Автоматизация заливки на АФЛ фирмы HWS-Sinto (Германия) дополнительно обеспечивает экономичность и качество

При постоянно растущих требованиях к качеству отливок уже недостаточно изготовить хорошую разовую песчаную форму и залить сплав соответствующего химсостава и температуры. Не менее важно обеспечить повторяемость параметров процесса заливки и его контроль в реальном масштабе времени. Для этого фирма HWS-Sinto разработала и производит серию автоматических заливочных систем, интегрированных в состав автоматических формовочных линий (АФЛ), работающих как по Сейатцу, так и по Вакуум-процессу. С такими системами можно ознакомиться как на передовых литейных заводах Западной Европы, так и Восточной Европы, например, на Минском тракторном заводе (МТЗ) и Луганском литейно-механическом заводе (ЛЛМЗ), на каждом из которых уже несколько лет успешно работают по два заливочных устройства (рис. 1.).

Рис. 1. Два заливочных автомата фирмы HWS-Sinto, Германия на ЛЛМЗ, г. Луганск (у АФЛ по Сейатцу-процессу, опока 1020х850х350/200 мм, 240 полных форм в час на одном формовочном автомате)

Показателен и характерен пример инноваций литейного производства ACO Guss, Германия. ACO Guss GmbH – литейная компания, образовавшаяся слиянием двух традиционных предприятий Германии: „Guss- und Armaturenwerk“ в г. Кайзерслаутерн (основано в 1898 г) и „Passavant Guss“ в г. Аарберген (основано в 1652 г).

Показатель эффективности №1 современного литейного производства ACO Guss – 200 т отливок в год на одного сотрудника, включая вспомогательный персонал.

Компания ACO Guss GmbH из г. Кайзерслаутерн (Германия) ежегодно выпускает около 80.000 т отливок из высокопрочного и серого чугуна. На предприятии занято ок. 500 сотрудников. Несмотря на кризисный период мировой экономики, а скорее именно в это наиболее подходящее для модернизации время, предприятие активно развивается: наряду с повышением выпуска литья фирма ACO за прошедшие годы на двух производственных площадках постоянно и системно расширяет уровень своей технологической компетенции. С традициями, берущими начало в 1652 г., предприятие ACO Guss считается ключевым производителем в своей области. Специализация компании – это отливки с малым количеством стержней и комплексные детали средних серий с развесом 5…120 кг преимущественно для автомобильной промышленности, строительной и сельскохозяйственной техники, приводной техники, производства промышленного оборудования и строительства железных дорог (рис.2).

Рис. 2. Модель для одной из двух АФЛ по Сейатцу-процессу и готовая чугунная отливка ACO Guss

Поэтому качество, а также последовательная оптимизация производственных процессов являются неотъемлемыми элементами развития компании. Наряду с сертификацией по DIN EN ISO 9001 компания также соблюдает строгие требования стандартов TS 16949. Более того, детали имеют действительный во всем мире сертификат 3.1 (B) согласно DIN EN ISO 10 204, который подтверждает соответствие определенным мировым стандартам качества.

Уже около 20 лет завод ACO использует формовочные линии фирмы HWS-Sinto, Германия (рис. 3). Компания HWS-Sinto входит в концерн Sintokogio и является лидером по производству автоматических формовочных литейных линий и соответствующих технологий для изготовления высококачественных песчано-глинистых форм. Первоначально в 1993 году HWS-Sinto изготовила и поставила для ACO сдвоенную формовочную машину с интегрированной заливочной машиной с системой автоматизированного управления Simatic S5 от Siemens.

Рис. 3. Одна из двух формовочных линий HWS-Sinto по Сейатцу-процессу на заводе ACO Guss

После операций простановки стержней в полуформе низа (если они требуются, рис.3), и фрезерования в верхней полуформе заливочного отверстия, формы собирают. Затем гидравлические толкатели перемещают их к заливочному автомату, и после заливки формы помещаются на линию охлаждения. Затем отливки отделяются от формовочной смеси и проходят дополнительную обработку (удаление заусенцев, пескоструйная обработка и т.д.). Формовочный песок очищается, гомогенизируется и повторно подается в систему.

