Опыт внедрения участка из двух автоматизированных комплексов литья под давлением MS160 и плавильного участка из двух печей

Наше предприятие «Трейд-Лит Инжиниринг» имеет успешный опыт внедрения в эксплуатацию участка литья под давлением из двух автоматизированных машин MS160 и плавильного участка из двух электрических печей.
Рассмотрим какие задачи были поставлены перед нашими специалистами при подготовке к освоению участка литья под давлением и плавильного участка:
1) высокая степень автоматизации процесса получения отливок;
2) повышение производительности, по сравнению с машинами литья под давлением 2015 года поставки;
3) снижение потребления электроэнергии при производстве такого-же или большего количества отливок, как на машинах 2015 года поставки;
4) использование имеющихся на предприятии старых пресс-форм, без какой-либо доработки;
5) сокращение подготовительного времени при замене пресс-форм, путем сохранения и автоматического воспроизведения параметров запрессовки металла в пресс-форму и удобства процесса смены пресс-форм;
6) возможность паспортизации отливок, при помощи записи в памяти машины процесса запрессовки метала в пресс-форму в графическом и цифровом виде;
7) снижение потребления электроэнергии при расплаве металла на плавильном участке.

На видео показана работа участка из двух машин литья под давлением и плавильного участка, а так же особенности машин литья под давлением

Рассмотрим то, как наши специалисты решили поставленные задачи.

Высокая степень автоматизации процесса получения отливок.
Для того, чтобы максимально повысить степень автоматизации получения отливок каждый автоматизированный комплекс укомплектован:

• манипулятором-заливщиком, для автоматической подачи металла в камеру прессования;
• манипулятором-смазчиком, для автоматического нанесения двух видов смазки (разделительной и противозадирной) на рабочие части пресс-формы;
• манипулятором-съемщиком, для автоматического съема отливок с пресс-формы и подачи оливок в технологическую тару;
• термостатом, для термостатирования рабочих частей пресс-форм;
• раздаточно-подогревательной (плавильной) печью;
• смесителем для автоматической подготовки и подачи разделительной смазки в манипулятор-смазчик.

Машина литья под давлением MS160

Такая комплектация машины литья под давлением серии MS, обеспечивает полную автоматизацию процесса литья:

• заливку металла в камеру прессования, по окончании которой автоматически подается команда на начало запрессовки;
• запрессовку металла, работу всех фаз процесса прессования, кристаллизацию, выталкивание полученного куста отливок, команду на съем отливки с толкателей;
• автоматический съем куста отливок с толкателей пресс-формы, выкладывание куста в технологическую тару или на склиз, автоматическую подачу команды на проведение смазки рабочих частей пресс-формы;
• автоматическую подачу на матрицы пресс-формы разделительной смазки, автоматический обдув, автоматическую подачу противозадирной смазки на рабочие части склонные к задирам, такие как знаки, подвижные знаки и пуансоны. По окончании процесса смазки и обдува рабочих частей пресс-формы подается автоматически команда на смыкание пресс-формы и начинается новый цикл работы машины литья под давлением.
• постоянно автоматически готовится в заданной пропорции и перемешивается смесь эмульсии разделительной смазки и воды, постоянно поддерживается давление в напорной линии подачи разделительной смазки манипулятора-смазчика;
• постоянно поддерживается давление противозадирной смазки во второй напорной линии манипулятора смазчика;
• постоянно автоматически поддерживается температура рабочих частей пресс-формы — рабочие части термостатируются;
• постоянно поддерживается заданная температура металла;
• постоянно автоматически поддерживается количество металла подаваемого ковшем манипулятора-заливщика в камеру прессования машины;
• постоянно автоматически происходит подача одного и того же количества разделительной и противозадирной смазки на рабочие части пресс-формы.

В результате такой комплектации и внедрения в эксплуатацию всего набора оборудования полученная степень автоматизации является самой высокой из возможных, для пресс-форм без закладной арматуры. Наше предприятие успешно решает поставленную перед нами задачу полной автоматизации, ведь в структуре поставок нашего предприятия 90% занимают именно полностью автоматизированные машины литья под давлением.

