khuôn tự động

Các xưởng đúc ngày càng áp dụng tự động hóa quy trình dựa trên dữ liệu để đạt được các mục tiêu dài hạn về chất lượng cao hơn, ít lãng phí hơn, thời gian hoạt động tối đa và chi phí tối thiểu. Đồng bộ hóa kỹ thuật số hoàn toàn tích hợp của các quy trình đúc và đúc khuôn (đúc liền mạch) đặc biệt có giá trị đối với các xưởng đúc đang phải đối mặt với những thách thức về sản xuất đúng lúc, giảm thời gian chu kỳ và thay đổi mô hình thường xuyên hơn. Với các hệ thống đúc và đúc tự động liên kết liền mạch với nhau, quy trình đúc trở nên nhanh hơn và các bộ phận chất lượng cao hơn được sản xuất nhất quán hơn. Quy trình đúc tự động bao gồm theo dõi nhiệt độ đổ khuôn, cũng như nạp vật liệu tiêm chủng và kiểm tra từng khuôn. Điều này cải thiện chất lượng của từng lần đúc và giảm tỷ lệ phế liệu. Tự động hóa toàn diện này cũng làm giảm nhu cầu về người vận hành có nhiều năm kinh nghiệm chuyên môn. Các hoạt động cũng trở nên an toàn hơn vì nhìn chung có ít công nhân tham gia hơn. Tầm nhìn này không phải là tầm nhìn của tương lai; Điều này đang diễn ra ngay bây giờ. Các công cụ như tự động hóa xưởng đúc và rô bốt, thu thập và phân tích dữ liệu đã phát triển trong nhiều thập kỷ, nhưng tiến độ đã tăng tốc gần đây với sự phát triển của máy tính hiệu suất cao giá cả phải chăng và các cảm biến mạng Công nghiệp 4.0 tiên tiến và các hệ thống điều khiển tương thích. Các giải pháp và đối tác hiện cho phép các xưởng đúc tạo ra một cơ sở hạ tầng thông minh, mạnh mẽ để hỗ trợ các dự án tham vọng hơn, tập hợp nhiều quy trình phụ độc lập trước đây để phối hợp các nỗ lực của họ. Việc lưu trữ và phân tích dữ liệu quy trình được thu thập bởi các hệ thống tích hợp, tự động này cũng mở ra cánh cửa cho một chu kỳ cải tiến liên tục dựa trên dữ liệu. Các xưởng đúc có thể thu thập và phân tích các thông số quy trình bằng cách kiểm tra dữ liệu lịch sử để tìm ra mối tương quan giữa chúng và kết quả quy trình. Sau đó, quy trình tự động cung cấp một môi trường minh bạch trong đó bất kỳ cải tiến nào được xác định bằng phân tích đều có thể được kiểm tra, xác thực và triển khai một cách toàn diện và nhanh chóng, nếu có thể.
Thách thức đúc khuôn liền mạch Do xu hướng sản xuất theo đúng thời điểm, khách hàng sử dụng dây chuyền đúc khuôn DISAMATIC® thường phải thay đổi mẫu thường xuyên giữa các lô nhỏ. Sử dụng thiết bị như Máy thay bột tự động (APC) hoặc Máy thay bột nhanh (QPC) từ DISA, các mẫu có thể được thay đổi chỉ trong một phút. Khi mẫu thay đổi tốc độ cao xảy ra, nút thắt trong quy trình có xu hướng chuyển sang rót - thời gian cần thiết để di chuyển thùng chứa thủ công để rót sau khi thay đổi mẫu. Đúc liền mạch là cách tốt nhất để cải thiện bước này của quy trình đúc. Mặc dù đúc thường đã được tự động hóa một phần, nhưng tự động hóa hoàn toàn đòi hỏi phải tích hợp liền mạch các hệ thống điều khiển của dây chuyền đúc khuôn và thiết bị rót để chúng hoạt động hoàn toàn đồng bộ trong mọi tình huống vận hành có thể xảy ra. Để đạt được điều này một cách đáng tin cậy, đơn vị rót phải biết chính xác vị trí an toàn để rót khuôn tiếp theo và nếu cần, hãy điều chỉnh vị trí của đơn vị rót. Đạt được hiệu quả rót tự động trong quy trình sản xuất ổn định của cùng một khuôn không phải là quá khó. Mỗi lần tạo khuôn mới, cột khuôn sẽ di chuyển cùng một khoảng cách (độ dày khuôn). Theo cách này, bộ phận chiết rót có thể giữ nguyên vị trí, sẵn sàng chiết rót khuôn rỗng tiếp