Но, по законам своевременного развития, время требует постоянного обновления оборудования и технологий для обеспечения экономической эффективности предприятий.

Современно цифровое оптическое око следит за качеством заливки

Бремя издержек на рынке и возрастающая ответственность за качество продукции ставят перед литейными заводами новые требования. Зачастую основным направлением усилий является оптимизация управления процессом заливки. Хорошими помощниками в этом могут оказаться «умные» оптические сенсоры.

Незадолго до запланированного перевода АФЛ на систему управления Simatic S7 компания ACO приняла решение оптимизировать и заливочный процесс, установив самую современную систему автоматизации (рис.4). Для этого были установлены "умные" камеры из набора сенсорной техники подразделения Industrial Automation фирмы Siemens. Таким образом, две умные камеры Simatic VS723 на новом заливочном автомате P 10-S фирмы HWS-Sinto контролируют поток металла между ковшом и заливочным отверстием, а также саму заливочную воронку.

Рис. 4. Струю заливаемого металла и уровень заливки в заливочной воронке контролируют 2 установленные вверху заливочного автомата «интеллектуальные» камеры Simatic VS723 (в центре дозирующая трубка для модифицирования). Интеллектуальная камера установлена в защитном корпусе (трубка защищает объектив камеры от брызг металла при заливке)

Маттиас Диттрих, который на HWS-Sinto отвечает за автоматизацию процессов и системы управления АФЛ, разъясняет истоки новой системы: „Мы уже давно искали возможности, чтобы лучше разрешить проблемы автоматизации заливки. Самыми важными критериями при этом являются форма струи металла между ковшом и заливочным отверстием, а также контроль уровня в заливочном отверстии. Поначалу мы обходились измерением термических режимов посредством зондов. Они были аналоговыми и очень восприимчивы к грязи и к температуре и, кроме того, требовали сложной калибровки через потенциометр“.

В поисках эффективного решения на фирме HWS-Sinto около 8 лет назад впервые применили систему Vision System от Siemens, которая предлагала многочисленные преимущества для пользователя по сравнению с зондами. Анализ изображения осуществляется специальным программным обеспечением. Кроме того, Матиас Диттрих отметил пригодность камер для промышленного применения, сжатие данных, а также широкие возможности анализа и диагностики. Две камеры VS723 это конечно избыточный вариант, но чтобы гарантировать высокую надежность процесса в нормальном режиме всегда работают обе, дублируя и дополняя работу друг друга. Представив, что нужно управлять разливкой из ковшей расплава температурой 1400 °C, понимаешь, что ошибки в управлении могут повлечь за собой негативные последствия в плане расходования материалов и техники безопасности. Анализ обычно основывается на среднем значении полученных от камер регулируемых параметрах (рис. 5).

Рис. 5. В кабине управления оператору предоставлены изображения с камер в режиме реального времени – струя металла и уровень в заливочной воронке, а также результаты обработки измерений. В системе управления процессом заливки GLS 2010 сохраненные данные о заливке и изображения позволяют осуществлять точную прослеживаемость и могут быть использованы как образец для дальнейшего применения

Обширный анализ

Для визуализации HWS-Sinto спрограммировала собственный интерфейс, который сообщает технологические данные и картинку с камер с минимальным сдвигом по времени как подключенный элемент ActiveX. Наряду с этим оператор видит все данные актуального процесса заливки - номер опоки, желаемый и фактический вес заливки, время заливки, вес оставшегося в ковше металла и пирометрическое измерение температуры (рис.5). В систему визуализации также интегрированы данные об объеме и дозировании добавок (как, например, кремний для гомогенизации структуры графита в чугуне).

Хуберт Герман, руководитель заводских служб завода ACO, подчеркивает самое главное преимущество: „Благодаря изображению с камер мы с пульта управления практически в реальном масштабе времени можем наблюдать, что происходит с расплавом. Это очень важно, к примеру, при применении заливочных фильтров. Кроме того, очень помогает автоматический анализ уровня наполнения металла в заливочной воронке“. Этот анализ тоже основывается на программных средствах Spectation «умных» камер, которые позволяют производить точные измерение струи металла, а также уровня металла в заливочной воронке. Посредством такого анализа уровня заполнения постоянно регулируется угол наклона ковша и тем самым оптимизируется процесс заливки.