Старая пресс-форма на машине MS160

Манипулятор-заливщик автоматически наносит разделительную и противозадирную смазки на рабочие части старой пресс-формы.

Cмеситель разделительной смазки

На фотографии показан автоматический смеситель для разделительной смазки. В функции смесителя входит смешивание эмульсии и воды в заданной пропорции, а так же подача собственным насосом полученной жидкости в напорную линию манипулятора-смазчика.

Термостат у машины MS160

Термостат Трейд-Лит Инжиниринг, установленный у машины литья под давлением MS160.

Повышение производительности по сравнению с машинами литья под давлением, поставленными в 2015 году.

Следующей решенной нашими специалистами задачей стало повышение производительности на наших машинах литья под давлением, по сравнению с машинами поставленными в 2015 году. Для решения этой задачи нами осуществлен полный переход к комплектации всех наших машин серводвигателем главного привода с частотой 120 Гц, что привело к появлению новой серии машин — серии MS.
Сервопривод — привод зависящий от какого-либо параметра, в нашем случае это давлением в гидравлической системе. Непосредственно после насоса в напорной линии гидравлической системы устанавливается датчик давления, сигнал с которого поступает на блок управления серводвигателем — инвертор, а затем серводвигатель вращает насос с заданной инвертором частотой от 0 до заданной для выполнения необходимого действия машины литья под давлением.

Частота инвертора машины MS160

В паре с серводвигателем мы устанавливаем лопастной насос большой производительности (на машинах до MS450 включительно устанавливается однопоточный насос), что дает нам сокращение каждого цикла получения отливки на несколько секунд за счет увеличения быстродействия гидравлического привода. В случае с автоматизированной машиной литья под давлением MS160, нам удалось на одних и тех же пресс-формах и весе заливки получить сокращение цикла производства куста отливок на 2 секунды, что при на каждые 10 тысяч съемов дает нам дополнительно 715 съемов. То есть в месяц при условии производства 40 тысяч съемов на машине 2015 года поставки, на нашей машине серии MS, мы получим дополнительно 2860 съемов кустов отливок, и например, при наличии 10-и гнезд в пресс-форме мы получим дополнительно 28 тысяч 600 отливок.
Естественно и все остальные агрегаты и узлы машины литья под давлением серии MS, так же должны обеспечивать работу на повышенных скоростях. Так для обеспечения быстрого открывания автоматических передней и задней двери безопасности нами применяются:

• серводвигатель с инкодером;
• ременная передача с армированным зубчатым ремнем;
• подвеска двери на линейных подшипниках, движущихся по прецизионной линейной направляющей;
• система смазки линейных подшипников с разводкой в каждый подшипник;
• станция смазки подшипников.

Таким образом задача превзойти по производительности машины поставленные в 2015 году решена нашим предприятием путем внедрения серводвигателя главного привода, новой конструкции подвески дверей безопасности и приведения всей гидравлической системы и всех манипуляторов к новым условиям работы с сокращенными циклами производства отливок.

Сборка машины MS160

На фотографии показана автоматизированная машина литья под давлением MS160 в момент установки. Отлично видно отсутствие какой-либо направляющей передней и задней дверей безопасности — над верхними колоннами ничего нет. Подвеска автоматической двери на линейных подшипниках и прецизионной линейной направляющей позволила нам освоить и применять консольную конструкцию дверей. Что дало нашим Покупателям возможность устанавливать машины в помещениях с низкими потолками, и малым расстоянием от потолка до машины для размещения кран-балки. И естественно это сократило подготовительное время на установку пресс-форм, но об этом ниже, а пока перейдем к следующей решаемой специалистами «Трейд-Лит Инжиниринг» задаче.

Снижение потребления электроэнергии при аналогичном или большем объеме выпуска отливок по сравнению с машинами 2015 года поставки.

