moulage automatique

Les fonderies adoptent de plus en plus l'automatisation des processus basée sur les données pour atteindre leurs objectifs à long terme : qualité supérieure, réduction des déchets, disponibilité maximale et coûts minimaux. La synchronisation numérique entièrement intégrée des processus de coulée et de moulage (coulée sans soudure) est particulièrement précieuse pour les fonderies confrontées aux défis de la production à flux tendu, de la réduction des temps de cycle et de la fréquence accrue des changements de modèles. Grâce à des systèmes de moulage et de coulée automatisés et parfaitement intégrés, le processus de coulée est plus rapide et la qualité des pièces produites est supérieure et plus constante. Le processus de coulée automatisé comprend la surveillance de la température de coulée, l'alimentation en matériau d'inoculation et le contrôle de chaque moule. Ceci améliore la qualité de chaque pièce coulée et réduit le taux de rebut. Cette automatisation complète réduit également le besoin d'opérateurs hautement qualifiés. Les opérations sont également plus sûres grâce à la réduction du nombre d'opérateurs impliqués. Cette vision n'est pas une vision d'avenir ; elle est déjà une réalité. Des outils tels que l'automatisation et la robotique en fonderie, la collecte et l'analyse des données ont évolué au fil des décennies, mais les progrès se sont accélérés récemment grâce au développement du calcul haute performance abordable et des capteurs en réseau avancés de l'Industrie 4.0, ainsi que des systèmes de contrôle compatibles. Grâce à des solutions et des partenaires, les fonderies peuvent désormais se doter d'une infrastructure robuste et intelligente pour mener à bien des projets plus ambitieux, en coordonnant de multiples sous-processus auparavant indépendants. Le stockage et l'analyse des données de processus collectées par ces systèmes automatisés et intégrés ouvrent la voie à un cercle vertueux d'amélioration continue basée sur les données. Les fonderies peuvent collecter et analyser les paramètres de processus en examinant les données historiques afin d'identifier des corrélations avec les résultats obtenus. Le processus automatisé offre ensuite un environnement transparent permettant de tester, de valider et, si possible, de mettre en œuvre rapidement et de manière approfondie toute amélioration identifiée par l'analyse.
Défis du moulage sans soudure : Avec la tendance à la production à flux tendu, les clients utilisant les lignes de moulage DISAMATIC® doivent souvent changer fréquemment de modèles entre les petits lots. Grâce à des équipements tels que le changeur de poudre automatique (APC) ou le changeur de poudre rapide (QPC) de DISA, les moules peuvent être changés en une minute seulement. Avec ces changements de modèles à grande vitesse, le goulot d'étranglement du processus se déplace généralement vers la coulée – le temps nécessaire pour déplacer manuellement le répartiteur après un changement de modèle. Le moulage sans soudure est la meilleure solution pour optimiser cette étape. Bien que la coulée soit souvent déjà partiellement automatisée, l'automatisation complète exige une intégration parfaite des systèmes de contrôle de la ligne de moulage et de l'équipement de remplissage, afin qu'ils fonctionnent de manière parfaitement synchrone dans toutes les situations. Pour ce faire, l'unité de coulée doit savoir précisément où couler le moule suivant en toute sécurité et, si nécessaire, ajuster sa position. Mettre en place un remplissage automatique efficace dans un processus de production stable avec le même moule n'est pas si difficile. À chaque fabrication d'un nouveau moule, la colonne de moulage se déplace d'une distance identique (épaisseur du moule). Ainsi, l'unité de remplissage reste en position, prête à remplir le moule vide suivant après l'arrêt de la ligne de production. Seuls de légers ajustements de la position de coulée sont nécessaires pour compenser les variations d'épaisseur du moule dues aux variations de compressibilité du sable. Grâce aux nouvelles fonctionnalités de la ligne de moulage, qui permettent une plus grande constance des positions de coulée lors d'une production régulière, le besoin de ces ajustements précis a été encore réduit. Après chaque coulée, la ligne de moulage effectue un nouveau déplacement, positionnant le moule vide suivant pour la coulée suivante. Pendant ce temps, le dispositif de remplissage peut être réapprovisionné. Lors du changement de modèle, l'épaisseur du moule peut varier, ce qui nécessite une automatisation complexe. Contrairement au procédé horizontal en bac à sable, où la hauteur du bac est fixe, le procédé vertical DISAMATIC® permet d'ajuster l'épaisseur du moule à l'épaisseur exacte requise pour chaque série de modèles, afin de maintenir un rapport sable/fer constant et de compenser la hauteur du modèle. Ceci représente un avantage majeur pour garantir une qualité de coulée