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 sem emendas) é especialmente valiosa para fundições que enfrentam os desafios da produção just-in-time, tempos de ciclo reduzidos e trocas de modelo mais frequentes. Com sistemas automatizados de moldagem e fundição perfeitamente interligados, o processo de fundição se torna 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 fundição e reduz a taxa de refugo. Essa automação abrangente também reduz a necessidade de operadores com anos de experiência especializada. As operações também se tornam mais seguras porque há menos trabalhadores envolvidos no geral. Essa visão não é uma visão do futuro; está acontecendo agora. Ferramentas como automação de fundição e robótica, coleta e análise de dados evoluíram ao longo de décadas, mas o progresso se acelerou recentemente com o desenvolvimento de computação de alto desempenho acessível e sensores em rede avançados da Indústria 4.0 e sistemas de controle compatíveis. Soluções e parceiros agora permitem que as fundições criem uma infraestrutura robusta e inteligente para dar suporte a projetos mais ambiciosos, reunindo vários subprocessos anteriormente independentes para coordenar seus esforços. Armazenar e analisar dados de processo coletados por esses sistemas automatizados e integrados também abre as portas 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, então, fornece um ambiente transparente no qual quaisquer melhorias identificadas pela análise podem ser testadas, validadas e, quando possível, implementadas de forma completa e rápida.
Desafios da Moldagem Sem Costura Devido à tendência para a produção just-in-time, os clientes que usam linhas de moldagem DISAMATIC® frequentemente precisam trocar os modelos com frequência entre pequenos lotes. Usando equipamentos como um Trocador Automático de Pó (APC) ou um Trocador Rápido de Pó (QPC) da DISA, os moldes podem ser trocados em apenas um minuto. À medida que ocorrem mudanças de molde em alta velocidade, o gargalo no processo tende a se deslocar para o vazamento — o tempo necessário para mover manualmente o distribuidor para vazar após uma mudança de molde. A fundição sem costura é a melhor maneira de melhorar esta etapa do processo de fundição. Embora a fundição muitas vezes já seja parcialmente automatizada, a automação completa requer integração perfeita dos sistemas de controle da linha de moldagem e do equipamento de enchimento para que eles operem completamente sincronizados em todas as situações operacionais possíveis. Para conseguir isso de forma confiável, a unidade de vazamento deve saber exatamente onde é seguro vazar o próximo molde e, se necessário, ajustar a posição da unidade de enchimento. Alcançar um enchimento automático eficiente em um processo de produção estável do mesmo molde não é tão difícil. Cada vez que um novo molde é fabricado, a coluna do molde se move na mesma distância (espessura do molde). Dessa forma, a unidade de enchimento 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 as 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 a produção. Após a conclusão de cada vazamento, a linha de moldagem se move um curso novamente, posicionando o próximo molde vazio para iniciar o próximo vazamento. Enquanto isso, o dispositivo de enchimento pode ser reabastecido. Ao trocar o modelo, a espessura do molde pode mudar, o que requer automação complexa. Ao contrário do processo de caixa de areia horizontal, em que 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, a fim de manter uma proporção constante de areia para ferro 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 a variação da espessura do molde torna o controle automático da fundição mais desafiador. Após uma troca de modelo, a máquina DISAMATIC® começa a produzir o próximo lote de moldes com a mesma espessura, mas a máquina de envase na linha ainda envasa os moldes do modelo anterior, que podem ter uma 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 outro com segurança. Vazamento sem emendas após a troca do molde. Após a troca do molde, 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 máquina de moldagem pode ser mais espesso ou mais fino, toda a coluna pode avançar em distâncias diferentes em cada ciclo – até a espessura da nova forma. Isso significa que, a cada curso da máquina de moldagem, o sistema de fundição sem emendas deve ajustar a posição de fundição em preparação para a próxima fundição. Após a vazamento do lote anterior de moldes, a espessura do molde se torna 