Все машины серии MS оснащаются серводвигателями главного привода и дверей безопасности которые дают нам не только быстродействие, но и снижение потребляемой электроэнергии, что вполне естественно, так как в тот момент когда частота вращения 0, то и потребление электроэнергии не происходит. Для того, чтобы подтвердить снижение потребляемой электроэнергии, да и просто контролировать расход электроэнергии на каждый значимый потребитель непосредственно в электрошкаф машины литья под давлением и электрошкаф печи на вводе устанавличается счетчик электрической энергии. Посмотри какие показания за сутки работы мы имеем на машине MS160 и на устаревшей машине серии С 2015 года поставки, при работе на одинаковых пресс-формах.

Показания счетчиков и таблички двигателей MS и С

Из показаний электросчетчиков установленных на вводе в электрошкафы машин очевидно, что потребление электроэнергии машиной MS составило 50,5 кВт за сутки работы, а потребление машиной серии С — 124 кВт. То есть потребление электроэнергии при работе на одинаковых пресс-формах у машины серии MS составляет 40% от электроэнергии потраченной машиной серии С. Это при том, что мощность серводвигателя, установленного на машине серии MS 29,5 кВт, против 15 кВт на машине серии С.
Таким образом, нашим предприятием «Трейд-Лит Инжиниринг» решена и еще одна задача — значительное снижение расходов на электроэнергию при выпуске той же самой продукции.

Серводвигатель машины MS160

На фотографии показан привод машины литья под давлением серии MS в составе:

• отдельный электрошкаф с вентилятором, для размещения инвертора;
• инвертор;
• серводвигатель, установленный на станине машины;
• мощный лопастной насос, через муфту установленный на серводвигателе;
• гидравлическая панель с клапанами, редуктором, манометром и рукава высокого давления идущие от насоса к гидропанели и от гидропанели к исполнительным механизмам (цилиндру смыкания пресс-формы, гидромотору и так далее).

Использование имеющихся на предприятии Покупателя старых пресс-форм, без какой-либо доработки.

Следующая решаемая нашим предприятием задача — использование имеющихся на предприятии старых пресс-форм, при чем без всяких доработок — как есть. Раньше такие пресс-формы работали на машинах 711А07 или 71107, произведенных в 60-х — 80-х годах прошлого века. Естественно во второй половине прошлого века устоялась и воспроизводилась своя карта Т-образных пазов и отверстий под толкатели, отличная от современных машин. Но наличие большого парка пресс-форм спроектированных и изготовленных под карту плит 60-х годов обязывает наше предприятие — как поставщика машин литья под давлением дать нашим Покупателям возможность использования старых пресс-форм до их полного износа и замены на пресс-формы современной конструкции, которую можно посмотреть в разделе «пресс-формы». Для того, чтобы решить поставленную задачу нами используются модельные комплекты для производства плит машин литья под давлением, позволяющие прямо в литье предусмотреть место для камеры прессования и отверстий под толкатели, точно такое же как на старых машинах. Проиллюстрируем наши плиты и их соответствие присоединительным размерам старых пресс-форм серией фотографий:

Плиты литейной машины MS160

На этой фотографии показаны обе плиты. На неподвижной плите установлен стакан камеры прессования, с диаметром и высоток как у литниковой втулки старой пресс-формы. На подвижной плите установлен постамент для установки подвижных полуформ с разными формообразующими полостями, разной конфигурацией отливок и с разным количеством гнезд.

Старая пресс-форма на плитах машины литья под давлением MS160

На фотографии показана двух-местная пресс-форма ранее работавшая на машине 711А07 и без всяких доработок установленная на современную машину литья под давлением MS160.

MS160~3

А на этой фотографии показана пресс-форма, установленная на постамент. Как пресс-форма, так и постамент не подвергались доработкам, а как есть были установлены на плиты машины литья под давлением MS160.

Сокращение подготовительного времени при замене пресс-форм.

