자동 성형

주조 공장들은 품질 향상, 폐기물 감소, 가동 시간 극대화, 비용 최소화라는 장기적인 목표를 달성하기 위해 데이터 기반 공정 자동화를 점점 더 많이 도입하고 있습니다. 주조 및 성형 공정의 완전 통합 디지털 동기화(원활한 주조)는 적시 생산, 사이클 타임 단축, 그리고 잦은 모델 변경이라는 과제에 직면한 주조 공장에 특히 중요합니다. 완벽하게 연동되는 자동 성형 및 주조 시스템을 통해 주조 공정은 더욱 빨라지고 고품질 부품을 더욱 안정적으로 생산할 수 있습니다. 자동 주조 공정에는 주조 온도 모니터링, 접종 재료 공급, 그리고 각 금형 점검이 포함됩니다. 이를 통해 각 주조물의 품질은 향상되고 불량률은 감소합니다. 이러한 포괄적인 자동화는 수년간의 전문 경험을 가진 작업자의 필요성을 줄여줍니다. 또한, 전반적으로 작업자 수가 줄어들어 작업 안전성도 향상됩니다. 이러한 비전은 미래의 비전이 아니라, 현재 진행형입니다. 주조 자동화, 로봇 공학, 데이터 수집 및 분석과 같은 도구는 수십 년에 걸쳐 발전해 왔지만, 최근 저렴한 고성능 컴퓨팅과 첨단 인더스트리 4.0 네트워크 센서 및 호환 제어 시스템의 개발로 발전 속도가 가속화되었습니다. 이제 파운드리는 솔루션과 파트너를 통해 더욱 야심찬 프로젝트를 지원하는 강력하고 지능적인 인프라를 구축하고, 이전에는 독립적으로 운영되었던 여러 하위 프로세스를 통합하여 업무를 조율할 수 있습니다. 이러한 자동화되고 통합된 시스템에서 수집된 프로세스 데이터를 저장하고 분석함으로써 데이터 기반의 지속적인 개선이라는 선순환 구조를 구축할 수 있습니다. 파운드리는 과거 데이터를 검토하여 프로세스 매개변수를 수집하고 분석하여 매개변수와 프로세스 결과 간의 상관관계를 파악할 수 있습니다. 자동화된 프로세스는 분석을 통해 발견된 모든 개선 사항을 철저하고 신속하게 테스트, 검증하고, 가능한 경우 구현할 수 있는 투명한 환경을 제공합니다.
심리스 성형 과제 적시 생산(JIT) 추세로 인해 DISAMATIC® 성형 라인을 사용하는 고객은 소량 생산 간에 모델을 자주 변경해야 하는 경우가 많습니다. DISA의 자동 파우더 체인저(APC) 또는 고속 파우더 체인저(QPC)와 같은 장비를 사용하면 템플릿을 단 1분 만에 변경할 수 있습니다. 고속 패턴 변경이 발생함에 따라 공정의 병목 현상은 주형(패턴 변경 후 턴디시를 수동으로 이동하여 주형을 주입하는 데 필요한 시간)으로 이동하는 경향이 있습니다. 심리스 주조는 주조 공정의 이 단계를 개선하는 가장 좋은 방법입니다. 주조는 이미 부분적으로 자동화된 경우가 많지만, 완전 자동화를 위해서는 성형 라인과 충전 장비의 제어 시스템이 완벽하게 통합되어 모든 가능한 작동 상황에서 완벽하게 동기화되어 작동해야 합니다. 이를 안정적으로 달성하기 위해서는 주형 유닛이 다음 주형을 주입하기에 안전한 위치를 정확히 파악하고 필요한 경우 충전 유닛의 위치를 ​​조정해야 합니다. 동일한 주형의 안정적인 생산 공정에서 효율적인 자동 충전을 구현하는 것은 그리 어렵지 않습니다. 새 금형이 제작될 때마다 금형 기둥은 동일한 거리(금형 두께)만큼 이동합니다. 이렇게 하면 충전 장치는 동일한 위치를 유지하여 생산 라인이 중단된 후 다음 빈 금형을 채울 준비가 됩니다. 모래 압축성 변화로 인한 금형 두께 변화를 보상하기 위해 주입 위치를 미세하게 조정하기만 하면 됩니다. 