Dnes je tomu deset let, kdy se špičky v oboru sešly k vývoji nové technologie postřiku forem v tlakovém lití se záměrem naprostého vyloučení používání vody.
Svého času to byla myšlenka vpravdě revoluční a pro mnohé specialisty v oboru také nepředstavitelná a absurdní.
I přesto se díky snaze a neuvěřitelnému nasazení několika odhodlaných a věřících nadšenců myšlenku podařilo realizovat. Dnes můžeme říct, že máme k dispozici opravdu revoluční a zásadní technologii, která technologii tlakového lití přenáší do 21. století s výrazně nižší ekologickou zátěží.
Pojďme se podívat, v čem může být mikropostřik přínosný pro každou slévárnu.
Běžný postřik forem v tlakovém lití vyžaduje poměrně velké množství vody, která je směšována se vstupním koncentrátem separačního přípravku. Při aplikaci voda chladí povrch formy (alespoň pod 250 °C), přičemž se odpařuje a na povrchu ulpívá koncentrovaný separační prostředek, který vytváří ochrannou vrstvu formy.
Neodpařená, znečištěná voda stéká pod licí stroj a po ukončení postřiku je nutné vyfoukat její zbytky. To je spojeno nejen se spotřebou tlakového vzduchu, ale především s vysokou hlučností v prostoru slévárny. Zbytková vlhkost ve formě má pak za následek vznik vnitřních vad a zvýšenou nutnost vakuování.
Ochlazení formy postřikem prodlužuje cyklus a vynucuje zpětný ohřev formy temperačními jednotkami. Ochlazení formy při odparu vody na povrchu zároveň způsobuje tak velké teplotní šoky, že se na povrchu formy začnou nezadržitelně objevovat trhliny již po 5 000 až 10 000 ranách (v závislosti na složitosti odlitku a konstrukci formy).
Z uvedené standardní aplikace vyplývají poznávací znaky:
- spotřeba vody;
- spotřeba vzduchu;
- dlouhý čas cyklu;
- krátká životnost formy;
- zbytková vlhkost – pórovitost odlitků;
- ohřev formy termoregulačními zařízeními;
- znečištění prostředí slévárny;
- vznik odpadní vody k deponaci nebo k čištění.
Cílem mikropostřiku je nanesení ochranné vrstvy na aktivní plochu formy, avšak při naprosté eliminaci vstupní vody.
Při mikropostřiku odpadá chladicí účinek při ošetření formy, nanáší se pouze jednotky mililitrů. Proto je často potřeba zintenzivnit vnitřní chlazení formy. Nutné úpravy je možné stanovit za pomoci simulačních softwarů nebo na základě praktické zkoušky. Zároveň ale odpadají teplotní šoky.
Díky absenci vody v separační směsi a díky použití nejmodernějších komponent separátoru dochází k vytvoření ochranné vrstvy za vyšších teplot. Zatímco při standardním postřiku je nutností zchladit povrch formy pod alespoň 250 °C, u mikropostřiku je tato teplota o 100–150 °C vyšší.
Zcela odpadá zbytková vlhkost ve formě a snižuje se nutnost zpětného ohřevu formy temperačními jednotkami. Vyfoukání formy se používá pouze pro odstranění nečistot, popřípadě někdy k rozfoukání separátoru na povrchu formy.
Z výše uvedených negativ si můžeme snadno odvodit očekávaná pozitiva mikropostřiku:
- nulová spotřeba vody;
- odpadá zpracování odpadních vod;
- výrazně nižší spotřeba vzduchu;
- vyšší produktivita licího pracoviště;
- vyšší kvalita odlitku;
- celkově vyšší životnost formy;
o nižší rychlost lisování;
o bez teplotních šoků;
- energetická úspora termoregulace – nulové ochlazení formy postřikem;
- tišší pracovní prostředí;
- delší životnost formy;
- vyšší kvalita výroby, nižší zmetkovitost.
