moldeo automático

Las fundiciones están adoptando cada vez más la automatización de procesos basada en datos para alcanzar objetivos a largo plazo de mayor calidad, menor desperdicio, máxima disponibilidad y mínimos costos. La sincronización digital totalmente integrada de los procesos de vertido y moldeo (fundición sin fisuras) es especialmente valiosa para las fundiciones que se enfrentan a los desafíos de la producción justo a tiempo, la reducción de los tiempos de ciclo y los cambios de modelo más frecuentes. Con sistemas automatizados de moldeo y fundición que se conectan sin problemas, el proceso de fundición se vuelve más rápido y se producen piezas de mayor calidad de forma más consistente. El proceso de vertido automatizado incluye el monitoreo de la temperatura de vertido, así como la alimentación del material de inoculación y la verificación 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 porque hay menos trabajadores involucrados en general. Esta visión no es una visión del futuro; esto está sucediendo ahora. Herramientas como la automatización de fundiciones y 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 y sistemas de control compatibles. Las soluciones y los socios actuales permiten a las fundiciones crear una infraestructura robusta e inteligente para dar soporte a proyectos más ambiciosos, reuniendo múltiples subprocesos previamente 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 círculo 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 del proceso. El proceso automatizado proporciona un entorno transparente en el que cualquier mejora identificada por el análisis puede probarse, validarse y, cuando sea posible, implementarse de forma exhaustiva y rápida.
Desafíos del moldeo continuo Debido a la tendencia hacia la producción justo a tiempo, los clientes que utilizan líneas de moldeo DISAMATIC® a menudo tienen que cambiar de modelo con frecuencia entre lotes pequeños. Utilizando 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 en el proceso tiende a desplazarse hacia el vertido: el tiempo necesario para mover manualmente el tundish para verter después de un cambio de patrón. El moldeo continuo es la mejor manera de mejorar este paso del proceso de moldeo. Aunque el moldeo a menudo ya está parcialmente automatizado, la automatización completa requiere una integración perfecta de los sistemas de control de la línea de moldeo y el equipo de llenado para que operen completamente sincronizados en todas las posibles situaciones de operación. 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 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 de moldes se mueve la misma distancia (espesor del molde). De esta forma, la unidad de llenado puede permanecer en la misma posición, lista para llenar el siguiente molde vacío una vez que se detiene 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 cambios en la compresibilidad de la arena. La necesidad de estos ajustes finos se ha reducido aún más recientemente gracias a nuevas características de la línea de moldeo que permiten que las posiciones de vertido se mantengan más consistentes durante la producción continua. Después de completar cada vertido, la línea de moldeo se mueve una carrera más, colocando el siguiente molde vacío en su lugar para comenzar el siguiente vertido. Mientras esto sucede, el dispositivo de llenado se puede rellenar. Al cambiar el 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 vertical DISAMATIC® puede ajustar el espesor del molde al espesor exacto necesario para cada conjunto de modelos para mantener una proporción constante de arena a hierro y tener en cuenta la altura del modelo. Esto supone una gran ventaja para garantizar una calidad de fundición óptima y una utilización eficiente de los recursos, pero la variación en el grosor de los moldes 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 grosor, pero la máquina de llenado de la línea sigue llenando los moldes del modelo anterior, que pueden tener un grosor diferente. Para solucionar esto, la línea de moldeo y la planta de llenado deben funcionar de forma integrada como un sistema sincronizado, produciendo moldes de un grosor y vertiendo otro de forma segura. Vertido continuo tras el cambio de modelo. Tras el cambio de modelo, el grosor del molde restante entre las máquinas de moldeo permanece constante. La unidad de vertido fabricada con el modelo anterior sigue siendo la misma, pero dado que 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 grosor de la nueva forma. Esto significa que, con cada carrera de la máquina de moldeo, el sistema de fundición continua debe ajustar la posición de fundición para prepararse para la siguiente colada. Una vez vertido el lote anterior de moldes, el grosor del molde vuelve a ser 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 se estaba vertiendo anteriormente, el dispositivo de vertido debe moverse 50 mm hacia atrás 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 se detenga, el controlador de la planta de llenado debe saber exactamente en qué molde se va a verter y cuándo y dónde llegará en el área de vertido. Usando un nuevo modelo que produce moldes gruesos mientras funde moldes delgados, el sistema debería poder 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 para cada molde hecho. En algún momento, la carrera de 400 mm empujará dos moldes vacíos de 200 mm de diámetro fuera del área de vertido posible. En este caso, la máquina de moldeo debe esperar a que el dispositivo de llenado termine de verter los dos moldes de 200 mm antes de pasar a la siguiente carrera. O, al fabricar moldes delgados, el vertedor debe poder omitir el vertido por completo en el ciclo mientras sigue vertiendo moldes gruesos. Por ejemplo, al fabricar un molde de 200 mm de diámetro y verter uno de 400 mm de diámetro, colocar un nuevo molde de 400 mm de diámetro en el área de vertido significa que se deben fabricar 