최근 새로운 성형 라인 기능 덕분에 일관된 생산 과정에서 주입 위치를 더욱 일관되게 유지할 수 있게 되어 이러한 미세 조정의 필요성이 더욱 감소했습니다. 각 주입이 완료되면 성형 라인은 한 스트로크 더 이동하여 다음 빈 금형을 제자리에 배치하고 다음 주입을 시작합니다. 이 과정에서 충전 장치를 다시 채울 수 있습니다. 모델을 변경할 때 금형 두께가 변경될 수 있으며, 이는 복잡한 자동화를 필요로 합니다. 샌드박스 높이가 고정된 수평 샌드박스 공정과 달리, 수직 DISAMATIC® 공정은 각 모델 세트에 필요한 정확한 두께로 금형 두께를 조정하여 모래 대 철 비율을 일정하게 유지하고 모델의 높이를 반영할 수 있습니다. 이는 최적의 주조 품질과 자원 활용을 보장하는 데 있어 중요한 이점이지만, 금형 두께가 다양하면 자동 주조 제어가 더욱 어려워집니다. 모델 변경 후 DISAMATIC® 기계는 동일한 두께의 다음 금형 배치를 생산하기 시작하지만, 라인의 충진기는 여전히 이전 모델의 금형을 충진하고 있으며, 이는 금형 두께가 다를 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 성형 라인과 충진 플랜트는 하나의 동기화된 시스템으로 원활하게 작동하여 한 두께의 금형을 생산하고 다른 두께의 금형을 안전하게 주입해야 합니다. 패턴 변경 후 원활한 주입. 패턴 변경 후 성형기 사이에 남아 있는 금형의 두께는 동일하게 유지됩니다. 이전 모델에서 제작된 주입 장치는 동일하게 유지되지만, 성형기에서 나오는 새 금형은 더 두껍거나 얇을 수 있으므로 전체 스트링은 매 사이클마다 새 형태의 두께에 맞춰 다른 거리로 이동할 수 있습니다. 즉, 성형기의 매 스트로크마다 원활한 주조 시스템은 다음 주조를 준비하기 위해 주조 위치를 조정해야 합니다. 이전 배치의 금형이 주입되면 금형의 두께가 다시 일정해지고 안정적인 생산이 재개됩니다. 예를 들어, 이전에 계속 붓고 있던 200mm 두께의 금형 대신 새 금형의 두께가 150mm인 경우, 붓는 장치는 올바른 붓기 위치에 있기 위해 성형 기계의 각 스트로크마다 성형 기계 쪽으로 50mm 뒤로 이동해야 합니다. 금형 컬럼이 움직이지 않을 때 붓기 플랜트가 붓기를 준비하려면 충전 플랜트 컨트롤러가 어떤 금형에 붓는지, 언제 어디에 붓기 영역에 도착하는지 정확히 알아야 합니다. 얇은 금형을 주조하는 동안 두꺼운 금형을 생산하는 새로운 모델을 사용하면 시스템은 한 사이클에서 두 개의 금형을 주조할 수 있어야 합니다. 예를 들어, 직경 400mm 금형을 만들고 직경 200mm 금형을 붓는 경우, 만든 각 금형에 대해 붓는 장치는 성형 기계에서 200mm 떨어져 있어야 합니다. 어느 시점에서 400mm 스트로크는 채워지지 않은 직경 200mm 금형 두 개를 가능한 붓기 영역에서 밀어냅니다. 이 경우, 성형기는 충전 장치가 두 개의 200mm 금형에 대한 주입을 완료할 때까지 다음 스트로크로 이동하지 않아야 합니다. 또는 얇은 금형을 제작할 때, 주입자는 두꺼운 금형을 계속 주입하면서도 사이클에서 주입을 완전히 건너뛸 수 있어야 합니다. 예를 들어, 직경 200mm 금형을 제작하고 직경 400mm 금형을 주입할 때, 주입 영역에 직경 400mm의 새 금형을 배치하면 직경 200mm 금형 두 개를 만들어야 합니다. 