Фирма HWS-Sinto поставляет оборудование клиентам по всему миру, но при всей функциональности и инновациях фирма должна не забывать о доступности запчастей. «По этой причине мы стремимся использовать в технике автоматизации только стандартные компоненты»,- говорит Матиас Дитрих и подчеркивает: «на рынке много «умных» камер, но лишь немногие из них можно легко и без проблем интегрировать в систему S7. В конечном итоге это означает значительный прирост эффективности, и, кроме этого, мы экономим много времени при проектировании и запуске оборудования. Переход со старой системы на новую был осуществлен при поддержке фирмы Siemens и проходил также в рамках испытаний в естественных условиях.

К тому же на заводе ACO, как и у многих клиентов HWS-Sinto, электроника Siemens позиционируется как стандарт для автоматизации, что полностью и реализовано на новом заливочном автомате. Система управления S7-300 с центральным процессором 317-T через тактсинхронный интерфейс Profibus обращается к преобразователю Sinamics, чтобы считать данные с 5 синхронных моторов серии 1FK7 и управлять ими с высокой динамикой. Четыре из пяти преобразователей передвигаются вместе с заливочным автоматом, что позволило уменьшить длину применяемых кобелей. Устройство опрокидывания ковша оснащено системой взвешивания Siwarex FTA.

Составной частью устройства заливки также является сенсорная панель TP177B на пульте управления, служащая для управления передвижением ковша и быстрого ввода или изменения параметров заливки. Через функции телесервиса фирма HWS-Sinto при необходимости может дистанционно задействовать все функции заливочного автомата вплоть до уровня преобразователя.

Сами камеры защищены от брызг расплава металлическим корпусом и трубками. Для охлаждения (как уже упоминалось, металл имеет температуру заливки ок. 1400°C), а также для защиты от пыли камеры обдуваются чистым сжатым воздухом. Встроенный чип камеры 1/3“-CCD работает с квадратными элементами изображения, длина грани составляет 7,4 µm. Он регистрирует до 75 полутоновых изображения в секунду с разрешением 640 x 480 пикселов, причем время выдержки может составлять от 1/10.000 до 1 сек. Связь с системой управления происходит через Industrial Ethernet и коммуникационный процессор Simatic CP343 Lean.

После заливочного автомата фирмы ACO планирует также переоснащение формовочной линии на самую современную технику автоматизации. «Качество, а также его документирование и прослеживаемость приобретают для нас все большее значение», заверяет Хуберт Герман. «Поэтому наша цель четко определена: Начиная с готовых форм, все следующие шаги проверяются на качество и документируются в производственном банке данных».

При этом центральное внимание опять-таки уделяется самому процессу заливки. Чтобы дальше улучшить систему обеспечения качества, для особо критических отливок будут сохраняться по 3 изображения с камеры для одной отливки, которые таким образом позволят анализировать различные фазы процесса заливки. Кроме того, предусмотрено соединение данного банка данных с сетью фирмы.

Все литейное производство концерна ACO, Германия, расположено на двух заводских площадках, где длительное время успешно работают две АФЛ по Сейатцу-процессу:

• АФЛ по Сейатцу-процессу №1 в г. Аарберген: модель EFA-SD5, размер опок 1065х850х250/250 мм, производительность 100 ф/ч (1991 год, после этого линия была дважды модернизирована - в 1998 увеличили участок охлаждения и в 2003 году увеличили производительность до 120 ф/ч).

• АФЛ по Сейатцу-процессу №2 в г. Кайзерслаутерн: модель ZFA-SD6, размер опок 1000х1000х250/250 мм, производительность 180 ф/ч (1993 год).

