moldagem automática

As fundições estão adotando cada vez mais a automação de processos orientada por dados para atingir metas de longo prazo, como maior qualidade, menos desperdício, tempo de atividade máximo 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 conectam perfeitamente, o processo de fundição se torna mais rápido e peças de maior qualidade são produzidas com mais consistência. O processo automatizado de vazamento 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. Essa 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 no geral. Essa visão não é uma visão do futuro; isso está acontecendo agora. Ferramentas como automação e robótica para fundições, 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 da Indústria 4.0 conectados em rede e sistemas de controle compatíveis. As soluções e os parceiros agora permitem que as fundições criem uma infraestrutura robusta e inteligente para dar suporte a projetos mais ambiciosos, reunindo múltiplos subprocessos anteriormente independentes para coordenar seus esforços. O armazenamento e a análise dos dados de processo coletados por esses sistemas automatizados e integrados também abrem caminho 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 de produção just-in-time, os clientes que utilizam linhas de moldagem DISAMATIC® frequentemente precisam trocar de modelo entre pequenos lotes. Com equipamentos como o Trocador Automático de Pó (APC) ou o Trocador Rápido de Pó (QPC) da DISA, os moldes podem ser trocados em apenas um minuto. À medida que as trocas de molde ocorrem em alta velocidade, o gargalo do processo tende a se deslocar para o vazamento — o tempo necessário para mover manualmente o distribuidor para realizar o vazamento após a troca do molde. A moldagem sem costura é a melhor maneira de otimizar essa etapa do processo de fundição. Embora a fundição já seja frequentemente parcialmente automatizada, a automação completa exige a integração perfeita dos sistemas de controle da linha de moldagem e do equipamento de enchimento, para que operem de forma totalmente síncrona em todas as situações operacionais possíveis. Para alcançar 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. Obter um enchimento automático eficiente em um processo de produção estável com o mesmo molde não é tão difícil. A cada novo molde produzido, a coluna de moldagem desloca-se a mesma distância (espessura do molde). Dessa forma, a unidade de enchimento permanece na mesma posição, pronta para preencher o próximo molde vazio após a parada da linha de produção. Apenas pequenos ajustes na posição de vazamento são necessários para compensar as variações na espessura do molde causadas por mudanças na compressibilidade da areia. A necessidade desses ajustes finos foi ainda mais reduzida recentemente graças a novos recursos da linha de moldagem que permitem que as posições de vazamento permaneçam mais consistentes durante a produção contínua. Após cada vazamento, a linha de moldagem move-se mais um curso, posicionando o próximo molde vazio para iniciar o próximo vazamento. Enquanto isso acontece, o dispositivo de enchimento pode ser reabastecido. Ao trocar o modelo, a espessura do molde pode variar, o que exige automação complexa. Diferentemente do processo horizontal em caixa de areia, onde a altura da caixa é fixa, o processo vertical DISAMATIC® permite ajustar a espessura do molde para a espessura exata necessária para cada conjunto de modelos, mantendo uma proporção constante de areia para ferro e levando em consideração a altura do modelo. Isso representa uma grande vantagem para garantir a qualidade ideal da fundição e a utilização otimizada dos recursos, mas a variação na espessura dos moldes torna o controle automático da fundição mais desafiador. Após uma mudança de modelo, a máquina DISAMATIC® inicia a produção do próximo lote de moldes com a mesma espessura, mas a máquina de enchimento na linha continua preenchendo os moldes do modelo anterior, que podem ter uma espessura diferente. Para solucionar esse problema, a linha de moldagem e a planta de enchimento devem operar de forma integrada como um sistema sincronizado, produzindo moldes de uma espessura e vertendo com segurança o material de outra. Vazamento contínuo após a troca de modelo. Após a troca de modelo, a espessura do molde restante entre as máquinas de moldagem permanece a mesma. A unidade de vazamento produzida 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 sequência pode avançar em distâncias diferentes a cada ciclo – até a espessura da nova forma. Isso significa que, a cada ciclo da máquina de