Коротко

Керування в реальному часі при литті під тиском — це сучасний виробничий процес, що використовує замкнуту систему з датчиків, контролерів та виконавчих механізмів для безперервного моніторингу та коригування критичних параметрів під час вприскування металу. Ця система точно регулює тиск розплавленого металу, його потік і температуру форми протягом усього циклу лиття. Основна мета полягає в тому, щоб порожнина форми повністю і рівномірно заповнювалася, що безпосередньо забезпечує виготовлення виробів вищої якості з мінімальною кількістю дефектів, стабільною щільністю та покращеною механічною міцністю.

Основи керування технологічним процесом у реальному часі при литті під тиском

У сучасному виробництві точність і стабільність мають першорядне значення. Контроль процесу в реальному часі є суттєвим технологічним кроком уперед у галузі лиття під тиском, замінюючи традиційні, менш точні методи. Суть цієї технології полягає в динамічній системі зворотного зв'язку, призначеній для керування процесом інжекції з точністю до часток мікросекунди. На відміну від розімкнутих контурів або ручних систем, схильних до нестабільності та вищого рівня браку, система реального часу активно коригує відхилення в момент їх виникнення, забезпечуючи дотримання оптимальних параметрів на кожному циклі.

Такий рівень контролю необхідний для виконання суворих вимог до якості в таких галузях, як автомобілебудування та авіаційно-космічна промисловість. Основна важливість цієї технології полягає в її здатності перетворити лиття під тиском з реактивного процесу на проактивний. Замість перевірки виробів на наявність дефектів після виробництва, контроль у реальному часі має на меті запобігти виникненню цих дефектів ще до їх появи. Такий підхід, заснований на даних, не лише підвищує якість виробів, але й забезпечує цінну інформацію для постійної оптимізації процесу.

Типовий контур керування в реальному часі складається з трьох основних компонентів, які працюють у синергії:

• Датчики: Ці пристрої встановлюються в критичних точках для контролю таких параметрів, як тиск, температура, швидкість плунжера та переміщення. Вони є очима та вухами системи, збираючи первинні дані з фізичного процесу.
• Контролер: Це мозок операції, найчастіше спеціалізований блок, наприклад Контролер TOSCAST або систему високошвидкісного збирання даних (DAQ), наприклад ADwin. Вона обробляє дані з датчиків, порівнює їх із запрограмованими значеннями та розраховує необхідні коригування.
• Виконавчі механізми: Це механізми (наприклад, гідравлічні клапани), які виконують команди контролера, фізично регулюючи змінні параметри процесу. Наприклад, актуатор може змінювати відкриття клапана для регулювання тиску інжекції або змінювати потік води для контролю температури матриці.

Цей безперервний цикл моніторингу, обробки та регулювання відбувається тисячі разів на секунду — швидкість, якої часто не можуть досягти стандартні ПЛК. Наприклад, забезпечуючи точний потік розплавленого металу під час інжекції, система гарантує повне та рівномірне заповнення порожнини форми. Це призводить до отримання деталей з однорідною щільністю та високою міцністю, що безпосередньо вирішує основні проблеми виробництва складних деталей. Як описано в Techmire , таке замкнуте керування забезпечує стабільну роботу системи та високоякісні деталі.

Ключові контрольовані змінні: тиск, температура та потік

Успіх керування в реальному часі залежить від здатності точно регулювати найвпливовіші змінні в процесі лиття під тиском. Хоча контролюється багато параметрів, найкритичнішими для отримання виливків без дефектів є тиск, температура та потік. Кожна змінна створює свої унікальні виклики й вимагає окремої стратегії керування для досягнення оптимальних результатів.

Контроль тиску є основоположним для забезпечення повного заповнення розплавленим металом складних деталей порожнини матриці. Процес зазвичай поділяється на етапи: етап заповнення, керований швидкістю, та етап ущільнення, керований тиском. Під час заповнення система регулює швидкість впресування, щоб запобігти турбулентності та затраплюванню повітря. Як тільки порожнина заповнена, система переходить до фази ущільнення, створюючи величезний тиск, щоб мінімізувати пористість і забезпечити отримання виробу з щільною та однорідною структурою. Поганий контроль тиску може призвести до дефектів, таких як пористість, холодні сплавлення та неповне заповнення.