Следующей решаемой специалистами Трейд-Лит Инжиниринг задачей стало сокращение подготовительного времени при замене пресс-форм. Для решения такой задачи мы применяем разноплановый подход, частями которого являются удобство смены пресс-форм и сокращение времени настройки узла прессования и автоматического комплекса в целом на новую пресс-форму.
На машинах серии MS имеющих сервоклапаны узла прессования реализовано автоматическое воспроизведение настроек узла прессования по каждой ранее испытанной и сохраненной пресс-форме. При испытаниях пресс-форм, как специалистами Трейд-Лит Инжиниринг, так и сотрудниками Покупателя самостоятельно, после получения партии годных отливок можно сохранить данные работы узла прессования в памяти машины. А затем, при последующей установке пресс-формы, просто передать сохраненные данные из памяти машины на выполнение цифровой системе управления и узел прессования автоматически воспроизведет настройки с которыми ранее получались годные отливки. Такой процесс занимает пару минут, что весьма существенно сократит подготовительное время.

Сохранение данных прессформ на машине литья под давлением MS160

На фотографии показан интерфейс сохранения данных пресс-форм, на сенсорном мониторе машины серии MS. Память машины может хранить одну сотню настроек пресс-форм.
Следующим шагом по сокращению подготовительного времени стала разработка нашими специалистами консольной подвески дверей безопасности. Такая подвеска полностью освобождает пространство над колоннами машины литья под давлением от каких либо кронштейнов или направляющих. Посмотрим на фотографиях как это выглядит.

Установка пресс-формы

На левой части фотографии показана установка пресс-формы на машину с обычной устаревшей конструкцией подвески дверей — с использованием балки. На правой части показана установка пресс-формы на современную машину серии MS с консольной конструкцией подвески дверей. Очевидно, что отсутствие опорной балки не только уменьшило высоту подъема, но и дало возможность устанавливать пресс-форму с нижним гидравлическим цилиндром, не снимая сам цилиндр. И конечно такая конструкция дверей позволяет нашим Покупателям нормально эксплуатировать наши машины в низких помещениях, при малом расстоянии от колонн машины до кранбалки.

Установка машины на фундамент

На фотографии показана машина литья под давлением модели MS160, в процессе установки на фундамент. Отлично видно, что ни какой балки для подвески дверей напротив проема между плитами, в который ставится пресс-форма — нет.
Таким образом, успешно решает и эту задачу — сокращение подготовительного времени на снятие и установку пресс-форм. Перейдем к следующей задаче — паспортизации отливок.

Возможность паспортизации отливок.

Как было написано выше, наши машины MS160 оснащены цифровой системой управления узла прессования, которую мы используем для сохранения и быстрого воспроизведения настроек узла прессования при смене пресс-форм. Но наша цифровая система имеет не только память для хранения данных по пресс-формам, но и отдельный блок записи и хранения данных по каждой запрессовке из текущих 20 тысяч запрессовок. То есть мы можем от текущей отливки (куста отливок) и на 20 тысяч до этого момента посмотреть с какими режимами производились отливки (запрессовки).
В первую очередь нас интересуют следующие параметры:

• давлением оказываемое на металл;
• скорость с которой запрессовывался металл в разные фазы прессования;
• ход поршня, соответствующий скорости движения металлу и давлению по разным фазам прессования;
• время, в которое происходили все фазы запрессовки в тысячных долях секунды.

Для этого по каждой запрессовке сохраняются три сплошных, то есть описывающих запрессовку от начала до конца, без каких-либо точек или условных мест. То есть наша система записи строит графики «как есть», без какой-либо симуляции. И нам не нужно, как в устаревших системах выделять какие-то 18 точек замера, так как в нашем случае замер осуществляется непрерывно, как показано на фотографии ниже.

График запрессовки на машине литья под давлением MS160

Нам достаточно просто навести курсор на экране в любое место и получить данные по времени, давлению, положению поршня в камере прессования, и скорости движения металла. Для детального рассмотрения процесса предусмотрено увеличение масштаба графиков.
Используя возможности нашей цифровой системы управления узла прессования можно, кроме трех графиков и времени, получить по каждой запрессовке семь параметров:

• скорость первой фазы прессования;
• скорость второй фазы прессования;
• скорость третей фазу прессования;
• положение поршня в момент включения мультипликатора;
• давление на металл в процессе кристаллизации;
• положение поршня в литниковой втулке пресс-формы при формировании пресс-остатка;
• время достижения давления подпрессовки.