theo sau khi dây chuyền sản xuất dừng lại. Chỉ cần điều chỉnh nhỏ vị trí rót để bù đắp cho những thay đổi về độ dày khuôn do độ nén của cát thay đổi. Nhu cầu về những điều chỉnh tinh tế này gần đây đã giảm hơn nữa nhờ các tính năng dây chuyền đúc mới cho phép các vị trí rót duy trì sự nhất quán hơn trong quá trình sản xuất nhất quán. Sau mỗi lần rót hoàn tất, dây chuyền đúc lại di chuyển một lần nữa, đặt khuôn rỗng tiếp theo vào đúng vị trí để bắt đầu rót tiếp theo. Trong khi quá trình này diễn ra, thiết bị chiết rót có thể được nạp lại. Khi thay đổi mô hình, độ dày của khuôn có thể thay đổi, đòi hỏi phải tự động hóa phức tạp. Không giống như quy trình hộp cát ngang, trong đó chiều cao của hộp cát được cố định, quy trình DISAMATIC® dọc có thể điều chỉnh độ dày của khuôn theo độ dày chính xác cần thiết cho từng bộ mô hình để duy trì tỷ lệ cát với sắt không đổi và tính đến chiều cao của mô hình. Đây là một lợi ích lớn trong việc đảm bảo chất lượng đúc tối ưu và sử dụng tài nguyên, nhưng độ dày khuôn thay đổi khiến việc kiểm soát đúc tự động trở nên khó khăn hơn. Sau khi thay đổi mẫu, máy DISAMATIC® bắt đầu sản xuất mẻ khuôn tiếp theo có cùng độ dày, nhưng máy rót trên dây chuyền vẫn rót khuôn của mẫu trước đó, có thể có độ dày khuôn khác. Để khắc phục điều này, dây chuyền đúc và nhà máy rót phải hoạt động liền mạch như một hệ thống đồng bộ, sản xuất khuôn có một độ dày và rót khuôn khác một cách an toàn. Đổ khuôn liền mạch sau khi thay đổi mẫu. Sau khi thay đổi mẫu, độ dày của khuôn còn lại giữa các máy đúc vẫn giữ nguyên. Bộ phận rót được tạo ra từ mẫu trước vẫn giữ nguyên, nhưng vì khuôn mới ra khỏi máy đúc có thể dày hơn hoặc mỏng hơn, nên toàn bộ chuỗi có thể tiến lên ở các khoảng cách khác nhau trong mỗi chu kỳ - theo độ dày của hình dạng mới. Điều này có nghĩa là với mỗi lần di chuyển của máy đúc, hệ thống đúc liền mạch phải điều chỉnh vị trí đúc để chuẩn bị cho lần đúc tiếp theo. Sau khi đổ mẻ khuôn trước đó, độ dày của khuôn lại trở nên không đổi và sản xuất ổn định trở lại. Ví dụ, nếu khuôn mới dày 150mm thay vì khuôn dày 200mm vẫn đang được đổ trước đó, thì thiết bị rót phải di chuyển 50mm về phía máy đúc với mỗi lần di chuyển của máy đúc để ở đúng vị trí rót. Để một nhà máy rót chuẩn bị rót khi cột khuôn ngừng di chuyển, bộ điều khiển nhà máy rót phải biết chính xác khuôn nào sẽ rót vào và khi nào và ở đâu khuôn sẽ đến khu vực rót. Sử dụng một mô hình mới sản xuất khuôn dày trong khi đúc khuôn mỏng, hệ thống phải có khả năng đúc hai khuôn trong một chu kỳ. Ví dụ, khi tạo khuôn có đường kính 400mm và đổ khuôn có đường kính 200mm, thì thiết bị rót phải cách máy đúc 200mm cho mỗi khuôn được tạo ra. Tại một thời điểm nào đó, hành trình 400mm sẽ đẩy hai khuôn có đường kính 200mm chưa được rót ra khỏi khu vực rót có thể. Trong trường hợp này, máy đúc phải đợi cho đến khi thiết bị rót hoàn tất việc rót hai khuôn 200mm trước khi chuyển sang hành trình tiếp theo. Hoặc, khi tạo khuôn mỏng, người rót phải có thể bỏ qua hoàn toàn việc rót trong chu trình trong khi vẫn rót khuôn dày. Ví dụ, khi tạo khuôn có đường kính 200mm và rót khuôn có đường kính 400mm, việc đặt khuôn mới có đường kính 400mm vào khu vực rót có nghĩa là cần phải tạo hai khuôn có đường kính 200mm. Việc theo dõi, tính toán và trao đổi dữ liệu cần thiết cho một hệ thống đúc và rót tích hợp để cung cấp quá trình rót tự động không gặp sự cố, như đã mô tả ở trên, đã đặt