đúc tự động

Các xưởng đúc đang 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. Việc đồng bộ hóa kỹ thuật số tích hợp hoàn toàn các quy trình rót và đúc khuôn (đúc liền mạch) đặc biệt có giá trị đối với các xưởng đúc đang đối mặt với những thách thức của sản xuất đúng thời điểm, giảm thời gian chu kỳ và thay đổi mẫu thường xuyên hơn. Với các hệ thống đúc và tạo khuôn 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 một cách nhất quán hơn. Quy trình rót tự động bao gồm giám sát nhiệt độ rót, cũng như cấp vật liệu cấy và kiểm tra từng khuôn. Điều này cải thiện chất lượng của mỗi sản phẩm đúc và giảm tỷ lệ phế phẩm. Tự động hóa toàn diện này cũng làm giảm nhu cầu về các công nhân vận hành có nhiều năm kinh nghiệm chuyên môn. Hoạt động cũng trở nên an toàn hơn vì tổng số công nhân tham gia ít hơn. Tầm nhìn này không phải là tầm nhìn của tương lai; điều này đang xảy ra ngay bây giờ. Các công cụ như tự động hóa xưởng đúc và robot, thu thập và phân tích dữ liệu đã phát triển qua nhiều thập kỷ, nhưng tiến bộ đã được đẩy nhanh gần đây với sự phát triển của điện toán hiệu năng cao giá cả phải chăng và các cảm biến mạng Công nghiệp 4.0 tiên tiến cùng các hệ thống điều khiển tương thích. Các giải pháp và đối tác hiện nay cho phép các xưởng đúc tạo ra một cơ sở hạ tầng mạnh mẽ, thông minh để hỗ trợ các dự án tham vọng hơn, kết hợp nhiều quy trình phụ trước đây hoạt động độc lập để phối hợp nỗ lực của chúng. Việc lưu trữ và phân tích dữ liệu quy trình được thu thập bởi các hệ thống tự động, tích hợp 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 xem xét 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 bởi phân tích đều có thể được kiểm tra, xác nhận và, nếu có thể, triển khai một cách kỹ lưỡng và nhanh chóng.
Thách thức của đúc liền mạch Do xu hướng sản xuất đúng thời điểm, khách hàng sử dụng dây chuyền đúc DISAMATIC® thường phải thay đổi khuôn mẫu thường xuyên giữa các lô nhỏ. Sử dụng thiết bị như Bộ thay bột tự động (APC) hoặc Bộ thay bột nhanh (QPC) của DISA, khuôn mẫu có thể được thay đổi chỉ trong vòng một phút. Khi việc thay đổi khuôn mẫu diễn ra với tốc độ cao, điểm nghẽn trong quy trình có xu hướng chuyển sang khâu rót – thời gian cần thiết để di chuyển thùng chứa bằng tay để rót sau khi thay đổi khuôn mẫu. Đúc liền mạch là cách tốt nhất để cải thiện bước này trong quy trình đúc. Mặc dù quá trình đúc thường đã được tự động hóa một phần, nhưng tự động hóa hoàn toàn đòi hỏi sự tích hợp liền mạch các hệ thống điều khiển của dây chuyền đúc và thiết bị chiết 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, bộ phận chiết rót phải biết chính xác vị trí an toàn để rót khuôn tiếp theo và, nếu cần, điều chỉnh vị trí của bộ phận chiết rót. Việc đạt được hiệu quả chiết rót tự động trong một quy trình sản xuất ổn định của cùng một khuôn không quá khó. Mỗi khi một khuôn mới được tạo ra, cột khuôn di chuyển cùng một khoảng cách (độ dày khuôn). Bằng cách này, bộ phận chiết rót có thể giữ nguyên vị trí, sẵn sàng chiết rót vào khuôn rỗng tiếp theo sau khi dây chuyền sản xuất dừng lại. Chỉ cần điều