Не менш важливим є термоконтроль, який безпосередньо впливає на процес затвердіння металу та термін служби самої матриці. Значна різниця температур між розплавленим металом і формою може спричиняти поверхневі напруження, що призводить до передчасного зносу форми та погіршення якості виробів. Системи, такі як REALTIME control від Die Pro забезпечує повністю автоматичне керування охолодженням матриці шляхом регулювання швидкості потоку води в кожному каналі охолодження на основі показань температури на виході. Це підтримує сталу температуру матриці в кожному циклі, запобігаючи дефектам, таким як короблення, тріщини та розмірна нестабільність. Ефективне теплове управління є важливим для досягнення якісної поверхневої структури та оптимального заповнення форми.

У таблиці нижче наведено функцію кожної ключової змінної та переваги, отримані завдяки її точному керуванню в реальному часі.

Ключові технології та системи, що забезпечують контроль у реальному часі

Реалізація керування в реальному часі у литті під тиском досягається завдяки інтегрованій архітектурі сучасного апаратного та програмного забезпечення. Ці системи розроблені для отримання, обробки та виконання даних із надзвичайно низькою затримкою. Основні компоненти включають високоточні датчики, швидкі системи збору даних (DAQ), складні контролери та інтуїтивне програмне забезпечення для моніторингу.

На передовому краю — спеціалізовані контролери та системи збору даних, які виступають центральною нервовою системою. Наприклад, ADwin-Gold system забезпечує збирання даних у реальному часі з детермінованим часом відгуку менше одного мікросекунди, пропонуючи рівень точності, який традиційні ПЛК не можуть досягти. Аналогічно, контролер TOSCAST компанії Shibaura Machine розроблений для інтеграції даних з усієї комірки лиття під тиском, включаючи допоміжне обладнання, щоб приймати більш інтелектуальні та комплексні рішення щодо керування. Ці контролери обробляють величезні обсяги даних для управління складними профілями вприскування, наприклад, програмування декількох етапів швидкості та тиску для оптимізації заповнення та ущільнення.

Програмний компонент забезпечує інтерфейс людина-машина (HMI) для операторів та технологів. Системи, такі як система контролю параметрів процесу та моніторингу впорскування Techmire (PPCS), дозволяють операторам встановлювати конкретні значення та контрольні межі для десятків критичних параметрів. Це програмне забезпечення часто включає потужні діагностичні інструменти, які у реальному часі відображають графіки профілів впорскування. Якщо виявляється стан поза допусками, система може автоматично подати сигнал тривоги, зупинити машину або направити несправну деталь на перевірку. Здатність негайного отримання зворотного зв’язку та вжиття заходів є характерною рисою сучасних систем керування.

Оцінюючи систему керування литтям під тиском у реальному часі, виробники повинні шукати поєднання ключових функцій, які гарантують продуктивність, гнучкість та корисність даних. На підставі можливостей, зазначених провідними гравцями галузі, до основних функцій належать:

• Швидкісний збір даних: Здатність збирати дані від кількох датчиків на високих частотах для точного фіксування всього процесу інжектування.
• Детермінована обробка: Виділений процесор реального часу, який працює незалежно від операційної системи ПК, забезпечуючи стабільні часи реакції.
• Розширене програмування профілів: Можливість визначати багатоступеневі профілі швидкості та тиску для точного керування етапами заповнення та ущільнення.
• Моніторинг і діагностика в реальному часі: Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, що відображає поточні дані, профілі вприскування та параметри процесу разом із графічними інструментами аналізу.
• Автоматичні сповіщення та сортування: Функція автоматичного виявлення циклів, що виходять за межі специфікацій, і вжиття коригувальних заходів, наприклад, повідомлення оператора або фізичного відокремлення підозрілих деталей.
• Реєстрація даних і інтеграція з мережею: Можливість зберігання історичних даних процесу для контролю якості, аналізу та інтеграції з платформами MES (система виконання виробничих операцій) на рівні всього заводу.

