moldagem automática

As fundições estão adotando cada vez mais a automação de processos orientada por dados para atingir metas de longo prazo de maior qualidade, menos desperdício, máximo tempo de atividade e custos mínimos.A sincronização digital totalmente integrada dos processos de vazamento e moldagem (fundição contínua) é especialmente valiosa para fundições que enfrentam os desafios da produção just-in-time, tempos de ciclo reduzidos e mudanças de modelo mais frequentes.Com sistemas automatizados de moldagem e fundição que se interligam perfeitamente, o processo de fundição torna-se mais rápido e peças de maior qualidade são produzidas de forma mais consistente.O processo de vazamento automatizado inclui o monitoramento da temperatura de vazamento, bem como a alimentação do material de inoculação e a verificação de cada molde.Isso melhora a qualidade de cada peça fundida e reduz a taxa de refugo.Esta automação abrangente também reduz a necessidade de operadores com anos de experiência especializada.As operações também se tornam mais seguras porque menos trabalhadores estão envolvidos em geral.Esta visão não é uma visão do futuro;Isso está acontecendo agora.Ferramentas como automação e robótica de fundição, coleta e análise de dados evoluíram ao longo de décadas, mas o progresso acelerou recentemente com o desenvolvimento de computação de alto desempenho acessível e sensores avançados em rede da Indústria 4.0 e sistemas de controle compatíveis.As soluções e os parceiros permitem agora que as fundições criem uma infraestrutura robusta e inteligente para apoiar projetos mais ambiciosos, reunindo vários subprocessos anteriormente independentes para coordenar os seus esforços.Armazenar e analisar dados de processos coletados por esses sistemas automatizados e integrados também abre a porta para um ciclo virtuoso de melhoria contínua orientada por dados.As fundições podem coletar e analisar parâmetros de processo examinando dados históricos para encontrar correlações entre eles e os resultados do processo.O processo automatizado proporciona então um ambiente transparente no qual quaisquer melhorias identificadas pela análise podem ser completa e rapidamente testadas, validadas e, sempre que possível, implementadas.
Desafios da moldagem contínua Devido à tendência à produção just-in-time, os clientes que utilizam linhas de moldagem DISAMATIC® muitas vezes precisam trocar de modelo frequentemente entre pequenos lotes.Usando equipamentos como um Trocador Automático de Pó (APC) ou um Trocador Rápido de Pó (QPC) da DISA, os modelos podem ser alterados em apenas um minuto.À medida que ocorrem mudanças de padrão em alta velocidade, o gargalo no processo tende a mudar para o vazamento – o tempo necessário para mover manualmente o distribuidor para despejar após uma mudança de padrão.A fundição sem costura é a melhor forma de melhorar esta etapa do processo de fundição.Embora a fundição muitas vezes já seja parcialmente automatizada, a automação total requer uma integração perfeita dos sistemas de controle da linha de moldagem e do equipamento de enchimento, para que operem de forma completamente sincronizada em todas as situações operacionais possíveis.Para conseguir isso de forma confiável, a unidade de vazamento deve saber exatamente onde é seguro despejar o próximo molde e, se necessário, ajustar a posição da unidade de enchimento.Conseguir um enchimento automático eficiente num processo de produção estável do mesmo molde não é tão difícil.Cada vez que um novo molde é feito, a coluna do molde se move na mesma distância (espessura do molde).Desta forma, a unidade de envase pode permanecer na mesma posição, pronta para encher o próximo molde vazio após a parada da linha de produção.Apenas pequenos ajustes na posição de vazamento são necessários para compensar alterações na espessura do molde causadas por alterações na compressibilidade da areia.A necessidade desses ajustes finos foi recentemente reduzida ainda mais graças aos novos recursos da linha de moldagem que permitem que as posições de vazamento permaneçam mais consistentes durante uma produção consistente.Após a conclusão de cada vazamento, a linha de moldagem se move novamente um movimento, colocando o próximo molde vazio no lugar para iniciar o próximo vazamento.Enquanto isto acontece, o dispositivo de enchimento pode ser recarregado.Ao mudar o modelo, a espessura do molde pode mudar, o que requer uma automação complexa.Ao contrário do processo de caixa de areia horizontal, onde a altura da caixa de areia é fixa, o processo DISAMATIC® vertical pode ajustar a espessura do molde para a espessura exata