3. Необходимые условия для автоматизации процесса изготовления стержней

Производство около 80% всех литейных заводов Германии тесно связано с поставками отливок для автомобильно-тракторной промышленности. Качество и себестоимость производимых стержней и собранных стержневых пакетов оказывают значительное влияние на процесс получения рентабельных качественных отливок. Общеизвестно, что автомобильная промышленность развивается в условиях жесточайшей конкуренции, где за каждый процент рентабельности при ужесточении требований к качеству продукции идет настоящая и постоянная «охота». Поэтому подобный опыт организации техпроцессов изготовления и сборки стержней требует основательного изучения.

Необходимые условия для автоматизации процесса изготовления и сборки стержней в пакет:

№1: Наличие высококачественного и надежного стержневого оборудования с подходящей производительностью

Без наличия современных пескострельных автоматов, которые оснащены всеми компонентами и агрегатами для производства качественных стержней, невозможно думать об автоматизации. Стержневое оборудование должно обеспечивать максимальную производительность при минимальных персональных и текущих расходах. Сегодня стержневые автоматы должны иметь микропроцессорное управление, а также надежные автоматически перепрограммируемые гибкие электрические, гидравлические и пневматические системы с минимальным расходом энергии. Производительность стержневого автомата определяется продолжительностью общего производственного цикла изготовления стержней. На современных стержневых автоматах LAEMPE стандартная производительность при производстве стержней с общим весом до 60 кг - от 60 до 120 циклов/час, а при производстве стержней с общим весом от 60 до 200 кг - от 30 до 60 циклов/час.

  

Рис. 1. Примеры производства стержней для блоков и головок блоков на стержневом автомате Laempe

№ 2: Наличие качественных расходных материалов и стабильного снабжения рабочими средами (пески, связующее, добавки, противопригарные краски, сжатый воздух и т.д.)

Невозможно производить качественные стержни в автоматическом режиме без применения качественных песков и связующего, а также в условиях нестабильного питания сжатым воздухом и электричеством с большими отклонениями от номинальных значений напряжения или частоты. Климатизация автоматизированного стержневого участка – одно из важных необходимых условий для успешного ведения техпроцесса, начиная со смесеприготовления и заканчивая заливкой формы.

Правильный выбор процесса производства стержней тоже немаловажный аспект.

90% всех современных процессов изготовления стержней, которые практикуются в настоящее время в литейном производстве, основаны на применении органических связующих. В настоящее время около 80% всех стержней в мировой практике изготавливаются по Coldbox-Амин-процессу. Альтернативные методы типа Betaset, Resol-CO2, SO2 по причине более низких прочностных характеристик и более низкой производительности не нашли серьезного применения в проектах, связанных с автоматизацией. Независимо от попыток литейной химии улучшить состав стержневых смесей и уменьшить долю вредных составляющих, которые выделяются в результате деструкции органических полимеров при заливке форм, охлаждении отливок и выбивке, процесс оптимизации составов стержневых смесей пока не закончен. Начиная с 2001 г. фирма Laempe разработала и в 2003 г. впервые официально представила на выставке литейного оборудования в г. Дюссельдорф, Германия, принципиально новое, экологически чистое связующее LKBinder на основе смеси из минеральных солей. Представление данной системы дало новый толчок литейным химикам для активизации исследовательских работ, особенно в Германии, в области разработки новых процессов на базе неорганических связующих. Одновременно с разработкой связующего была разработана и адаптирована технология и метод получения стержней из связующих на неорганической основе, названная BeachBox-процессом. На некоторых заводах Германии, выпускающих отливки блоков и головок блоков из алюминия (BMW, VW), уже активно внедряются экологически чистые системы, которые работают по BeachBox-процессу, как например Inotec, разработанной ASK Chemicals, а также Cordis, разработанной фирмой Hüttenes-Albertus. Применение BeachBox-процесса пока ограничено для отливок из алюминия, но внедрение данного процесса для черных сплавов находится на стадии полупромышленных испытаний.

  

Рис. 2. Примеры производства стержней по технологии BeachBox

№ 3: Наличие качественной стержневой оснастки

Без качественной стержневой оснастки невозможно стабильно производить стержни, т.е. невозможно автоматизировать техпроцесс в целом.