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, se puede lograr (y se ha logrado) un vertido sin interrupciones rápidamente con una configuración mínima. El requisito principal es algún tipo de "contabilidad" del proceso, que proporcione 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 lo largo de la línea de producción. Como temporizador 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 o no verter, y los envía al sistema de control de la planta de llenado. Utilizando 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, a continuación, comenzar a abrir la varilla del tapón 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, es decir, el metal fundido llega al recipiente de vertido con precisión. El tiempo de vertido es un cuello de botella común en la productividad, y al sincronizar 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 actual del molde y la presión de inyección, así como datos de proceso más generales, 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 de la planta de llenado, como la temperatura de vertido, 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 generación de informes y el análisis. La dirección de la fundición puede consultar informes detallados y profundizar en los datos para realizar un seguimiento de los problemas de calidad e impulsar posibles mejoras. Experiencia de fundición sin fisuras de Ortrander Ortrander Eisenhütte es una fundición familiar en Alemania que se especializa en la producción de fundición de hierro de volumen medio y alta calidad para componentes automotrices, estufas de leña de alta resistencia e infraestructura, y piezas de maquinaria en general. La fundición produce hierro gris, hierro dúctil y hierro de grafito compactado y produce aproximadamente 27.000 toneladas de fundición de alta calidad por año, 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, produciendo aproximadamente 100 toneladas de fundición por día. Esto incluye series de producción cortas de una hora, a veces menos para clientes importantes, por lo que el molde debe cambiarse con frecuencia. Para optimizar la calidad y la eficiencia, el CEO 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, las líneas de moldeo y fundición ahora están controlados y sincronizados 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. Basándose 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, se alerta al operador para que pueda verificar visualmente que está en la posición correcta. Los beneficios de la fundición sin interrupciones Los procesos tradicionales de fundición 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. Reiniciar manualmente el vertedor y los moldes de vertido es más lento, requiere más operadores y es propenso a errores como el abolladura. Ortrander descubrió que, al embotellar a mano, sus empleados terminaban cansándose, perdiendo la concentración y cometiendo errores, como holgazanear. La integración perfecta 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. 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 dedican unos 30 minutos por turno, la mitad que antes. La calidad mejora gracias a una mayor consistencia y la capacidad de optimizar continuamente los procesos. Ortrander redujo el desperdicio en aproximadamente un 20 % al introducir el moldeo continuo. 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 prácticamente todo lo que hacen estos trabajadores: aparte de seleccionar el siguiente modelo, gestionar las mezclas de arena y transportar el metal fundido, 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 podrían 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". Así que funden a la misma temperatura y nivel durante 10 segundos, pero algunas piezas fundidas son buenas y otras no. Al agregar sensores automatizados, recopilar datos con marca de tiempo sobre 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 se producen inclusiones inesperadas en un lote de discos de freno, los gerentes pueden verificar rápidamente que los parámetros estén dentro de los límites aceptables. Debido a que los controladores de la máquina de moldeo, la planta de fundición y otras funciones como hornos y mezcladoras de arena trabajan en conjunto, los datos que generan se pueden analizar para identificar relaciones a lo largo del proceso, desde las propiedades de la arena hasta la calidad superficial final de la pieza fundida. Un ejemplo posible es cómo el nivel de vertido y la temperatura afectan el llenado del molde para cada modelo individual. La base de datos resultante también sienta 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, se recopilan alrededor de 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 otros indicadores, así como la calidad final de la pieza fundida. ¿Se drena el líquido de la boquilla de vertido mientras se llena el molde, o la boquilla de vertido 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 vertido automatizados simultáneos dan como resultado 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 manera efectiva y autónoma, requiriendo solo un mínimo esfuerzo manual. Dado que el operador desempeña un rol de supervisión, se requiere menos personal. La colada sin costuras se utiliza ahora 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 a través de DISA y su socio pour-tech AB, y no requiere mucho trabajo. Se pueden realizar trabajos personalizados. El mayor uso de inteligencia artificial y automatización inteligente en las fundiciones todavía está 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. Actualmente, esta solución es 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 práctica habitual en lugar de un proyecto experimental. En el pasado, los mayores activos de una fundición eran su modelo y la experiencia de sus empleados. Ahora que la fundición sin fisuras 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 a Ortrander Eisenhütte sus comentarios durante la preparación de este artículo.
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