chỉnh nhỏ vị trí chiết rót để bù lại sự thay đổi độ dày khuôn do sự thay đổi độ nén của cát. Nhu cầu điều chỉnh nhỏ này gần đây đã được giảm thiểu hơn nữa nhờ các tính năng mới của dây chuyền đúc cho phép vị trí chiết rót duy trì ổn định hơn trong quá trình sản xuất liên tục. Sau mỗi lần chiết rót hoàn tất, dây chuyền đúc di chuyển thêm một bước, đặt khuôn rỗng tiếp theo vào vị trí để bắt đầu lần chiết rót tiếp theo. Trong khi đó, thiết bị chiết rót có thể được nạp lại. Khi thay đổi mẫu, độ dày của khuôn có thể thay đổi, điều này đòi hỏi hệ thống tự động hóa phức tạp. Không giống như quy trình hộp cát nằm ngang, nơi chiều cao của hộp cát được cố định, quy trình DISAMATIC® thẳng đứng có thể điều chỉnh độ dày của khuôn đến độ dày chính xác cần thiết cho mỗi bộ mẫu để duy trì tỷ lệ cát/sắt không đổi và tính đến chiều cao của mẫu. Đây là một lợi ích lớn trong việc đảm bảo chất lượng đúc tối ưu và sử dụng tài nguyên hiệu quả, 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 chiết rót trên dây chuyền vẫn tiếp tục chiết rót các khuôn của mẫu trước đó, có thể có độ dày khuôn khác nhau. Để khắc phục điều này, dây chuyền đúc và dây chuyền chiết rót phải hoạt động liền mạch như một hệ thống đồng bộ, sản xuất khuôn có độ dày này và chiết rót an toàn khuôn có độ dày khác. Chiết rót 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 chiết rót được làm từ mẫu trước đó vẫn giữ nguyên, nhưng vì khuôn mới ra khỏi máy đúc có thể dày hơn hoặc mỏng hơn, toàn bộ dây chuyền có thể di chuyển ở các khoảng cách khác nhau trong mỗi chu kỳ – tương ứng với độ dày của khuôn mới. Điều này có nghĩa là với mỗi nhịp của máy đúc, hệ thống đúc liền mạch phải điều chỉnh vị trí đúc để chuẩn bị cho lần đúc tiếp theo. Sau khi mẻ khuôn trước đó được chiết rót xong, độ dày của khuôn trở nên ổn định trở lại và quá trình sản xuất ổn định được tiếp tục. Ví dụ, nếu khuôn mới dày 150mm thay vì khuôn dày 200mm vẫn đang được rót trước đó, thiết bị rót phải di chuyển lùi 50mm về phía máy đúc với mỗi nhịp của máy đúc để ở đúng vị trí rót. Để hệ thống rót chuẩn bị rót khi cột khuôn dừng di chuyển, bộ điều khiển hệ thống rót phải biết chính xác khuôn nào sẽ được rót vào, khi nào và ở đâu nó sẽ đến khu vực rót. Sử dụng mô hình mới sản xuất khuôn dày đồng thời đúc khuôn mỏng, hệ thống phải có khả năng đúc hai khuôn trong một chu kỳ. Ví dụ, khi làm khuôn đường kính 400mm và rót khuôn đường kính 200mm, thiết bị rót phải cách máy đúc 200mm cho mỗi khuôn được làm. Tại một thời điểm nào đó, nhịp 400mm sẽ đẩy hai khuôn đường kính 200mm chưa được đổ đầy ra khỏi khu vực rót khả dụng. Trong trường hợp này, máy đúc phải đợi cho đến khi thiết bị rót hoàn thành việc rót hai khuôn 200mm trước khi chuyển sang nhịp tiếp theo. Hoặc, khi làm khuôn mỏng, máy rót phải có khả năng bỏ qua hoàn toàn công đoạn rót trong chu trình trong khi vẫn rót khuôn dày. Ví dụ, khi làm khuôn đường kính 200mm và rót khuôn đường kính 400mm, việc đặt một khuôn đường kính 400mm mới vào khu vực rót có nghĩa là cần phải làm hai khuôn 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 khả