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 deve 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 para de se mover, o controlador da planta de enchimento deve saber exatamente em qual molde ela estará vazando e quando e onde chegará na área de vazamento. Usando um novo modelo que produz moldes grossos enquanto funde moldes finos, o sistema deve 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 aguardar até que o dispositivo de enchimento tenha concluído o vazamento dos dois moldes de 200 mm antes de passar para o próximo ciclo. Ou, ao fabricar moldes finos, o vazador deve ser capaz de pular completamente o vazamento no ciclo, enquanto ainda vaza moldes grossos. Por exemplo, ao fabricar um molde de 200 mm de diâmetro e vazar um molde de 400 mm de diâmetro, a colocação de um novo molde de 400 mm de diâmetro na área de vazamento significa que dois moldes de 200 mm de diâmetro precisam ser fabricados. O rastreamento, os cálculos e a troca de dados necessários para que um sistema integrado de moldagem e vazamento forneça um vazamento automatizado sem problemas, conforme descrito acima, representaram desafios para muitos fornecedores de equipamentos no passado. Mas, graças a máquinas modernas, sistemas digitais e melhores práticas, o vazamento contínuo pode ser (e tem sido) alcançado rapidamente com configuração mínima. O principal requisito é alguma forma de "contabilidade" do processo, fornecendo informações sobre a localização de cada molde em tempo real. O sistema Monitizer®|CIM (Módulo Integrado por Computador) da DISA atinge esse objetivo registrando cada molde fabricado e rastreando seu movimento pela linha de produção. Como um temporizador de processo, ele gera uma série de fluxos de dados com registro de tempo 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 se 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 da chegada do molde e, em seguida, começar a abrir a haste de fechamento enquanto o molde ainda está em movimento. O molde chega a tempo de receber o ferro da planta de vazamento. Esse tempo ideal é crucial, ou seja, a massa fundida atinge o copo de vazamento com precisão. O tempo de vazamento é um gargalo comum na 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. Isso permite que formas individuais sejam marcadas como ruins e separadas antes da mistura 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 análises. A gerência da fundição pode visualizar relatórios detalhados e detalhar os dados para rastrear problemas de qualidade e impulsionar potenciais melhorias. Experiência em Fundição Sem Costura 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 pesados ​​e infraestrutura, e peças de máquinas em geral. A fundição produz ferro cinzento, ferro dúctil e ferro grafite compactado, produzindo 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. Isso inclui pequenas tiragens de uma hora, às vezes menos para clientes importantes, de modo que o modelo precisa 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, modernizando três fornos de fundição existentes usando o mais recente sistema pourTECH, que inclui tecnologia a laser 3D, incubação e controle de temperatura. Fornos, moldagem e linhas de fundição agora são controlados e sincronizados digitalmente, operando quase completamente de forma automática. Quando a máquina de moldagem muda de modelo, o controlador de vazamento pourTECH consulta o sistema DISA Monitizer®|CIM para as novas dimensões do molde. Com base nos dados DISA, o controlador de vazamento calcula onde posicionar o nó de vazamento para cada vazamento. Ele sabe exatamente quando o primeiro novo molde chega à planta de enchimento e muda automaticamente para a nova sequência de vazamento. Se o gabarito atingir o fim de seu curso a qualquer momento, a máquina DISAMATIC® para e o gabarito retorna automaticamente. Quando o primeiro novo molde é removido da máquina, o operador é alertado para que possa verificar visualmente se está na posição correta. Os benefícios da fundição sem emendas Os processos tradicionais de fundição manual ou sistemas automatizados menos complexos podem resultar em perda de tempo de produção durante as trocas de modelo, o que é inevitável mesmo com trocas rápidas de molde em uma máquina de moldagem. A redefinição manual do vazador e dos moldes de vazamento é mais lenta, requer mais operadores e está sujeita a erros como alargamento. Ortrander descobriu que, ao engarrafar manualmente, seus funcionários acabavam se cansando, perdiam a concentração e cometiam erros, como preguiça. A integração