necessária para cada conjunto de modelos para manter uma relação areia/ferro constante e levar em conta a altura do modelo.Este é um grande benefício para garantir a qualidade ideal da fundição e a utilização de recursos, mas as diferentes espessuras do molde tornam o controle automático da fundição mais desafiador.Após uma mudança de modelo, a máquina DISAMATIC® passa a produzir o próximo lote de moldes com a mesma espessura, mas a máquina envasadora da linha ainda preenche os moldes do modelo anterior, que podem ter espessura de molde diferente.Para combater isso, a linha de moldagem e a planta de envase devem funcionar perfeitamente como um sistema sincronizado, produzindo moldes de uma espessura e vazando outra com segurança.Derramamento contínuo após mudança de padrão.Após a mudança do padrão, a espessura do molde restante entre as máquinas de moldagem permanece a mesma.A unidade de vazamento feita a partir do modelo anterior permanece a mesma, mas como o novo molde que sai da moldadora pode ser mais grosso ou mais fino, toda a coluna pode avançar em distâncias diferentes em cada ciclo – até a espessura da nova forma.Isto significa que a cada curso da máquina de moldagem, o sistema de fundição sem costura deve ajustar a posição de fundição em preparação para a próxima fundição.Depois que o lote anterior de moldes é vazado, a espessura do molde torna-se constante novamente e a produção estável é retomada.Por exemplo, se o novo molde tiver 150 mm de espessura em vez do molde de 200 mm de espessura que ainda estava sendo vazado anteriormente, o dispositivo de vazamento deverá se mover 50 mm para trás em direção à máquina de moldagem a cada curso da máquina de moldagem para estar na posição correta de vazamento..Para que uma planta de vazamento se prepare para vazar quando a coluna do molde parar de se mover, o controlador da planta de enchimento deve saber exatamente em qual molde será vazado e quando e onde chegará na área de vazamento.Usando um novo modelo que produz moldes grossos enquanto funde moldes finos, o sistema deverá ser capaz de fundir dois moldes em um ciclo.Por exemplo, ao fazer um molde de 400 mm de diâmetro e vazar um molde de 200 mm de diâmetro, o dispositivo de vazamento deve estar a 200 mm de distância da máquina de moldagem para cada molde feito.Em algum ponto, o curso de 400 mm empurrará dois moldes não preenchidos de 200 mm de diâmetro para fora da possível área de vazamento.Neste caso, a máquina de moldagem deve esperar até que o dispositivo de enchimento termine de vazar os dois moldes de 200 mm antes de passar para o próximo golpe.Ou, ao fazer moldes finos, o vazador deve ser capaz de pular completamente o vazamento no ciclo enquanto ainda vaza moldes grossos.Por exemplo, ao fazer um molde de 200 mm de diâmetro e vazar um molde de 400 mm de diâmetro, colocar um novo molde de 400 mm de diâmetro na área de vazamento significa que dois moldes de 200 mm de diâmetro precisam ser feitos.O rastreamento, os cálculos e a troca de dados necessários para um sistema integrado de moldagem e vazamento fornecer vazamento automatizado e sem problemas, conforme descrito acima, apresentaram desafios para muitos fornecedores de equipamentos no passado.Mas graças às máquinas modernas, aos sistemas digitais e às melhores práticas, o vazamento contínuo pode ser (e tem sido) alcançado rapidamente com configuração mínima.O principal requisito é alguma forma de “contabilização” do processo, fornecendo informações sobre a localização de cada formulário em tempo real.O sistema Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) da DISA atinge esse objetivo registrando cada molde feito e rastreando seu movimento através da linha de produção.Como temporizador de processo, ele gera uma série de fluxos de dados com registro de data e hora que calculam a posição de cada molde e seu bico na linha de produção a cada segundo.Se necessário, ele troca dados em tempo real com o sistema de controle da planta de envase e outros sistemas para obter uma sincronização precisa.O sistema DISA extrai dados importantes para cada molde do banco de dados CIM, como espessura do molde e pode/não pode ser vazado, e os envia para o sistema de controle da planta de envase.Usando esses dados precisos (gerados após a extrusão do molde), o vazador pode mover o conjunto de vazamento para a posição correta antes que o molde chegue e então começar a abrir a haste do batente enquanto o molde ainda está em movimento.O molde chega a tempo de receber o ferro da vazadora.Este momento ideal é crucial, ou seja, o produto fundido chega ao copo com precisão.O tempo de vazamento é um gargalo comum de