위에서 설명한 바와 같이, 문제 없는 자동 주입을 제공하기 위한 통합 성형 및 주입 시스템에 필요한 추적, 계산 및 데이터 교환은 과거 많은 장비 공급업체에게 과제였습니다. 그러나 최신 기계, 디지털 시스템 및 모범 사례 덕분에 최소한의 설정으로 원활한 주입을 신속하게 달성할 수 있으며, 실제로 달성되고 있습니다. 가장 중요한 요건은 각 금형의 위치에 대한 정보를 실시간으로 제공하는 일종의 프로세스 "계산"입니다. DISA의 Monitizer®|CIM(컴퓨터 통합 모듈) 시스템은 제작된 각 금형을 기록하고 생산 라인에서 금형의 이동을 추적함으로써 이러한 목표를 달성합니다. 프로세스 타이머 역할을 하는 이 시스템은 생산 라인에서 각 금형과 노즐의 위치를 ​​매초 계산하는 일련의 타임스탬프 데이터 스트림을 생성합니다. 필요한 경우, 충전 플랜트 제어 시스템 및 기타 시스템과 실시간으로 데이터를 교환하여 정밀한 동기화를 구현합니다. DISA 시스템은 CIM 데이터베이스에서 각 금형의 중요 데이터(금형 두께, 주입 가능 여부 등)를 추출하여 충전 플랜트 제어 시스템으로 전송합니다. 금형 압출 후 생성된 이 정확한 데이터를 사용하여 주입 작업자는 금형이 도착하기 전에 주입 어셈블리를 정확한 위치로 이동시키고, 금형이 움직이는 동안 스토퍼 로드를 개방할 수 있습니다. 금형은 주입 플랜트에서 용탕을 받을 수 있도록 제시간에 도착합니다. 이러한 이상적인 타이밍은 용융물이 주입 컵에 정확하게 도달하는 데 매우 중요합니다. 주입 시간은 생산성 병목 현상의 흔한 원인이며, 주입 시작 시점을 정확하게 맞추면 사이클 시간을 수십 분의 일초까지 단축할 수 있습니다. DISA 성형 시스템은 또한 현재 금형 크기, 사출 압력과 같은 성형기의 관련 데이터와 모래 압축률과 같은 광범위한 공정 데이터를 Monitizer®|CIM으로 전송합니다. Monitizer®|CIM은 충전 공장에서 각 금형의 품질에 중요한 매개변수(주입 온도, 주입 시간, 주입 및 접종 공정의 성공 여부 등)를 수신하여 저장합니다. 이를 통해 개별 금형을 불량으로 표시하고 진동 시스템에서 혼합하기 전에 분리할 수 있습니다. Monitizer®|CIM은 성형기, 성형 라인 및 주조를 자동화할 뿐만 아니라, 수집, 저장, 보고 및 분석을 위한 Industry 4.0 호환 프레임워크를 제공합니다. 주조 관리자는 상세 보고서를 확인하고 데이터를 심층 분석하여 품질 문제를 추적하고 잠재적 개선을 추진할 수 있습니다. Ortrander의 완벽한 주조 경험 Ortrander Eisenhütte는 독일에 위치한 가족 소유의 주조 회사로, 자동차 부품, 대형 난로 및 기반 시설, 일반 기계 부품용 중형 고품질 주철 생산을 전문으로 합니다. 이 주조 회사는 회주철, 구상흑연주철, 압축흑연주철을 생산하며, 주 5일 2교대로 연간 약 27,000톤의 고품질 주물을 생산합니다. Ortrander는 6톤 유도 용해로 4대와 DISA 성형 라인 3대를 운영하여 하루 약 100톤의 주물을 생산합니다. 여기에는 1시간 단위의 단시간 생산이 포함되며, 중요 고객의 경우 그보다 짧은 시간 동안 생산해야 하므로 템플릿을 자주 변경해야 합니다. 품질과 효율성을 최적화하기 위해 CEO Bernd H. Williams-Book은 자동화 및 분석 구현에 상당한 자원을 투자했습니다. 