perfeita entre moldagem e vazamento permite processos mais rápidos, consistentes e de maior qualidade, reduzindo o desperdício e o tempo de inatividade. Com a Ortrander, o enchimento automático elimina os três minutos que antes eram necessários para ajustar a posição da unidade de enchimento durante as trocas de modelo. Todo o processo de conversão costumava levar 4,5 minutos, disse o Sr. Williams-Book. Hoje, menos de dois minutos. Trocando entre 8 e 12 modelos por turno, os funcionários da Ortrander agora gastam cerca de 30 minutos por turno, metade do que antes. A qualidade é aprimorada por meio de maior consistência e da capacidade de otimizar continuamente os processos. A Ortrander reduziu o desperdício em aproximadamente 20% com a introdução da fundição sem emendas. 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 o que esses trabalhadores fazem: além de selecionar o próximo modelo, gerenciar as misturas de areia e transportar a massa fundida, eles têm poucas tarefas manuais. Outro benefício é a menor necessidade de funcionários experientes, que são difíceis de encontrar. Embora a automação exija algum treinamento do operador, ela fornece às pessoas as informações críticas do processo necessárias para tomar boas decisões. No futuro, as máquinas poderão tomar todas as decisões. Dividendos de dados da fundição sem emendas Ao tentar melhorar um processo, as fundições costumam dizer: "Fazemos a mesma coisa da mesma maneira, mas com resultados diferentes". Assim, elas fundem na mesma temperatura e nível por 10 segundos, mas algumas fundições são boas e outras são ruins. Ao adicionar sensores automatizados, coletar dados com registro de data e hora de cada parâmetro do processo e monitorar os resultados, um sistema integrado de fundição sem emendas cria uma cadeia de dados de processo relacionados, facilitando a identificação das causas raiz quando a qualidade começa a se deteriorar. Por exemplo, se ocorrerem inclusões inesperadas em um lote de discos de freio, os gerentes podem 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, trabalham em conjunto, os dados que eles geram podem ser analisados ​​para identificar relações ao longo do processo, desde as propriedades da areia até a qualidade final da superfície da fundição. Um possível exemplo é como o nível de vazamento e a temperatura afetam o enchimento do molde para cada modelo individual. O banco de dados resultante também estabelece a base 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 máquina, medições de sensores e amostras de teste. Para cada fundição de molde, cerca de mil parâmetros são coletados. 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 a 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. A Ortrander também armazena várias imagens de cada vazamento no banco de dados pourTECH para o caso de problemas de qualidade. Encontrar uma maneira de classificar essas imagens automaticamente é um objetivo futuro. Conclusão. A conformação e o vazamento automatizados simultâneos resultam em processos mais rápidos, qualidade mais consistente e menos desperdício. Com a fundição suave e a troca automática de moldes, a linha de produção opera de forma autônoma e eficaz, exigindo apenas um esforço manual mínimo. Como o operador desempenha um papel de supervisão, menos pessoal é necessário. A fundição sem emendas é agora usada em muitos lugares ao redor do mundo e pode ser aplicada a todas as fundições modernas. Cada fundição exigirá uma solução ligeiramente diferente, adaptada às suas necessidades, mas a tecnologia para implementá-la é comprovadamente confiável, atualmente disponível na DISA e em sua parceira pour-tech AB, e não exige muito trabalho. Trabalhos personalizados podem ser realizados. O uso crescente de inteligência artificial e automação inteligente em fundições ainda está em fase de testes, mas à medida que as fundições e os OEMs coletam mais dados e experiência adicional nos próximos dois a três anos, a transição para a automação se acelerará significativamente. No entanto, essa solução é atualmente opcional, visto que a inteligência de dados é a melhor maneira de otimizar processos e melhorar a lucratividade, uma maior automação e coleta de dados está se tornando uma prática padrão, em vez de um projeto experimental. No passado, os maiores ativos de uma fundição eram seu modelo e a experiência de seus funcionários. Agora que a fundição sem emendas é combinada com 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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