produtividade e, ao cronometrar perfeitamente o início do vazamento, os tempos de ciclo podem ser reduzidos em vários décimos de segundo.O sistema de moldagem DISA também transfere dados relevantes da máquina de moldagem, como o tamanho atual do molde e a pressão de injeção, bem como dados mais amplos do processo, como a compressibilidade da areia, para o Monitizer®|CIM.Por sua vez, o Monitizer®|CIM recebe e armazena parâmetros críticos de qualidade para cada molde da planta de envase, como temperatura de vazamento, tempo de vazamento e o sucesso dos processos de vazamento e inoculação.Isto permite que formas individuais sejam marcadas como ruins e separadas antes de serem misturadas no sistema de agitação.Além de automatizar máquinas de moldagem, linhas de moldagem e fundição, o Monitizer®|CIM fornece uma estrutura compatível com a Indústria 4.0 para aquisição, armazenamento, relatórios e análise.O gerenciamento da fundição pode visualizar relatórios detalhados e detalhar os dados para rastrear problemas de qualidade e gerar possíveis melhorias.A experiência de fundição contínua da Ortrander A Ortrander Eisenhütte é uma fundição familiar na Alemanha especializada na produção de peças fundidas de ferro de médio volume e alta qualidade para componentes automotivos, fogões a lenha para serviços pesados ​​e infraestrutura, além de peças de máquinas em geral.A fundição produz ferro cinzento, ferro dúctil e ferro grafite compactado e produz aproximadamente 27.000 toneladas de peças fundidas de alta qualidade por ano, operando em dois turnos, cinco dias por semana.A Ortrander opera quatro fornos de fusão por indução de 6 toneladas e três linhas de moldagem DISA, produzindo aproximadamente 100 toneladas de peças fundidas por dia.Isto inclui pequenas tiragens de produção de uma hora, às vezes menos para clientes importantes, por isso o modelo tem que ser alterado com frequência.Para otimizar a qualidade e a eficiência, o CEO Bernd H. Williams-Book investiu recursos significativos na implementação de automação e análise.O primeiro passo foi automatizar o processo de fusão e dosagem de ferro, atualizando três fornos de fundição existentes usando o mais recente sistema pourTECH, que inclui tecnologia laser 3D, incubação e controle de temperatura.Fornos e linhas de moldagem e fundição são agora controlados e sincronizados digitalmente, operando quase que totalmente automático.Quando a máquina de moldagem muda de modelo, o controlador de vazamento pourTECH consulta o sistema DISA Monitizer®|CIM para obter as novas dimensões do molde.Com base nos dados DISA, o controlador de vazamento calcula onde colocar o nó de vazamento para cada vazamento.Ele sabe exatamente quando o primeiro molde novo chega à planta de envase e muda automaticamente para a nova sequência de vazamento.Se o gabarito chegar ao fim do seu curso a qualquer momento, a máquina DISAMATIC® para e o gabarito retorna automaticamente.Quando o primeiro molde novo é retirado da máquina, o operador é alertado para verificar visualmente se o mesmo está na posição correta.Os benefícios da fundição sem costura Os processos tradicionais de fundição manual ou sistemas automatizados menos complexos podem resultar em perda de tempo de produção durante as mudanças de modelo, o que é inevitável mesmo com mudanças rápidas de molde em uma máquina de moldagem.A reinicialização manual do vazador e dos moldes de vazamento é mais lenta, requer mais operadores e está sujeita a erros como flare.Ortrander descobriu que, ao engarrafar manualmente, seus funcionários acabavam ficando cansados, perdiam a concentração e cometiam erros, como relaxar.A integração perfeita de moldagem e vazamento permite processos mais rápidos, consistentes e de maior qualidade, ao mesmo tempo que reduz o desperdício e o tempo de inatividade.Com o Ortrander, o enchimento automático elimina os três minutos anteriormente necessários para ajustar a posição da unidade de enchimento durante as mudanças de modelo.Todo o processo de conversão costumava levar 4,5 minutos, disse Williams-Book.Menos de dois minutos hoje.Ao mudar entre 8 e 12 modelos por turno, os funcionários da Ortrander gastam agora cerca de 30 minutos por turno, metade do que antes.A qualidade é melhorada através de uma maior consistência e da capacidade de otimizar continuamente os processos.A Ortrander reduziu o desperdício em aproximadamente 20% ao introduzir a fundição sem costura.Além de reduzir o tempo de inatividade na troca de modelos, toda a linha de moldagem e vazamento requer apenas duas pessoas em vez das três anteriores.Em alguns turnos, três pessoas podem operar duas linhas de produção