첫 번째 단계는 주철 용해 및 주입 공정을 자동화하고, 3D 레이저 기술, 인큐베이션 및 온도 제어 기능을 갖춘 최신 pourTECH 시스템을 사용하여 기존 주조로 3대를 업그레이드하는 것이었습니다. 이제 용광로, 성형 및 주조 라인은 디지털 제어 및 동기화되어 거의 완전 자동으로 작동합니다. 성형기가 모델을 변경하면 pourTECH 주입 컨트롤러는 DISA Monitizer®|CIM 시스템에 새로운 금형 치수를 요청합니다. DISA 데이터를 기반으로 주입 컨트롤러는 각 주입 시 주입 노드의 위치를 ​​계산합니다. 첫 번째 새 금형이 충전 공장에 도착하는 시점을 정확히 파악하고 자동으로 새로운 주입 순서로 전환합니다. 지그가 스트로크 끝에 도달하면 DISAMATIC® 기계가 멈추고 지그는 자동으로 복귀합니다. 첫 번째 새 금형이 기계에서 제거되면 작업자는 알림을 받아 금형이 올바른 위치에 있는지 시각적으로 확인할 수 있습니다. 심리스 주조의 이점 기존의 수동 주조 공정이나 덜 복잡한 자동화 시스템은 모델 변경 중 생산 시간 손실을 초래할 수 있으며, 이는 성형기의 빠른 금형 변경 시에도 불가피합니다. 주입기 및 주입 금형을 수동으로 재설정하는 것은 더 느리고, 더 많은 작업자가 필요하며, 플레어와 같은 오류가 발생하기 쉽습니다. 오트랜더는 수작업으로 병입할 때 직원들이 결국 피로해지고 집중력을 잃고 게으름을 피우는 등의 실수를 저지른다는 것을 알게 되었습니다. 성형과 주입을 완벽하게 통합함으로써 더 빠르고 일관되며 고품질의 공정을 구현하는 동시에 낭비와 가동 중단 시간을 줄일 수 있습니다. 오트랜더를 사용하면 자동 주입 덕분에 모델 변경 시 주입 장치 위치를 조정하는 데 필요했던 3분이 절약됩니다. 윌리엄스-북 씨는 전체 변환 과정에 4.5분이 걸렸다고 말했습니다. 하지만 지금은 2분도 채 걸리지 않습니다. 교대 근무로 8개에서 12개 모델을 변경하면서 오트랜더 직원들은 이제 교대 근무당 약 30분을 소모하는데, 이는 이전보다 절반 정도 감소한 수치입니다. 일관성 향상과 지속적인 공정 최적화를 통해 품질이 향상됩니다. 오트랜더는 심리스 주조를 도입하여 낭비를 약 20% 줄였습니다. 모델 변경 시 가동 중단 시간을 줄이는 것 외에도, 전체 성형 및 주입 라인에 필요한 인력은 이전 세 명에서 두 명뿐입니다. 어떤 교대 근무에서는 세 명이 두 개의 전체 생산 라인을 운영할 수도 있습니다. 이 직원들은 모니터링만 담당합니다. 다음 모델 선택, 모래 혼합물 관리, 용융물 운반 외에는 수동 작업이 거의 없습니다. 또 다른 이점은 찾기 어려운 숙련된 직원에 대한 필요성이 줄어든다는 것입니다. 자동화에는 약간의 작업자 교육이 필요하지만, 직원들에게 올바른 결정을 내리는 데 필요한 중요한 공정 정보를 제공합니다. 미래에는 기계가 모든 결정을 내릴 수도 있습니다. 심리스 주조의 데이터 배당금 주조 업체들은 공정 개선을 시도할 때 종종 "같은 작업을 같은 방식으로 하지만 결과는 다릅니다."라고 말합니다. 그래서 그들은 10초 동안 같은 온도와 수준에서 주조하지만, 어떤 주물은 좋고 어떤 주물은 좋지 않습니다. 통합 심리스 주조 시스템은 자동화 센서를 추가하고 각 공정 매개변수에 대한 타임스탬프 데이터를 수집하며 결과를 모니터링함으로써 관련 공정 데이터의 체인을 생성하여 품질 저하가 시작될 때 근본 원인을 더 쉽게 파악할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 브레이크 디스크 배치에서 예상치 못한 이물질이 발생하는 경우 관리자는 매개변수가 허용 범위 내에 있는지 신속하게 확인할 수 있습니다. 