moldagem, o sistema de fundição contínua deve ajustar a posição da peça fundida em preparação para a próxima fundição. Após o vazamento do lote anterior de moldes, a espessura do molde volta a ficar constante e a produção estável é retomada. Por exemplo, se o novo molde tiver 150 mm de espessura em vez do molde de 200 mm que ainda estava sendo preenchido anteriormente, o dispositivo de vazamento deve se mover 50 mm para trás em direção à máquina de moldagem a cada curso desta para estar na posição correta de vazamento. Para que uma planta de vazamento se prepare para vazar quando a coluna de moldagem parar de se mover, o controlador da planta de enchimento deve saber exatamente em qual molde o material será despejado e quando e onde ele chegará na área de vazamento. Usando um novo modelo que produz moldes espessos enquanto funde moldes finos, o sistema deve ser capaz de fundir dois moldes em um único ciclo. Por exemplo, ao fabricar 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 fabricado. Em algum momento, o curso de 400 mm empurrará dois moldes vazios de 200 mm de diâmetro para fora da área de vazamento possível. Neste caso, a máquina de moldagem deve aguardar até que o dispositivo de enchimento termine de despejar o material nos dois moldes de 200 mm antes de prosseguir para o próximo ciclo. Ou, ao fabricar moldes finos, o dispositivo de vazamento deve ser capaz de pular completamente o vazamento no ciclo, enquanto ainda despeja o material nos moldes espessos. Por exemplo, ao fabricar um molde de 200 mm de diâmetro e despejar o material em 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 fabricados. O rastreamento, os cálculos e a troca de dados necessários para que um sistema integrado de moldagem e vazamento proporcione um vazamento automatizado e sem problemas, conforme descrito acima, representaram 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 "registro" 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 produzido e rastreando seu movimento ao longo da linha de produção. Como um 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 se o material pode ou não 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 operador pode mover o conjunto de vazamento para a posição correta antes da chegada do molde e, em seguida, começar a abrir a haste de vedação enquanto o molde ainda está em movimento. O molde chega a tempo de receber o ferro fundido da planta de vazamento. Essa sincronização ideal é crucial, ou seja, o material fundido atinge o copo de vazamento com precisão. O tempo de vazamento é um gargalo comum de produtividade e, ao sincronizar 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 abrangentes 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 enchimento, como temperatura de vazamento, tempo de vazamento e o sucesso dos processos de vazamento e inoculação. Isso permite que peças individuais sejam marcadas como defeituosas 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, geração de relatórios e análise. A gerência da fundição pode visualizar relatórios detalhados e explorar os dados para rastrear problemas de qualidade e implementar melhorias potenciais. 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 alta qualidade em volumes médios para componentes automotivos, fogões a lenha de grande porte, infraestrutura e peças de máquinas em geral. A fundição produz ferro fundido cinzento, ferro fundido nodular e ferro fundido com grafita compactada, totalizando 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 indução de 6 toneladas e três linhas de moldagem DISA, produzindo cerca de 100 toneladas de peças fundidas por dia. Isso inclui lotes de produção curtos, de uma hora, às vezes menos para clientes importantes, o que exige a troca frequente do molde. Para otimizar a qualidade e a eficiência, o CEO Bernd H. Williams-Book investiu recursos significativos na implementação de automação e análise de dados. O primeiro passo foi automatizar o processo de fusão e dosagem do ferro, modernizando três fornos de fundição existentes com o mais recente sistema pourTECH, que inclui tecnologia a laser 3D, incubação e controle de temperatura. Os fornos, as linhas de moldagem e fundição agora são controlados e sincronizados digitalmente, operando de forma quase completamente automática. 