ra những thách thức cho nhiều nhà cung cấp thiết bị trong quá khứ. Nhưng nhờ có máy móc hiện đại, hệ thống kỹ thuật số và các phương pháp hay nhất, việc rót liền mạch có thể (và đã) đạt được nhanh chóng với thiết lập tối thiểu. Yêu cầu chính là một số hình thức "kế toán" quy trình, cung cấp thông tin về vị trí của từng khuôn theo thời gian thực. Hệ thống Monitizer®|CIM (Mô-đun tích hợp máy tính) của DISA đạt được mục tiêu này bằng cách ghi lại từng khuôn được tạo ra và theo dõi chuyển động của khuôn đó qua dây chuyền sản xuất. Là một bộ đếm thời gian quy trình, hệ thống này tạo ra một loạt các luồng dữ liệu có dấu thời gian để tính toán vị trí của từng khuôn và vòi phun của khuôn trên dây chuyền sản xuất mỗi giây. Nếu cần, nó trao đổi dữ liệu theo thời gian thực với hệ thống điều khiển nhà máy chiết rót và các hệ thống khác để đạt được sự đồng bộ hóa chính xác. Hệ thống DISA trích xuất dữ liệu quan trọng cho từng khuôn từ cơ sở dữ liệu CIM, chẳng hạn như độ dày khuôn và có thể/không thể rót, và gửi đến hệ thống điều khiển nhà máy chiết rót. Sử dụng dữ liệu chính xác này (được tạo ra sau khi khuôn được đùn), người rót có thể di chuyển cụm rót đến đúng vị trí trước khi khuôn đến, sau đó bắt đầu mở thanh chặn trong khi khuôn vẫn đang di chuyển. Khuôn đến kịp thời để nhận sắt từ nhà máy rót. Thời gian lý tưởng này rất quan trọng, tức là chất nóng chảy đến cốc rót một cách chính xác. Thời gian rót là một nút thắt năng suất phổ biến và bằng cách căn thời gian hoàn hảo để bắt đầu rót, thời gian chu kỳ có thể giảm đi vài phần mười giây. Hệ thống đúc DISA cũng chuyển dữ liệu có liên quan từ máy đúc, chẳng hạn như kích thước khuôn hiện tại và áp suất phun, cũng như dữ liệu quy trình rộng hơn như khả năng nén cát, đến Monitizer®|CIM. Đổi lại, Monitizer®|CIM nhận và lưu trữ các thông số quan trọng về chất lượng cho từng khuôn từ nhà máy rót, chẳng hạn như nhiệt độ rót, thời gian rót và sự thành công của quy trình rót và tiêm chủng. Điều này cho phép đánh dấu từng khuôn là xấu và tách riêng trước khi trộn trong hệ thống lắc. Ngoài việc tự động hóa máy đúc, dây chuyền đúc và đúc, Monitizer®|CIM cung cấp khuôn khổ tuân thủ Công nghiệp 4.0 để thu thập, lưu trữ, báo cáo và phân tích. Quản lý xưởng đúc có thể xem báo cáo chi tiết và phân tích dữ liệu để theo dõi các vấn đề về chất lượng và thúc đẩy các cải tiến tiềm năng. Kinh nghiệm đúc liền mạch của Ortrander Ortrander Eisenhütte là một xưởng đúc do gia đình sở hữu tại Đức, chuyên sản xuất các sản phẩm đúc sắt khối lượng trung bình, chất lượng cao cho các bộ phận ô tô, bếp lò đốt củi và cơ sở hạ tầng chịu tải nặng, cũng như các bộ phận máy móc nói chung. Xưởng đúc này sản xuất gang xám, gang dẻo và gang graphite nén và sản xuất khoảng 27.000 tấn sản phẩm đúc chất lượng cao mỗi năm, hoạt động hai ca, năm ngày một tuần. Ortrander vận hành bốn lò nấu chảy cảm ứng 6 tấn và ba dây chuyền đúc DISA, sản xuất khoảng 100 tấn sản phẩm đúc mỗi ngày. Điều này bao gồm các đợt sản xuất ngắn trong một giờ, đôi khi ít hơn đối với các khách hàng quan trọng, vì vậy mẫu phải được thay đổi thường xuyên. Để tối ưu hóa chất lượng và hiệu quả, Tổng giám đốc điều hành Bernd H. Williams-Book đã đầu tư đáng kể nguồn lực vào việc triển khai tự động hóa và phân tích. Bước đầu tiên là tự động hóa quy trình nấu chảy và định lượng sắt, nâng cấp ba lò đúc hiện có bằng hệ thống pourTECH mới nhất, bao gồm công nghệ laser 3D, ủ và