Valunpuhdistuslinjan tuotantokapasiteetin kasvattaminen

Abstract

Valunpuhdistus on valukappaleiden valmistuksessa toteutettava työvaihe, jossa valukappaleesta poistetaan valuprosessissa muodostunutta ylimääräistä materiaalia, kuten syöttökupu, valupurseita ja muita valuvirheitä. Valunpuhdistus on olennainen osa valukappaleiden valmistusta, koska se vaikuttaa merkittävästi valukappaleen lopulliseen laatuun. Lisäksi valunpuhdistuksen jälkeen valukappaleelle voidaan toteuttaa jälkityöstöä, kuten koneistusta.

Valmet Technologies Oy Valkeakosken terätehtaalla valmistetaan segmenttiteriä valamalla. Segmenttiterien kasvava kysyntä on aiheuttanut tarpeen kasvattaa segmenttien valunpuhdistuslinjan tuotantokapasiteettia. Nykyisen valunpuhdistuslinjan pullonkaulana toimiva vesileikkaus rajoittaa koko tehtaan tuotantokapasiteettia. Tämän lisäksi vesileikkauksen jälkeen vaaditaan usein merkittävästi käsin tehtävää viimeistelytyötä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, millä automatisoidulla valunpuhdistusratkaisulla valunpuhdistuslinjan tuotantokapasiteetti voidaan kaksinkertaistaa nykyiseen verrattuna.

Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksen, nykytila-analyysin, referenssitehdasvierailun, ratkaisuvaihtoehtojen vertailun, kokeellisen tutkimuksen ja laskennallisen tarkastelun avulla. Kirjallisuuskatsauksessa käsitellään valumuottien valmistusta ja valamisprosessia, yleisimpiä valunpuhdistukseen soveltuvia menetelmiä ja niiden automatisointia sekä tuotantolinjan kapasiteetin kasvattamiseen liittyviä tuotantoteknisiä tekijöitä. Työssä perehdytään valunpuhdistuslinjan nykytilaan ja käsitellään sen kehityssuunnitelmia. Tutkimuksen aikana toteutettiin vierailu referenssitehtaalle, josta kerättiin tietoa ja näkemyksiä mekaanisesta ja automatisoidusta valunpuhdistuksesta.

Tutkimuksessa verrattiin kahta automatisoitua mekaanista valunpuhdistusratkaisua, joista terätehtaan segmenttituotannon kannalta soveltuvimmaksi arvioitiin toimittajan A robottisolu. Robottisolulla toteutettiin valunpuhdistuskokeet neljälle eri segmenttimallille. Kokeissa saavutettu valunpuhdistuksen keskimääräinen jaksoaika oli 230 s, ja puhdistustulos oli reikien avaamiseen liittyviä haasteita lukuun ottamatta hyvä.

Laskennallisten tarkastelujen perusteella tuotantokapasiteetin kaksinkertaistaminen on mahdollista, kun uuden valunpuhdistusratkaisun keskimääräinen jaksoaika on noin 230 s ja käyttöaste vähintään 76,5 %. Robottisolun yhden työvuoron mittainen miehittämätön käyttö edellyttää vähintään noin 125 segmentin puskurikapasiteettia.

Tulosten perusteella robottisoluun perustuva valunpuhdistusratkaisu soveltuu vaihtoehdoista parhaiten nykyisen segmenttipuhdistuslinjan rinnalle. Ratkaisun käyttöönotto edellyttää vielä erityisesti reikien avaamiseen soveltuvan menetelmän kehittämistä sekä muiden segmenttimallien soveltuvuuden varmistamista.

Castings cleaning is a process step in the manufacture of castings in which excess material formed during the casting process – such as the sprue, flash, and other casting defects – is removed from the casting. Casting cleaning is an essential part of castings production because it significantly affects the final quality of the casting. In addition, after casting cleaning, the casting can undergo post-processing, such as machining.

Valmet Technologies Oy’s Valkeakoski refiner blade factory manufactures segmented refiner blades using a casting process. Growing demand for segment blades has created a need to increase the production capacity of the segment casting cleaning line. Water cutting, which acts as a bottleneck in the current casting cleaning line, limits the production capacity of the entire plant. In addition, the water-jet cutting process often requires a significant amount of manual finishing work afterward. The objective of this study was to determine which automated casting cleaning solution could double the production capacity of the casting cleaning line compared to the current capacity.

The study was conducted through a literature review, an analysis of the current state, a visit to a reference plant, a comparison of alternative solutions, experimental research and a computational analysis. The literature review covers the manufacture of casting molds and the casting process, the most common methods used for casting cleaning and their automation, as well as production-related factors associated with increasing production line capacity. The study examines the current state of the casting cleaning line and discusses plans for its future development. During the research, a visit was made to a reference plant, where information and insights regarding mechanical and automated casting cleaning were gathered.

The study compared two automated mechanical casting cleaning solutions, and supplier A’s robot cell was deemed the most suitable for the factory’s segment production. Casting cleaning tests were conducted using the robot cell on four different segment models. The average cycle time for casting cleaning achieved in the tests was 230 seconds, and the cleaning results were good, except for challenges related to opening the holes.

Based on theoretical analyses, it is possible to double production capacity when the average cycle time of the new casting cleaning solution is approximately 230 seconds, and the utilization rate is at least 76.5%. Unmanned operation of the robot cell for a single shift requires a buffer capacity of at least approximately 125 segments.

Based on the results, the robot cell-based casting cleaning solution is the most suitable option to be used alongside the current segment cleaning line. Implementing this solution will require the development of a method specifically suited for opening holes, as well as verifying the suitability of other segment models.