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 do DISA, o controlador de vazamento calcula onde posicionar o nó de vazamento para cada injeção. Ele sabe exatamente quando o primeiro molde novo chega à planta de enchimento e alterna automaticamente para a nova sequência de vazamento. Se o dispositivo de fixação atingir o final do seu curso a qualquer momento, a máquina DISAMATIC® para e o dispositivo retorna automaticamente. Quando o primeiro molde novo é removido da máquina, o operador é alertado para que possa verificar visualmente se 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 trocas rápidas de moldes em uma máquina de moldagem. O reajuste manual do dispositivo de vazamento e dos moldes de vazamento é mais lento, exige mais operadores e é propenso a erros como alargamento. A Ortrander descobriu que, ao engarrafar manualmente, seus funcionários acabavam se cansando, perdiam a concentração e cometiam erros, como negligência. A integração perfeita da moldagem e do 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 anteriormente 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, leva menos de dois minutos. Ao trocar entre 8 e 12 modelos por turno, os funcionários da Ortrander agora gastam cerca de 30 minutos por turno, metade do tempo anterior. 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 praticamente tudo o que esses trabalhadores fazem: além de selecionar o próximo modelo, gerenciar as misturas de areia e transportar o material fundido, 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 para os operadores, ela fornece a eles as informações críticas do processo necessárias para que tomem boas decisões. No futuro, as máquinas poderão tomar todas as decisões. Dividendos de dados da fundição sem costura. Ao tentar aprimorar 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 peças fundidas ficam boas e outras ruins. Ao adicionar sensores automatizados, coletar dados com registro de data e hora sobre cada parâmetro do processo e monitorar os resultados, um sistema integrado de fundição sem costura cria uma cadeia de dados de processo relacionados, facilitando a identificação das causas principais quando a qualidade começa a se deteriorar. Por exemplo, se inclusões inesperadas ocorrerem 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 geram podem ser analisados ​​para identificar relações ao longo do processo, desde as propriedades da areia até a qualidade final da superfície da peça fundida. Um possível exemplo 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 do processo em tempo real por meio de interfaces de máquina, medições de sensores e amostras de teste. Para cada fundição, cerca de mil parâmetros são coletados. Anteriormente, o sistema 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 profissionais experientes examinem como esse parâmetro afeta outros indicadores, bem como a qualidade final da peça fundida. O líquido é drenado do bico de vazamento enquanto o molde está sendo preenchido ou o bico é preenchido a um nível quase constante durante o processo? A Ortrander produz de três a cinco milhões de moldes por ano e coletou uma enorme quantidade de dados. A empresa também armazena várias imagens de cada vazamento no banco de dados pourTECH para o caso de problemas de qualidade. Encontrar uma maneira de avaliar automaticamente essas imagens é um objetivo futuro. Conclusão: A moldagem e o vazamento automatizados simultâneos resultam em processos mais rápidos, qualidade mais consistente e menos desperdício. Com a fundição sem costura e a troca automática de moldes, a linha de produção opera de forma praticamente autônoma, exigindo apenas um esforço manual mínimo. Como o operador desempenha um papel de supervisão, menos funcionários são necessários. A fundição sem costura já é utilizada em diversos locais 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 comprovada, atualmente disponível na DISA e em sua parceira pour-tech AB, e não exige muito trabalho. Projetos 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 fundições e OEMs coletam mais dados e adquirem experiência adicional nos próximos dois a três anos, a transição para a automação se acelerará significativamente. Essa solução é opcional no momento, porém, como a inteligência de dados é a melhor maneira de otimizar processos e aumentar a lucratividade, maior automação e coleta de dados estão se tornando prática padrão, em vez de projeto experimental. No passado, os maiores ativos de uma fundição eram seu modelo e a experiência de seus funcionários. Agora que a fundição sem costura é combinada com maior automação e sistemas da Indústria 4.0, os dados estão se tornando rapidamente o terceiro pilar do sucesso de uma fundição.
—Agradecemos sinceramente à pour-tech e à Ortrander Eisenhütte pelos comentários durante a preparação deste artigo.
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