kiểm soát nhiệt độ. Lò, dây chuyền đúc và đúc hiện được điều khiển và đồng bộ hóa kỹ thuật số, hoạt động gần như hoàn toàn tự động. Khi máy đúc thay đổi mô hình, bộ điều khiển đổ pourTECH sẽ truy vấn hệ thống DISA Monitizer®|CIM để biết kích thước khuôn mới. Dựa trên dữ liệu DISA, bộ điều khiển đổ sẽ tính toán vị trí đặt nút đổ cho mỗi lần đổ. Nó biết chính xác thời điểm khuôn mới đầu tiên đến nhà máy chiết rót và tự động chuyển sang trình tự đổ mới. Nếu bộ gá đạt đến cuối hành trình của nó tại bất kỳ thời điểm nào, máy DISAMATIC® sẽ dừng lại và bộ gá tự động trở lại. Khi khuôn mới đầu tiên được tháo ra khỏi máy, người vận hành sẽ được cảnh báo để có thể kiểm tra trực quan xem khuôn đã ở đúng vị trí hay chưa. Lợi ích của đúc liền mạch Các quy trình đúc thủ công truyền thống hoặc các hệ thống tự động ít phức tạp hơn có thể dẫn đến mất thời gian sản xuất trong quá trình thay đổi mô hình, điều này là không thể tránh khỏi ngay cả khi thay đổi khuôn nhanh chóng trên máy đúc. Việc đặt lại thủ công bộ rót và khuôn rót chậm hơn, đòi hỏi nhiều người vận hành hơn và dễ xảy ra lỗi như loé sáng. Ortrander nhận thấy rằng khi đóng chai bằng tay, nhân viên của ông cuối cùng sẽ mệt mỏi, mất tập trung và mắc lỗi, chẳng hạn như lười biếng. Sự tích hợp liền mạch giữa đúc và rót cho phép các quy trình nhanh hơn, nhất quán hơn và chất lượng cao hơn đồng thời giảm lãng phí và thời gian chết. Với Ortrander, việc chiết rót tự động giúp loại bỏ ba phút trước đây cần thiết để điều chỉnh vị trí của bộ phận chiết rót trong quá trình thay đổi mô hình. Ông Williams-Book cho biết toàn bộ quá trình chuyển đổi trước đây mất 4,5 phút. Ngày nay chỉ còn chưa đầy hai phút. Bằng cách thay đổi từ 8 đến 12 mẫu mỗi ca, nhân viên Ortrander hiện chỉ mất khoảng 30 phút mỗi ca, bằng một nửa thời gian trước đây. Chất lượng được nâng cao thông qua tính nhất quán cao hơn và khả năng liên tục tối ưu hóa quy trình. Ortrander đã giảm lãng phí khoảng 20% ​​bằng cách giới thiệu đúc liền mạch. Ngoài việc giảm thời gian chết khi thay đổi mẫu, toàn bộ dây chuyền đúc và rót chỉ cần hai người thay vì ba người như trước đây. Trong một số ca, ba người có thể vận hành hai dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh. Giám sát hầu như là tất cả những gì những công nhân này làm: ngoài việc chọn mẫu tiếp theo, quản lý hỗn hợp cát và vận chuyển chất nóng chảy, họ có ít nhiệm vụ thủ công. Một lợi ích khác là nhu cầu về nhân viên có kinh nghiệm giảm, những người khó tìm. Mặc dù tự động hóa đòi hỏi một số đào tạo về người vận hành, nhưng nó cung cấp cho mọi người thông tin quy trình quan trọng mà họ cần để đưa ra quyết định đúng đắn. Trong tương lai, máy móc có thể đưa ra tất cả các quyết định. Cổ tức dữ liệu từ đúc liền mạch Khi cố gắng cải thiện một quy trình, các xưởng đúc thường nói, "Chúng tôi làm cùng một việc theo cùng một cách, nhưng với kết quả khác nhau." Vì vậy, họ đúc ở cùng nhiệt độ và mức trong 10 giây, nhưng một số sản phẩm đúc tốt và một số sản phẩm đúc không tốt. Bằng cách thêm các cảm biến tự động, thu thập dữ liệu có dấu thời gian trên từng thông số quy trình và theo dõi kết quả, một hệ thống đúc liền mạch tích hợp sẽ tạo ra một chuỗi dữ liệu quy trình liên quan, giúp dễ dàng xác định nguyên nhân gốc rễ khi chất lượng bắt đầu giảm sút. Ví dụ, nếu có tạp chất bất ngờ trong một mẻ đĩa phanh, người quản lý có thể nhanh chóng kiểm tra xem các thông số có nằm trong giới hạn