Среди номенклатуры производимых отливок компоненты двигателей и ременного привода, детали тормозных систем, детали современных систем амортизации колебаний для транспортного машиностроения. Для ж/д отрасли ACO Guss производит отливки корпусов буксы, крышки люков и т.д. Все формы данных двух АФЛ получены согласно современному мировому стандарту высшего качества по Сейатцу-процессу фирмы HWS-Sinto и залиты также строго в соответствии с последним техническим уровнем контроля заполнения форм (рис.6). Поэтому и отливки, изготовленные по этому инновационному способу уплотнения форм, отличаются высокой размерной точностью, качеством и минимальной необходимостью дополнительной обработки.

Рис. 6. Заливка форм на АФЛ по Сейатцу-процессу фирмы HWS-Sinto, Германия на заводе ACO Guss

Благодаря короткому времени такта формовки – всего от 20 до 35 сек и высокой степени автоматизации достигается постоянный стандарт качество всех отливок. Линии охлаждения отливок имеют специальную «гибкую» концепцию, за счет которой можно регулировать продолжительность и оптимальную температуру охлаждения деталей в опоках. Затем, после фазы выбивки, отливки переходят в расположенную далее по технологической цепочке камеру дробеструйной обработки. Отделение оборотного материала (остатков литниковой системы) и возврат его в процесс плавки обеспечивают короткий материалопоток.

Рис. 7. Фрагменты модельной плиты с установленными вентами для формовки по Сейатцу-процессу. Завод ACO Guss

Заливочные автоматы фирмы HWS-Sinto – для высокого качества отливок

Заливочные устройства HWS-Sinto позволяют осуществлять непрерывную заливку серого и высокопрочного чугуна без нарушения времени цикла на всех видах опочных и безопочных АФЛ. Для этого применяется испытанная техника поворотного заливочного ковша, которая позволяет точно регулировать поток и объем жидкого металла. Струя металла контролируется при помощи оптоэлектронных датчиков и камер, а программируемая система управления для регулирования скорости заливки в зависимости от металлоемкости песчаной формы гарантирует точное изготовление любых отливок.

Для работы с формовочными линиями различных конструкций применяются 2 стандартных типа оборудования с передвижным или стационарным поворотным устройством смены ковшей (рис.8), которые при необходимости могут быть снабжены дополнительными функциями.

Рис. 8. Заливочные автоматы модели P 10-W, P 20-W, P 30-W фирмы HWS-Sinto с перемещаемым (слева) и стационарным (справа) поворотным устройством для смены ковшей

При любом исполнении заливочные ковши имеют сегментную конструкцию, т.е. количество заливаемого металла пропорционально углу наклона ковша, что является важным условием для точной заливки без потерь металла. При этом процесс заливки можно регулировать и контролировать по трем параметрам - по весу, по времени или же по уровню.

Рис. 9. Стационарное поворотное устройство смены ковшей

Преимущества заливочных автоматов HWS-Sinto для оснащения современных литейных заводов:

• смена металла без остановки производства даже при заливке высокопрочного чугуна;

• смена моделей производится без перерыва в работе благодаря сохранению сведений о модели в электронной памяти системы управления процессом заливки GLS 2010;

• контроль качества отливок благодаря интерфейсу для обработки данных;

• экономное использование металла благодаря контролю уровня металла в литниковой воронке и предотвращению переливов;

• уменьшение брака благодаря контролируемой и точно дозируемой заливке;

• только один оператор следит за процессами подачи и заливки металла.

Заливочные устройства HWS-Sinto обеспечивают качественное литье при наименьших затратах благодаря:

• надежным оптоэлектронным датчикам для регистрации количества заливаемого металла и контроля формы на возникновения переливов;

• системе цифровых видеокамер для отображения уровня металла в литниковой воронке;

• четкой и быстрой регулировке наклона посредством высокоточных сервоприводов;

• программируемому устройству управления заливкой с высокой степенью точности;

• быстрой смене ковшей без остановки формовочной линии;

• реечному приводу движения вдоль линии заливки для оптимизации и синхронизации времени цикла и холостой заливки при сбоях на формовочной линии;

• системе управления заливочной машиной G.L.S. 2010.