Вплив та переваги: підвищення якості, ефективності та прийняття рішень

Впровадження систем керування в реальному часі має перетворювальний вплив на операції лиття під тиском і забезпечує суттєві переваги щодо якості виробів, ефективності процесів та стратегічного прийняття рішень. Переходячи від реактивної до проактивної моделі керування, виробники можуть досягти вищого рівня продуктивності й отримати значну конкурентну перевагу. Основною перевагою є значне покращення якості виробів, оскільки система постійно працює над запобіганням дефектам до їх виникнення, що призводить до виготовлення високоякісних виливків без заусенців.

На заводі це означає більшу ефективність процесів. Реальний час регулює виробництво лому, зменшує відходи матеріалів і енергію, що витрачається на повторне розплавлення дефектних частин. Крім того, підтримуючи стабільні та оптимальні параметри процесу, ці системи зменшують змінність, яка часто призводить до простою машини. Згідно Марпос , інтелектуальні системи лиття на друку також дозволяють прогнозное обслуговування. Аналізуючи тенденції в даних процесу, система може попередити команди технічного обслуговування про потенційні проблеми з машиною або загинути до катастрофічної аварії, що максимізує час роботи.

Окрім безпосередніх переваг у виробництві, величезна кількість даних, зібраних цими системами, є цінним стратегічним активом. Ці дані дають глибоке розуміння виробничого процесу, дозволяючи інженерам оптимізувати параметри, удосконалювати конструкції форм та усувати несправності на основі емпіричних даних. Це сприяє формуванню культури управління на основі даних, де рішення ґрунтуються на об'єктивному аналізі, а не лише на інтуїції оператора. Збирання таких інформаційних даних у реальному часі в кінцевому підсумку призводить до більш розумного та ефективного управління всією виробничою екосистемою.

Основні переваги впровадження керування в реальному часі у литті під тиском включають:

• Висока якість виробів: Мінімальна кількість дефектів, однорідна щільність, висока механічна міцність та чудова точність розмірів.
• Підвищення ефективності процесу: Значне зниження рівня браку, зменшення витрат матеріалів та енергії, скорочення тривалості циклів.
• Покращена стабільність системи: Забезпечує стабільну продуктивність від пострілу до пострілу, що призводить до передбачуванішого та надійнішого виробничого виходу.
• Подовжений термін служби матриці: Мінімізує тепловий удар і механічні напруження (такі як «ефект молотка»), що допомагає запобігти передчасному зносу та пошкодженню форми.
• Оптимізація на основі даних: Надає комплексні дані для аналізу процесу, документування контролю якості та ініціатив безперервного покращення.
• Можливості передбачувального обслуговування: Дозволяє ранньо виявляти несправності обладнання, скорочуючи незаплановані простої та витрати на обслуговування.

Поширені запитання

1. Наскільки точне лиття під тиском?

Лиття під тиском відоме своєю чудовою точністю розмірів. Хоча це залежить від конкретного матеріалу, що виливається, типова точність становить близько 0,05 мм на перші 2,5 см (0,002 дюйма на перший дюйм) та додатково 0,025 мм на кожні наступні 2,5 см (0,001 дюйма на кожен наступний дюйм). Системи реального часу впроваджуються для стабільного досягнення та навіть покращення такого високого рівня точності шляхом мінімізації варіативності процесу.

2. Як називаються два основні методи лиття під тиском?

Два основних методи лиття під тиском — це гаряче-камерне лиття під тиском і холодно-камерне лиття під тиском. У процесі з гарячою камерою механізм вприскування занурений у ванну розплавленого металу. Цей метод зазвичай використовується для сплавів із низькою температурою плавлення, таких як цинк і магній. У процесі з холодною камерою розплавлений метал окремо зачерпують у систему вприскування для кожного циклу, що необхідно для сплавів із високою температурою плавлення, наприклад алюмінію, які можуть пошкодити занурений механізм вприскування.

3. Що таке PDC і GDC?

PDC означає лиття під тиском (Pressure Die Casting), а GDC — гравітаційне лиття під тиском (Gravity Die Casting). У GDC розплавлений метал просто наливають у форму, і він заповнює порожнину під дією сили тяжіння. У PDC, до якого входять методи з гарячою та холодною камерами, розплавлений метал вприскується в форму під високим тиском. Цей тиск є обов’язковим для виготовлення деталей із тонкими стінками, складними деталями та гладкою поверхнею.