В настоящее время не менее 80% всей применяемой в мире стержневой оснастки является ненагреваемой. Массово применяемые в 60-80-х годах прошлого века процессы Croning (Shell), Hotbox уже давно ограничены до производства мелких стержней для фитингов или мелкогабаритной арматуры. Энергетические расходы по этим процессам превышают в 8-10 раз расходы для получения сравнимых стержней по Coldbox-Амин-процессу, а производительность с увеличением массы стержня уменьшается в разы.

Материал, из которого изготовлены формообразующие гнезда для получения стержней по Coldbox-Амин-процессу, выбирается в зависимости от серийности производимых стержней, начиная от модельных пластиков (эпоксидные, полиуретановые системы в жидком или твердом состоянии) и заканчивая более долговечными - алюминий, чугун и сталь.

  

   Рис. 3. Примеры «холодной» стержневой оснастки из различных конструкционных материалов

№ 4: Применение качественных мультифункциональных захватов для роботов

Мультифункциональные захваты решают задачи, связанные со съемом стержней из стержневой оснастки, а также служат для перемещения стержней в зону очистки заусенцев, сборки стержней в пакет и возможного окрашивания стержневого пакета противопригарной краской.

  

  

Рис. 4. Примеры мультифункциональных захватов для роботов

№ 5: Наличие подходящих для выполнения данной технологической задачи роботов

Производители роботов, которые предлагают оптимальные решения для специфических условий литейного производства - KUKA, ABB, FANUC. Из практики фирмы LAEMPE известны применения даже с подвешенными роботами, с роботами с до 7-ми степенями свободы и максимально возможной полезной нагрузкой 1 т.

LAEMPE располагает собственным отделом программирования роботов, которые совместно с конструкторами-проектантами разрабатывают комплексные решения для специфических условий литейного производства Заказчика. В 2004 г фирма LAEMPE получила приз ABB Robotics за массовое внедрение роботов ABB Foundry в литейном производстве.

Комплекстное устройство для зачистки заусенцев набора стержней для головки цилиндров

Манипулятор для автоматической замены стержневой оснастки в задней части стержневого автомата

 

Автоматизированная система нанесения горячего клея

Автоматизированная система скручивания стержней в пакет саморезами

Манипулятор для автоматической замены стержневой оснастки в задней части стержневого автомата

Монтажно-сборочное устройство для сборки стержней спаренного 4-х цил. блока в пакет и робот для перемещения пакета в кондуктор

Рис. 5. Примеры из опыта LAEMPE по внедрению роботов в литейном производстве.

№ 6: Наличие подходящих для выполнения данной технологической задачи периферийных устройств

Манипуляторы для автоматической замены комплектов стержневой оснастки на стержневых автоматах, устройства для зачистки заусенцев, монтажно–сборочные приспособления и кондукторы для сборки стержней в пакет, а также станции централизованного снабжения смесителей связующим и газогенераторов жидким отвердителем, ванны для противопригарной краски, замкнутые системы кондиционирования и пневмотранспорта песка – все это необходимые предпосылки для успешной реализации проекта автоматизации стержневых участков.

 

 

Рис. 6. Примеры из опыта LAEMPE по внедрению периферийных устройств для обработки стержней и их сборки в пакет

№7: Наличие гибких автоматизированных транспортных систем для подачи стержней и стержневых пакетов

Автоматизация стержневых участков немыслима без применения интеллигентных конвейеров с встроенными датчиками позиционирования и с автоматизированным возвратом пустых координатных плит. Конвейеры разрабатываются под «проект» и учитывают специфические условия по нагрузке стержнями или стержневыми пакетами, а также допустимую трассу движения внутри заводского помещения.

 

  Рис. 7. Примеры из опыта LAEMPE по внедрению конвейеров для транспорта и/или сборки стержней в пакет (проекты DAIMLER, MAZDA, ЛЕМАЗ)

Загрузка и разгрузка конвейера обычно выполняется роботами с подходящей грузоподъемностью. Нередко на конвейере осуществляется последовательная сборка стержней в пакет, после чего стержневой пакет в конце конвейера перемещается или на автоматизированный склад или на участок заливки. Автоматизированные склады могут быть запрограммированы так, чтобы стержневые пакеты загружались и разгружались выборочно в зависимости от актуального спроса формовочного участка.

Рис. 8. Примерное исполнение интеллектуального многоэтажного автоматизированного склада (Алюминиевый литейный завод концерна NEMAK, г. Диллинген, Германия)