성형기, 주조 공장, 그리고 용광로, 모래 혼합기와 같은 기타 기능의 컨트롤러가 함께 작동하기 때문에, 생성된 데이터를 분석하여 모래 특성부터 최종 주조 표면 품질까지 공정 전체의 관계를 파악할 수 있습니다. 한 가지 가능한 예는 각 모델의 금형 충진에 주입량과 온도가 어떻게 영향을 미치는지입니다. 생성된 데이터베이스는 머신 러닝 및 인공지능(AI)과 같은 자동화된 분석 기술을 활용하여 공정을 최적화할 수 있는 기반을 마련합니다. Ortrander는 기계 인터페이스, 센서 측정값, 테스트 샘플을 통해 공정 데이터를 실시간으로 수집합니다. 각 금형 주조마다 약 1,000개의 매개변수가 수집됩니다. 이전에는 각 주입에 소요된 시간만 기록했지만, 이제는 매초마다 주입 노즐의 수위를 정확히 파악하여 숙련된 인력이 이 매개변수가 다른 지표와 최종 주조 품질에 미치는 영향을 분석할 수 있습니다. 금형이 충진되는 동안 주입 노즐에서 액체가 배출됩니까, 아니면 충진 중 주입 노즐의 수위가 거의 일정하게 유지됩니까? Ortrander는 연간 300만~500만 개의 금형을 생산하고 방대한 양의 데이터를 수집해 왔습니다. 또한 품질 문제 발생에 대비하여 각 주입의 여러 이미지를 pourTECH 데이터베이스에 저장합니다. 이러한 이미지를 자동으로 평가하는 방법을 찾는 것이 향후 목표입니다. 결론. 동시 자동화된 성형 및 주입은 공정 속도 향상, 품질 일관성 향상, 폐기물 감소로 이어집니다. 매끄러운 주조와 자동 패턴 변경 기능을 통해 생산 라인은 최소한의 수동 작업만으로 효과적으로 자율적으로 운영됩니다. 작업자가 감독 역할을 하므로 필요한 인력이 줄어듭니다. 심리스 주조는 현재 전 세계 여러 곳에서 사용되고 있으며 모든 현대식 파운드리에 적용될 수 있습니다. 각 파운드리는 각자의 필요에 맞춰 약간씩 다른 솔루션을 필요로 하지만, 이를 구현하는 기술은 이미 검증되었으며 현재 DISA와 파트너사인 pour-tech AB에서 제공하고 있으며, 많은 작업이 필요하지 않습니다. 맞춤 제작도 가능합니다. 파운드리에서 인공지능과 지능형 자동화의 활용이 확대되는 것은 아직 시험 단계이지만, 파운드리와 OEM이 향후 2~3년 동안 더 많은 데이터와 경험을 축적함에 따라 자동화로의 전환은 크게 가속화될 것입니다. 그러나 데이터 인텔리전스가 프로세스를 최적화하고 수익성을 향상시키는 가장 좋은 방법이기 때문에, 자동화 및 데이터 수집 확대는 실험적인 프로젝트가 아닌 표준 관행이 되어가고 있습니다. 과거에는 파운드리의 가장 큰 자산이 모델과 직원의 경험이었습니다. 이제 심리스 주조가 더욱 강화된 자동화 및 인더스트리 4.0 시스템과 결합됨에 따라, 데이터는 파운드리 성공의 세 번째 축으로 빠르게 자리 잡고 있습니다.
—본 기사를 준비하는 동안 의견을 제시해 주신 pour-tech와 Ortrander Eisenhütte에게 진심으로 감사드립니다.
네, 최신 제품 및 소재 관련 소식, 테스트, 보고서가 담긴 Foundry-Planet 뉴스레터를 격주로 받아보고 싶습니다. 특별 뉴스레터도 받아보시고요. 언제든지 무료로 취소하실 수 있습니다.