cho phép hay không. Vì bộ điều khiển cho máy đúc, nhà máy đúc và các chức năng khác như lò nung và máy trộn cát hoạt động phối hợp, nên dữ liệu chúng tạo ra có thể được phân tích để xác định mối quan hệ trong suốt quy trình, từ đặc tính cát đến chất lượng bề mặt cuối cùng của quá trình đúc. Một ví dụ khả thi là mức độ rót và nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình đổ khuôn cho từng mô hình riêng lẻ như thế nào. Cơ sở dữ liệu thu được cũng đặt nền tảng cho việc sử dụng các kỹ thuật phân tích tự động trong tương lai như máy học và trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa quy trình. Ortrander thu thập dữ liệu quy trình theo thời gian thực thông qua giao diện máy, phép đo cảm biến và mẫu thử. Đối với mỗi lần đúc khuôn, khoảng một nghìn thông số được thu thập. Trước đây, nó chỉ ghi lại thời gian cần thiết cho mỗi lần đổ, nhưng bây giờ nó biết chính xác mức của vòi rót là bao nhiêu mỗi giây, cho phép nhân viên có kinh nghiệm kiểm tra cách thông số này ảnh hưởng đến các chỉ số khác, cũng như chất lượng cuối cùng của sản phẩm đúc. Chất lỏng có được thoát ra khỏi vòi rót trong khi khuôn đang được đổ đầy hay vòi rót được đổ đầy đến mức gần như không đổi trong quá trình đổ đầy? Ortrander sản xuất ba đến năm triệu khuôn mỗi năm và đã thu thập được một lượng dữ liệu khổng lồ. Ortrander cũng lưu trữ nhiều hình ảnh của mỗi lần đổ trong cơ sở dữ liệu pourTECH trong trường hợp có vấn đề về chất lượng. Tìm cách tự động đánh giá những hình ảnh này là mục tiêu trong tương lai. Kết luận. Tạo hình và rót tự động đồng thời dẫn đến các quy trình nhanh hơn, chất lượng đồng đều hơn và ít chất thải hơn. Với quá trình đúc trơn tru và thay đổi mẫu tự động, dây chuyền sản xuất hoạt động hiệu quả một cách tự động, chỉ cần nỗ lực thủ công tối thiểu. Vì người vận hành đóng vai trò giám sát nên cần ít nhân sự hơn. Đúc liền mạch hiện được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới và có thể được áp dụng cho tất cả các xưởng đúc hiện đại. Mỗi xưởng đúc sẽ cần một giải pháp hơi khác nhau phù hợp với nhu cầu của mình, nhưng công nghệ để triển khai nó đã được chứng minh là hiệu quả, hiện có sẵn từ DISA và đối tác pour-tech AB, và không đòi hỏi nhiều công sức. Có thể thực hiện công việc tùy chỉnh. Việc sử dụng trí tuệ nhân tạo và tự động hóa thông minh ngày càng tăng trong các xưởng đúc vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, nhưng khi các xưởng đúc và OEM thu thập nhiều dữ liệu hơn và kinh nghiệm bổ sung trong hai đến ba năm tới, quá trình chuyển đổi sang tự động hóa sẽ tăng tốc đáng kể. Tuy nhiên, giải pháp này hiện là tùy chọn, vì trí tuệ dữ liệu là cách tốt nhất để tối ưu hóa quy trình và cải thiện lợi nhuận, tự động hóa và thu thập dữ liệu lớn hơn đang trở thành thông lệ tiêu chuẩn thay vì là một dự án thử nghiệm. Trước đây, tài sản lớn nhất của một xưởng đúc là mô hình và kinh nghiệm của nhân viên. Bây giờ, khi đúc liền mạch được kết hợp với tự động hóa lớn hơn và các hệ thống Công nghiệp 4.0, dữ liệu đang nhanh chóng trở thành trụ cột thứ ba cho thành công của xưởng đúc.
—Chúng tôi chân thành cảm ơn pour-tech và Ortrader Eisenhütte vì những bình luận của họ trong quá trình chuẩn bị bài viết này.
Có, tôi muốn nhận bản tin Foundry-Planet hai tuần một lần với tất cả tin tức, thử nghiệm và báo cáo mới nhất về sản phẩm và vật liệu. Cộng với các bản tin đặc biệt – tất cả đều có thể hủy miễn phí bất kỳ lúc nào.