Таким образом, при литье отливок с требованиями по герметичности, наш Покупатель может провести паспортизацию каждой отливки, для того чтобы подтвердить конечному Потребителю изделий качество литья.
Экономия электроэнергии при плавке металла в электрических печах на плавильном участке.

Расплав металла в плавильной печи — наиболее энергозатратный процесс при литье под давлением, поэтому мы предлагаем нашим Покупателям решение в виде современных электрических печей сопротивления
Какие же конструктивные решения мы предлагаем.
Во-первых отличная теплоизоляция, настолько эффективная, что корпус печи можно потрогать руками, при чем температура расплавленного металла в тигле около 700 градусов.
Во-вторых управление подачей тока по сигналу термопары постоянно погруженной непосредственно в расплавленный металл.

Тигель и излив. Установка в печь

На фотографии показан процесс укладки теплоотражающего материала поверх установленного в печь тигля «с носом». Видно, что теплоотражающий материал аккуратно укладывается несколькими слоями, полностью перекрывая зазор между тиглем и элементами корпуса. Такая укладка теплоотражающего материала предотвращает утечки тепла и естественно снижает потребление электроэнергии. После завершения укладки, сверху будет уложена и закреплена массивная чугунная деталь, закрывающая теплоотражающий материал и край тигля. Наличие чугунной верхней детали особенно важно при загрузке печи, так как чугун отлично защищает футеровку, теплоизоляцию и тигель от механических повреждений. На рисунке ниже видно расположение чугунной крышки на корпусе печи, а так же подробно показано устройство электрической печи сопротивления.

26 конструкция печи

Печи имеют конструктивные особенности:
а) использование ленточных нагревательных элементов, позволяет разместить их близко к тиглю, и под элементами расположить на поверхности футеровки слой теплоотражающего материала, что укорачивает время наплавки печи, и снижает температуру на поверхности корпуса;
б) между обечайкой корпуса и футеровкой запрессовывается слой теплоотражающего материала, что обеспечивает хорошую теплоизоляцию и температуру на поверхности обечайки около 40-50 градусов, то есть к обечайке можно прикоснуться руками.

На следующей фотографии показано наличие погружной термопары в плавящемся металле и то, куда поступает сигнал от термопары.

Сигнал погружной термопары

В левой части фотографии можно увидеть аппаратуру установленную в электрическом шкафу печи. В нижней части кадра показан алюминиевый радиатор с вентилятором на котором установлены три твердотельных реле, регулирующих подачу тока на нагревательные элементы. Управляющий сигнал на твердотельные реле поступает от термопары находящейся в плавящемся металле, а это значит, что сила тока меняется в зависимости от температуры металла. Чем ближе температура к заданной, тем меньше подаваемый ток и тем длиннее импульсы его подачи. Именно это позволяет избежать перегрева металла и перерасхода электроэнергии.

Две печи с площадками

На фотографии показан плавильный участок из двух печей.

Подытожим результаты полученные нашим Покупателем в результате внедрения участка литья под давлением из двух автоматизированных машин литья под давлением MS160 и плавильного участка:
1) получен действующий участок с самой высокой степенью автоматизации процесса получения отливок;
2) по сравнению с машинами серии С, поставленными в 2015 году получено заметное повышение производительности;
3) получено снижение потребления электроэнергии на 60 % при производстве такого-же или большего количества отливок, как на машинах 2015 года поставки;
4) все имеющиеся на предприятии старые пресс-формы можно использовать без какой-либо доработки;
5) заметно сократилось подготовительное время при замене пресс-форм;
6) получена возможность паспортизации отливок, при помощи записи в памяти машины процесса запрессовки метала в пресс-форму в графическом и цифровом виде;
7) снижено потребление электроэнергии при расплаве металла на плавильном участке.