năng rót tự động không gặp sự cố, như đã mô tả ở trên, đã đặt ra thách thức cho nhiều nhà cung cấp thiết bị trong quá khứ. Nhưng nhờ máy móc hiện đại, hệ thống kỹ thuật số và các phương pháp thực hành tốt nhất, việc rót liền mạch có thể (và đã được) thực hiện nhanh chóng với thiết lập tối thiểu. Yêu cầu chính là một hình thức “ghi chép” quy trình, cung cấp thông tin về vị trí của từng khuôn trong thời gian thực. Hệ thống Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) của DISA đạt được mục tiêu này bằng cách ghi lại từng khuôn được làm và theo dõi chuyển động của nó trên dây chuyền sản xuất. Là một bộ đếm thời gian quy trình, nó tạo ra một loạt các luồng dữ liệu có dấu thời gian để tính toán vị trí của từng khuôn và vòi phun của nó trên dây chuyền sản xuất mỗi giây. Nếu cần, hệ thống sẽ 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 chính xác. Hệ thống DISA trích xuất dữ liệu quan trọng cho mỗi khuôn từ cơ sở dữ liệu CIM, chẳng hạn như độ dày khuôn và khả năng/không khả năng chiết 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 vận hành có thể di chuyển cụm chiết rót đến vị trí chính xác trước khi khuôn đến, và sau đó bắt đầu mở cần chặn trong khi khuôn vẫn đang di chuyển. Khuôn đến kịp thời để nhận gang từ nhà máy chiết rót. Thời điểm lý tưởng này rất quan trọng, tức là gang nóng chảy đến đúng cốc chiết rót. Thời gian chiết rót là một điểm nghẽn năng suất phổ biến, và bằng cách căn chỉnh thời điểm bắt đầu chiết rót một cách hoàn hảo, thời gian chu kỳ có thể giảm đi vài phần mười giây. Hệ thống đúc DISA cũng truyền dữ liệu 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 độ nén của cát, đến Monitizer®|CIM. Ngược lại, Monitizer®|CIM nhận và lưu trữ các thông số quan trọng về chất lượng cho từng khuôn từ nhà máy chiết rót, chẳng hạn như nhiệt độ rót, thời gian rót và sự thành công của quá trình rót và cấy nguyên liệu. Điều này cho phép đánh dấu các sản phẩm lỗi và tách riêng trước khi trộn trong hệ thống lắc. Ngoài việc tự động hóa máy ép khuôn, dây chuyền ép khuôn và đúc, Monitizer®|CIM còn cung cấp một khung làm việc tuân thủ Công nghiệp 4.0 để thu thập, lưu trữ, báo cáo và phân tích. Ban quản lý xưởng đúc có thể xem các báo cáo chi tiết và phân tích sâu 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 thuộc sở hữu gia đình ở Đức, chuyên sản xuất các sản phẩm đúc gang chất lượng cao với số lượng trung bình cho các bộ phận ô tô, bếp củi hạng nặng và cơ sở hạ tầng, cũng như các bộ phận máy móc nói chung. Xưởng đúc sản xuất gang xám, gang dẻo và gang graphit nén, 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 cả các đợt sản xuất ngắn chỉ một giờ, đôi khi ít hơn đối với các khách hàng quan trọng, vì vậy khuôn mẫu phải được thay đổi thường xuyên. Để tối ưu hóa chất lượng và hiệu quả, Giám đốc điều hành Bernd H. Williams-Book đã đầu tư nguồn lực đáng kể vào việc triển khai tự động hóa và phân tích dữ liệu. 