optimale et une utilisation efficace des ressources, mais les variations d'épaisseur des moules complexifient le contrôle automatique de la coulée. Après un changement de modèle, la machine DISAMATIC® lance la production du lot suivant de moules de même épaisseur, tandis que la machine de remplissage continue de remplir les moules du modèle précédent, dont l'épaisseur peut être différente. Pour pallier ce problème, la ligne de moulage et l'unité de remplissage doivent fonctionner de manière parfaitement synchronisée, produisant des moules d'une épaisseur donnée et coulant en toute sécurité les moules d'une autre épaisseur. Coulée continue après changement de modèle : après un changement de modèle, l'épaisseur du moule restant entre les machines de moulage demeure inchangée. L'unité de coulée issue du modèle précédent reste la même, mais comme le nouveau moule sortant de la machine de moulage peut être plus épais ou plus fin, la chaîne de coulée peut avancer de distances différentes à chaque cycle, jusqu'à l'épaisseur de la nouvelle pièce. Cela signifie qu'à chaque cycle de la machine de moulage, le système de coulée continue doit ajuster la position de coulée en vue de la coulée suivante. Une fois le lot de moules précédent coulé, l'épaisseur du moule redevient constante et la production reprend son cours normal. Par exemple, si le nouveau moule a une épaisseur de 150 mm au lieu des 200 mm utilisés précédemment, le dispositif de coulée doit reculer de 50 mm vers la machine de moulage à chaque cycle de celle-ci afin d'être en position de coulée optimale. Pour qu'une installation de coulée puisse se préparer à la coulée lorsque la colonne de moule s'arrête, le contrôleur de l'installation de remplissage doit connaître précisément le moule dans lequel la pièce sera coulée, ainsi que le moment et le point d'arrivée du dispositif dans la zone de coulée. Avec un nouveau modèle capable de produire des moules épais tout en coulant des moules fins, le système devrait pouvoir couler deux moules en un seul cycle. Par exemple, lors de la fabrication d'un moule de 400 mm de diamètre et de la coulée d'un moule de 200 mm de diamètre, le dispositif de coulée doit se trouver à 200 mm de la machine de moulage pour chaque moule fabriqué. À un certain moment, la course de 400 mm repoussera deux moules de 200 mm de diamètre non remplis hors de la zone de coulée potentielle. Dans ce cas, la machine de moulage doit attendre que le dispositif de remplissage ait terminé de couler les deux moules de 200 mm avant de passer à la course suivante. De même, lors de la fabrication de moules fins, le système de coulée doit pouvoir interrompre complètement la coulée dans le cycle tout en continuant à couler des moules épais. Par exemple, lors de la fabrication d'un moule de 200 mm de diamètre et de la coulée d'un moule de 400 mm de diamètre, le placement d'un nouveau moule de 400 mm de diamètre dans la zone de coulée implique la fabrication de deux moules de 200 mm de diamètre. Le suivi, les calculs et l'échange de données nécessaires à un système intégré de moulage et de coulée pour assurer une coulée automatisée sans problème, comme décrit ci-dessus, ont représenté des défis pour de nombreux fournisseurs d'équipements par le passé. Mais grâce aux machines modernes, aux systèmes numériques et aux meilleures pratiques, une coulée continue peut être (et a été) réalisée rapidement avec une configuration minimale. La principale exigence est une forme de « comptabilisation » du processus, fournissant des informations en temps réel sur l'emplacement de chaque moule. Le système Monitizer®|CIM (module intégré par ordinateur) de DISA atteint cet objectif en enregistrant chaque moule fabriqué et en suivant son déplacement tout au long de la ligne de production. Fonctionnant comme un chronomètre, il génère des flux de données horodatés qui calculent la position de chaque moule et de sa buse sur la ligne de production chaque seconde. Si nécessaire, il échange des données en temps réel avec le système de contrôle de la ligne de remplissage et d'autres systèmes pour une synchronisation précise. Le système DISA extrait de la base de données CIM les données importantes de chaque moule, telles que son épaisseur et sa compatibilité avec le remplissage, et les transmet au système de contrôle de la ligne de remplissage. Grâce à ces données précises (générées après l'extrusion du moule), le système de remplissage positionne correctement l'ensemble de coulée avant l'arrivée du moule, puis ouvre la tige d'arrêt pendant que le moule est encore en mouvement. Le moule arrive ainsi à temps pour recevoir la matière fondue de la ligne de coulée. Ce timing parfait est crucial : la matière fondue atteint la cuve de coulée avec précision. Le temps de coulée représente un goulot d'étranglement fréquent en termes de productivité. En synchronisant parfaitement le début de la coulée, les temps de cycle peuvent être réduits de plusieurs