completas.O monitoramento é quase tudo que esses trabalhadores fazem: além de selecionar o próximo modelo, gerenciar misturas de areia e transportar o material fundido, eles têm poucas tarefas manuais.Outro benefício é a redução da necessidade de colaboradores experientes, difíceis de encontrar.Embora a automação exija algum treinamento do operador, ela fornece às pessoas as informações críticas do processo de que precisam para tomar boas decisões.No futuro, as máquinas poderão tomar todas as decisões.Dividendos de dados da fundição contínua Ao tentar melhorar um processo, as fundições costumam dizer: “Fazemos a mesma coisa da mesma maneira, mas com resultados diferentes”.Então, eles fundiram na mesma temperatura e nível por 10 segundos, mas algumas peças fundidas são boas e outras ruins.Ao adicionar sensores automatizados, coletar dados com registro de data e hora em cada parâmetro do processo e monitorar os resultados, um sistema integrado de fundição contínua cria uma cadeia de dados de processo relacionados, facilitando a identificação das causas raízes quando a qualidade começa a se deteriorar.Por exemplo, se ocorrerem inclusões inesperadas em um lote de discos de freio, os gerentes poderão verificar rapidamente se os parâmetros estão dentro dos limites aceitáveis.Como os controladores da máquina de moldagem, da planta de fundição e de outras funções, como fornos e misturadores de areia, funcionam em conjunto, os dados gerados podem ser analisados ​​para identificar relações ao longo do processo, desde as propriedades da areia até a qualidade da superfície final da peça fundida.Um exemplo possível é como o nível de vazamento e a temperatura afetam o preenchimento do molde para cada modelo individual.O banco de dados resultante também estabelece as bases para o uso futuro de técnicas de análise automatizadas, como aprendizado de máquina e inteligência artificial (IA), para otimizar processos.A Ortrander coleta dados de processo em tempo real por meio de interfaces de máquinas, medições de sensores e amostras de teste.Para cada molde fundido, são coletados cerca de mil parâmetros.Anteriormente, ele registrava apenas o tempo necessário para cada vazamento, mas agora sabe exatamente qual é o nível do bico de vazamento a cada segundo, permitindo que pessoal experiente examine como esse parâmetro afeta outros indicadores, bem como a qualidade final da fundição.O líquido é drenado do bico de vazamento enquanto o molde está sendo preenchido ou o bico de vazamento é preenchido até um nível quase constante durante o enchimento?A Ortrander produz de três a cinco milhões de moldes por ano e coletou uma enorme quantidade de dados.Ortrander também armazena múltiplas imagens de cada vazamento no banco de dados pourTECH em caso de problemas de qualidade.Encontrar uma maneira de avaliar automaticamente essas imagens é um objetivo futuro.Conclusão.A formação e o vazamento automatizados simultâneos resultam em processos mais rápidos, qualidade mais consistente e menos desperdício.Com fundição suave e mudança automática de padrão, a linha de produção opera de forma efetivamente autônoma, exigindo apenas um esforço manual mínimo.Como o operador desempenha uma função de supervisão, é necessário menos pessoal.A fundição sem costura é agora usada em muitos lugares ao redor do mundo e pode ser aplicada em todas as fundições modernas.Cada fundição exigirá uma solução ligeiramente diferente, adaptada às suas necessidades, mas a tecnologia para implementá-la é bem comprovada, atualmente disponível pela DISA e seu parceiro pour-tech AB, e não requer muito trabalho.Trabalhos personalizados podem ser realizados.O aumento do uso de inteligência artificial e automação inteligente em fundições ainda está em fase de testes, mas à medida que as fundições e os OEMs reúnem mais dados e experiência adicional nos próximos dois a três anos, a transição para a automação acelerará significativamente.Esta solução é atualmente opcional, no entanto, como a inteligência de dados é a melhor forma de otimizar processos e melhorar a rentabilidade, uma maior automatização e recolha de dados está a tornar-se uma prática padrão em vez de um projeto experimental.No passado, os maiores trunfos de uma fundição eram o seu modelo e a experiência dos seus colaboradores.Agora que a fundição contínua é combinada com uma maior automação e sistemas da Indústria 4.0, os dados estão rapidamente se tornando o terceiro pilar do sucesso da fundição.
—Agradecemos sinceramente à pour-tech e à Ortrander Eisenhütte pelos comentários durante a preparação deste artigo.
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