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. Các lò nung, dây chuyền đúc và tạo khuôn hiện được điều khiển và đồng bộ hóa bằng kỹ thuật số, hoạt động gần như hoàn toàn tự động. Khi máy tạo khuôn thay đổi kiểu máy, bộ điều khiển rót pourTECH sẽ truy vấn hệ thống DISA Monitizer®|CIM để lấy kích thước khuôn mới. Dựa trên dữ liệu DISA, bộ điều khiển rót tính toán vị trí đặt điểm rót cho mỗi lần rót. Nó biết chính xác khi nào khuôn mới đầu tiên đến nhà máy chiết rót và tự động chuyển sang trình tự rót mới. Nếu đồ gá đạt đến cuối hành trình bất kỳ lúc nào, máy DISAMATIC® sẽ dừng lại và đồ gá tự động quay trở lại. Khi khuôn mới đầu tiên được lấy ra khỏi máy, người vận hành sẽ được cảnh báo để có thể kiểm tra trực quan xem nó có ở đúng vị trí hay không. Lợi ích của quá trình đúc liền mạch Các quy trình đúc thủ công truyền thống hoặc các hệ thống tự động kém phức tạp hơn có thể dẫn đến mất thời gian sản xuất trong quá trình thay đổi mẫu, điều này là không thể tránh khỏi ngay cả với việc thay đổi khuôn nhanh chóng trên máy đúc. Việc thiết lập lại bộ phận rót và khuôn rót thủ công chậm hơn, cần nhiều người vận hành hơn và dễ xảy ra lỗi như hiện tượng loe miệng chai. Ortrander nhận thấy rằng khi đóng chai bằng tay, nhân viên của ông cuối cùng trở nên mệt mỏi, mất tập trung và mắc lỗi, chẳng hạn như lơ là. Việc tích hợp liền mạch quá trình đúc và rót cho phép các quy trình nhanh hơn, nhất quán hơn và chất lượng cao hơn đồng thời giảm thiểu lãng phí và thời gian ngừng hoạt động. Với Ortrander, việc chiết rót tự động loại bỏ ba phút trước đây cần thiết để điều chỉnh vị trí của bộ phận chiết rót trong quá trình thay đổi mẫu. Toàn bộ quá trình chuyển đổi trước đây mất 4,5 phút, ông Williams-Book cho biết. Giờ đây chỉ còn chưa đến hai phút. Bằng cách thay đổi từ 8 đến 12 mẫu mỗi ca, nhân viên của Ortrander hiện chỉ mất khoảng 30 phút mỗi ca, bằng một nửa so với trước đây. Chất lượng được nâng cao nhờ tính nhất quán cao hơn và khả năng liên tục tối ưu hóa quy trình. Ortrander đã giảm thiểu lãng phí khoảng 20% ​​bằng cách áp dụng phương pháp đúc liền mạch. Ngoài việc giảm thời gian ngừng hoạt động 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 làm việc, ba người có thể vận hành hai dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh. Giám sát là hầu hết những gì các công nhân này làm: ngoài việc chọn mẫu tiếp theo, quản lý hỗn hợp cát và vận chuyển kim loại nóng chảy, họ có rất ít công việc thủ công. Một lợi ích khác là giảm nhu cầu về nhân viên có kinh nghiệm, những người rất khó tìm. Mặc dù tự động hóa đòi hỏi một số đào tạo cho 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. Lợi ích từ dữ liệu của phương pháp 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 cho kết quả khác nhau.” Vì vậy, họ đúc ở cùng nhiệt độ và mức độ trong 10 giây, nhưng một số sản phẩm đúc tốt và một số sản phẩm đúc xấu. Bằng cách bổ sung các cảm biến tự động, thu thập dữ liệu có dấu thời gian cho từng thông số quy trình và giám sát kết quả, hệ thống đúc liền mạch tích hợp tạo ra một chuỗi dữ liệu quy trình liên quan, giúp dễ dàng xác định nguyên nhân gốc rễ khi chất lượng bắt đầu suy giảm. Ví dụ, nếu có tạp chất bất thường xuất hiện trong một lô 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 