dixièmes de seconde. Le système de moulage DISA transfère également les données pertinentes de la machine à mouler, telles que la taille actuelle du moule et la pression d'injection, ainsi que des données de processus plus générales comme la compressibilité du sable, vers le Monitizer®|CIM. Ce dernier reçoit et stocke ensuite les paramètres critiques de qualité pour chaque moule provenant de l'unité de remplissage, tels que la température et la durée de coulée, ainsi que le succès des processus de coulée et d'inoculation. Cela permet de marquer les moules défectueux et de les séparer avant le mélange dans le système de secouage. Outre l'automatisation des machines à mouler, des lignes de moulage et de la coulée, le Monitizer®|CIM fournit un cadre conforme à l'Industrie 4.0 pour l'acquisition, le stockage, le reporting et l'analyse des données. La direction de la fonderie peut consulter des rapports détaillés et explorer les données en profondeur pour suivre les problèmes de qualité et identifier les axes d'amélioration. L'expérience de fonderie sans faille d'Ortrader. Ortrader Eisenhütte est une fonderie familiale allemande spécialisée dans la production de pièces moulées en fonte de haute qualité, en moyennes séries, destinées aux composants automobiles, aux poêles à bois industriels, aux infrastructures et aux pièces de machines générales. La fonderie produit de la fonte grise, de la fonte ductile et de la fonte à graphite compacté, et fabrique environ 27 000 tonnes de pièces moulées de haute qualité par an, en deux équipes, cinq jours par semaine. Ortrader exploite quatre fours de fusion par induction de 6 tonnes et trois lignes de moulage DISA, produisant environ 100 tonnes de pièces moulées par jour. Cela inclut des séries de production courtes d'une heure, voire moins pour les clients importants, ce qui nécessite un changement fréquent des moules. Afin d'optimiser la qualité et l'efficacité, le PDG, Bernd H. Williams-Book, a investi des ressources considérables dans l'automatisation et l'analyse des données. La première étape a consisté à automatiser le processus de fusion et de dosage de la fonte, en modernisant trois fours de coulée existants grâce au système pourTECH de dernière génération, qui intègre la technologie laser 3D, l'incubation et le contrôle de la température. Les fours, les lignes de moulage et de coulée sont désormais contrôlés et synchronisés numériquement, fonctionnant de manière quasi entièrement automatique. Lors d'un changement de modèle de moule, le contrôleur de coulée pourTECH interroge le système DISA Monitizer®|CIM pour obtenir les nouvelles dimensions du moule. À partir des données DISA, le contrôleur calcule l'emplacement du point de coulée pour chaque cycle. Il détecte précisément l'arrivée du premier nouveau moule à l'unité de remplissage et bascule automatiquement vers la nouvelle séquence de coulée. Si le gabarit atteint la fin de sa course, la machine DISAMATIC® s'arrête et le gabarit revient automatiquement à sa position initiale. Dès le retrait du premier nouveau moule, l'opérateur est averti afin de vérifier visuellement son bon positionnement. Les avantages d'une coulée sans interruption : les procédés de coulée manuelle traditionnels ou les systèmes automatisés moins complexes peuvent entraîner des pertes de temps de production lors des changements de modèle, inévitables même avec des changements de moule rapides sur une machine à mouler. La réinitialisation manuelle du verseur et des moules est plus lente, nécessite davantage d'opérateurs et est sujette à des erreurs telles que le bavure. Ortrader a constaté que la mise en bouteille manuelle entraînait fatigue, perte de concentration et erreurs chez ses employés, notamment un relâchement de leur travail. L'intégration fluide du moulage et du coulage permet des processus plus rapides, plus homogènes et de meilleure qualité, tout en réduisant les déchets et les temps d'arrêt. Grâce à Ortrader, le remplissage automatique élimine les trois minutes auparavant nécessaires au réglage de la position de l'unité de remplissage lors des changements de modèle. « L'ensemble du processus de conversion prenait auparavant 4,5 minutes », a déclaré M. Williams-Book. « Aujourd'hui, il prend moins de deux minutes. » En changeant entre 8 et 12 modèles par poste, les employés d'Ortrader consacrent désormais environ 30 minutes par poste, soit deux fois moins qu'auparavant. La qualité est améliorée grâce à une plus grande homogénéité et à la possibilité d'optimiser les processus en continu. Ortrader a réduit ses déchets d'environ 20 % grâce à l'introduction du moulage sans soudure. Outre la réduction des temps d'arrêt lors des changements de modèles, la ligne complète de moulage et de coulage ne nécessite plus que deux personnes au lieu de trois. Sur certains postes, trois personnes peuvent gérer deux lignes de production complètes. La surveillance est l'activité principale de ces opérateurs : hormis la sélection du modèle suivant, la gestion des mélanges de sable et le transport du métal en fusion, leurs tâches manuelles sont rares. Autre avantage : la réduction du besoin en personnel qualifié, difficile à recruter. Si l'automatisation requiert une formation des opérateurs, elle leur fournit les informations essentielles sur le processus, leur permettant ainsi de prendre les bonnes décisions. À l'avenir, les machines pourraient bien prendre toutes les décisions. Les données issues du moulage sans soudure : lorsqu'elles cherchent à améliorer un processus, les fonderies constatent souvent : « Nous faisons la même chose de la même manière, mais les résultats sont différents. » Elles coulent donc à la même température et au même niveau pendant 10 secondes, mais certaines pièces sont réussies, d'autres non. En ajoutant des capteurs automatisés, en collectant des données horodatées pour chaque paramètre du processus et en surveillant les résultats, un système de moulage sans soudure intégré crée une chaîne de données corrélées, facilitant l'identification des causes profondes d'une dégradation de la qualité. Par exemple, si des inclusions inattendues apparaissent dans un lot de disques de frein, les responsables peuvent rapidement vérifier que les paramètres restent dans les limites acceptables. Grâce au fonctionnement coordonné des systèmes de contrôle de la machine de moulage, de l'installation de fonderie et d'autres équipements tels que les fours et les mélangeurs de sable, les données générées peuvent être analysées afin d'identifier les interactions tout au long du processus, des propriétés du sable à la qualité de surface finale de la pièce moulée. À titre d'exemple, on peut étudier l'influence du niveau et de la température de coulée sur le remplissage du moule pour chaque modèle. La base de données ainsi constituée jette également les bases de l'utilisation future de techniques d'analyse automatisées, telles que l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle (IA), pour optimiser les processus. Ortrader collecte les données de processus en temps réel via les interfaces machines, les mesures des capteurs et des échantillons de test. Pour chaque moulage, environ un millier de paramètres sont collectés. Auparavant, seul le temps de coulée était enregistré ; désormais, le niveau de la buse de coulée est connu avec précision à chaque seconde, permettant ainsi au personnel qualifié d'examiner l'influence de ce paramètre sur d'autres indicateurs, ainsi que sur la qualité finale de la pièce moulée. Le liquide s'écoule-t-il de la buse de coulée pendant le remplissage du moule, ou celle-ci reste-t-elle remplie à un niveau quasi constant ? Ortrader produit entre trois et cinq millions de moules par an et a ainsi collecté une quantité considérable de données. Ortrader stocke également plusieurs images de chaque coulée dans la base de données pourTECH en cas de problème de qualité. L'évaluation automatique de ces images est un objectif futur. En conclusion, le formage et la coulée automatisés et simultanés permettent des processus plus rapides, une qualité plus constante et moins de déchets. Grâce à une coulée fluide et un changement de modèle automatique, la ligne de production fonctionne de manière autonome, ne nécessitant qu'une intervention manuelle minimale. L'opérateur jouant un rôle de supervision, le personnel requis est réduit. La coulée sans soudure est désormais utilisée dans de nombreux pays et peut être appliquée à toutes les fonderies modernes. Chaque fonderie nécessitera une solution légèrement différente, adaptée à ses besoins, mais la technologie de mise en œuvre est éprouvée, actuellement disponible auprès de DISA et de son partenaire pour-tech AB, et ne requiert pas de développement important. Des solutions sur mesure sont possibles. L'utilisation accrue de l'intelligence artificielle et de l'automatisation intelligente dans les fonderies est encore en phase de test, mais à mesure que les fonderies et les équipementiers collecteront davantage de données et d'expérience au cours des deux à trois prochaines années, la transition vers l'automatisation s'accélérera considérablement. Cette solution est actuellement optionnelle. Cependant, l'exploitation des données étant le meilleur moyen d'optimiser les processus et d'améliorer la rentabilité, l'automatisation et la collecte de données s'imposent comme des pratiques courantes plutôt que comme des projets expérimentaux. Autrefois, les principaux atouts d'une fonderie étaient son modèle et l'expérience de ses employés. Désormais, grâce à la combinaison de la coulée continue, d'une automatisation accrue et des systèmes de l'Industrie 4.0, les données deviennent rapidement le troisième pilier de la réussite d'une fonderie.
—Nous remercions sincèrement pour-tech et Ortrader Eisenhütte pour leurs commentaires lors de la préparation de cet article.
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