Заливочные устройства, производимые в Германии фирмой HWS-Sinto, могут дооснащаться дополнительными опциями, такими как модуль управления для перемещения во время заливки на формовочных линиях непрерывного действия или при подаче посредством устройства синхронизации; выбор ковша для подвесного конвейера или вилочного погрузчика; крышка ковша со встроенным автоматическим устройством опускания для минимизации температурных потерь во время заливки чугуна с шаровидным графитом; электронная система взвешивания для измерения веса содержимого ковша и уменьшения уровня заполнения в литниковой воронке и дополнительной экономии металла; система дозирования модификаторов для их точной подачи в струю металла (рис. 10); промежуточный ковш для высокопроизводительных формовочных линий.

Рис. 10. Система дозирования модификаторов и процесс заливки с одновременной подачей модификатора в струю жидкого сплава на опочной АФЛ

Рис. 11. Индикация всех параметров заливки на экране в режиме on-line

Заливочные машины GIMA фирмы HWS-Sinto

Кроме полных автоматических систем фирма HWS-Sinto производит и «классику» в ряду полуавтоматических заливочных машин для АФЛ (рис.12). Усовершенствованная разработка испытанной техники заливки не в последнюю очередь основывается на опыте и пожеланиях Заказчиков к полуавтоматической заливочной машине, управляемой оператором.

Рис. 12. Заливочная машина GIMA фирмы HWS-Sinto с рольгангом для подачи ковшей

Заливка происходит также благодаря опрокидыванию заливочного ковша, которое в данной машине управляется вручную. Для управления ковшом служит гидравлическое опрокидывающее устройство, которое поворачивает ковш вокруг оси в центре радиуса перемещения разливочного носика ковша. Для быстрой смены ковшей перед зоной перемещения заливочной машины предусмотрены два стационарных рольганга с электродвигательным приводом. Рольганги позволяют размещать на них автопогрузчиком или по подвесному конвейеру ковши для установки на заливочную машину, а также убирать снятые пустые ковши или же заполнять их напрямую из раздаточного ковша.

Заливочная машина GIMA может перемещаться по рельсовому пути параллельно участку заливки. Движение осуществляется с помощью электрического или гидравлического привода.

Заливочные машины HWS-Sinto обладают следующими преимуществами: простота в обслуживании, надежность в исполнении, удобство в обращении. Установка, опрокидывание и перемещение управляются оператором из кабины заливочной машины с помощью джойстика.

Характеристики современных заливочных устройств фирмы HWS-Sinto

1. Заливочный автомат с перемещаемым поворотным устройством смены ковша P 10-W, P 20-W, P 30-W

Таблица 1. Ёмкость ковша и размеры (возможны отклонения в зависимости от размеров ковша)

2. Полуавтоматическая заливочная машина с рольгангом для смены ковша GIMA 8 и GIMA 12

Таблица 2. Ёмкость ковша и размеры (возможны отклонения в зависимости от размеров ковша)

ЛИТЕРАТУРА

1. Интернет-сайт фирмы HWS-Sinto: www.wagner-sinto.de

2. Голенков Ю. Производство тракторных отливок на Минском тракторном заводе. // Литейное производство . – 2007. - №10

3. Шеремет А.Н. Запуск осенью 2009 года на ЛЛМЗ самой производительной в Восточной Европе опочной АФЛ фирмы HWS-Sinto, Германия // Литье Украины. -2009. – №12

4. Birgit Gottsauner, Siemens AG, Industry Automation, г. Нюрнберг, Gie?erei 2009-01

Сведения об авторах:

• БУДАНОВ Евгений Николаевич - руководитель представительства в СНГ немецкой компании "HEINRICH WAGNER SINTO (HWS)", т.: +7 (499) 907-50-00, 907-52-55, 907-51-71; ф.: +7 (499) 907-21-50; e-mail: hws-moscow@nln.ru

• МЕЛЬНИКОВ Игорь Александрович - специалист представительства в СНГ немецкой компании "HEINRICH WAGNER SINTO (HWS)", т.: +7 (499) 907-52-90, 907-50-00; ф.: +7 (499) 907-21-50; e-mail: hws-moscow@nln.ru

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №2 (126) 2011 г.