inteligente en las fundiciones aún se encuentra en fase de prueba, pero a medida que las fundiciones y los fabricantes de equipos originales (OEM) recopilen más datos y experiencia adicional durante los próximos dos o tres años, la transición a la automatización se acelerará significativamente. Esta solución es actualmente opcional; sin embargo, dado 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 una práctica habitual, dejando de ser un proyecto experimental. Anteriormente, los mayores activos de una fundición eran su modelo y la experiencia de sus empleados. Ahora que la fundición fluida se combina con una mayor automatización y los sistemas de la Industria 4.0, los datos se están convirtiendo rápidamente en el tercer pilar del éxito de la fundición.
—Agradecemos sinceramente a pour-tech y Ortrander Eisenhütte por sus comentarios durante la preparación de este artículo.
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Hora de publicación: 05-oct-2023