của máy ép khuôn, nhà máy đúc và các chức năng khác như lò nung và máy trộn cát hoạt động đồng bộ, dữ liệu mà chúng tạo ra có thể được phân tích để xác định mối quan hệ trong suốt quy trình, từ đặc tính của cát đến chất lượng bề mặt cuối cùng của sản phẩm đúc. Một ví dụ có thể là mức độ rót và nhiệt độ ảnh hưởng đến việc điền đầy 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 học máy 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 móc, phép đo cảm biến và mẫu thử nghiệm. Đối với mỗi lần đúc khuôn, khoảng một nghìn thông số được thu thập. Trước đây, hệ thống chỉ ghi lại thời gian cần thiết cho mỗi lần rót, nhưng giờ đây nó biết chính xác mức chất lỏng trong vòi rót mỗi giây, cho phép nhân viên giàu kinh nghiệm kiểm tra xem thông số này ảnh hưởng như thế nào đến các chỉ số khác, cũng như chất lượng cuối cùng của sản phẩm đúc. Liệu chất lỏng có được rút hết khỏi vòi rót trong khi khuôn đang được đổ đầy, hay vòi rót được đổ đầy ở mức gần như không đổi trong suốt quá trình đổ đầy? Ortrander sản xuất từ ​​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 rót trong cơ sở dữ liệu pourTECH trong trường hợp có vấn đề về chất lượng. Tìm ra cách tự động đánh giá các hình ảnh này là mục tiêu trong tương lai. Kết luận. Quá trình tạo hình và rót tự động đồng thời giúp tăng tốc độ, chất lượng ổn định hơn và giảm thiểu lãng phí. Với quá trình đúc trơn tru và thay đổi khuôn tự động, dây chuyền sản xuất hoạt động hiệu quả một cách tự chủ, chỉ cần nỗ lực thủ công tối thiểu. Vì người vận hành đóng vai trò giám sát, nên cần ít nhân viên hơn. Đúc liền mạch hiện đang 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 được thiết kế riêng cho nhu cầu của mình, nhưng công nghệ để triển khai nó đã được chứng minh hiệu quả, hiện có sẵn từ DISA và đối tác pour-tech AB, và không đòi hỏi nhiều công sức. Việc tùy chỉnh cũng có thể được thực hiện. Việc tăng cường sử dụng trí tuệ nhân tạo và tự động hóa thông minh trong các xưởng đúc vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, nhưng khi các xưởng đúc và các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) thu thập thêm dữ liệu và kinh nghiệm trong hai đến ba năm tới, quá trình chuyển đổi sang tự động hóa sẽ tăng tốc đáng kể. Giải pháp này hiện là tùy chọn, tuy nhiên, vì trí tuệ dữ liệu là cách tốt nhất để tối ưu hóa quy trình và cải thiện lợi nhuận, việc tự động hóa và thu thập dữ liệu nhiều hơn đang trở thành tiêu chuẩn chứ không phải 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. Giờ đây, khi công nghệ đúc liền mạch được kết hợp với tự động hóa cao hơn và các hệ thống Công nghiệp 4.0, dữ liệu đang nhanh chóng trở thành trụ cột thứ ba cho sự thành công của xưởng đúc.
—Chúng tôi chân thành cảm ơn pour-tech và Ortrader Eisenhütte về những ý kiến ​​đóng góp trong quá trình chuẩn bị bài viết này.
Vâng, tôi muốn nhận bản tin hai tuần một lần của Foundry-Planet với tất cả các tin tức, bài kiểm tra và báo cáo mới nhất về sản phẩm và vật liệu. Thêm vào đó là các bản tin đặc biệt – tất cả đều có thể hủy đăng ký miễn phí bất cứ lúc nào.