Při standardním postřiku se aplikuje přibližně 0,3–1,0 l separátoru na 1 kg hrubé hmotnosti odlitku. Při mikropostřiku toto množství klesá na 0,5–2 ml. Potřebujeme tedy trysky s velice jemným a přesným nastavením dávkovaného množství.
Dnes se nejčastěji používají pulzní trysky Wollin s označením DD4, kde se množství separátoru na jeden impulz jemně nastavuje v rozmezí 0,000–0,071 ml.
V rámci čistoty a technologické stability je nutností přivést separátní vedení koncentrátu od zásobníku k postřikové hlavě. Stávající vedení běžného separátoru nelze použít z důvodu kontaminace a možnosti ucpávání trysek s jemným vrtáním.
U mikropostřiku odpadá nutnost směšování koncentrátu s vodou. „Směšovačka“ se tak nahrazuje tlakovou nádobou s integrovaným sledováním hladiny a s plnou komunikací se strojem.
Jak bylo uvedeno výše, u mikropostřiku zcela odpadá vnější chladicí účinek postřiku, proto je potřeba posílit vnitřní chlazení formy.
K tomu můžeme přistoupit dvěma způsoby. U nových projektů si vezmeme na pomoc simulační softwary, které dnes se slušnou přesností počítají teploty povrchu formy v sériové výrobě. U stávajících, běžících projektů můžeme nasadit mikropostřik bez úprav formy. Praktickou zkouškou lze zjistit, jak se teploty formy v sériové výrobě budou pohybovat a na základě zjištěných údajů můžeme chlazení formy upravit.
Obě varianty jsme si v minulosti vyzkoušeli a obě jsou možné. Záleží jen na vkusu a možnostech každé slévárny.
Na samotném licím stroji nebo jiných zařízeních není potřeba cokoliv upravovat. V rámci temperace nebo chlazení forem musíme pouze počítat s nutností vyšší chladicí kapacity. Často je potřeba nahradit olejovou temperaci vodní temperací nebo pouze chlazením. To sice někdy vede k investičním nákladům, následkem je ale obrovská energetická úspora.
Je jen potřeba upozornit, že přechodem na mikropostřik dojde ke zrychlení času postřiku a rychlost pístu ve druhé fázi se bude o 15–30 % snižovat.
Protože se jedná o zcela revoluční technologii, potkávali jsme se samozřejmě s mnoha výzvami i překvapeními, než jsme nasbírali potřebné zkušenosti. Na uvedeném příkladu si můžeme ukázat, jaký přínos si může každá slévárna vychutnávat, pokud si projde trnitou cestou poznání.
Projekt mikropostřiku ve slévárně AS-CASTING s.r.o. začal v roce 2016 a byl převeden do plné sériové výroby především díky technologickému povědomí, neutuchající víře a naprostému odhodlaní pánů Jiřího Šulce a Josefa Pospíšila, kteří na projektu spolupracovali.
Hlavní motivací pro nasazení nové technologie bylo navýšení objednávek, a tedy nutnost redukce výrobního cyklu. Bylo dohodnuto, že firma ŠEBESTA-služby slévárnám s.r.o. dodá kompletní technologické vybavení na zkoušku a poskytne svého aplikačního specialistu Josefa Pospíšila, aby společně s Jiřím Šulcem uvedli mikropostřik do života.
Zkouška nejdříve probíhala na licím pracovišti Bühler 84Ds postřikovým strojem Wollin PSM3 s lakovacími tryskami a následně na novém licím stroji Colosio 2P 1000 L a postřikovém stroji Wollin ESM3 s pulzními tryskami Wollin DD4. Separační prostředek byl zvolen Chem-Trend® SL 8801, tzv. HERATM.
První zkouška byla provedena na stávající čtyřnásobné formě pro standardní postřik, kdy se na jeden cyklus spotřebovalo 1,25 l. Hrubá hmotnost odlitku byla 1,8 kg a forma byla na sklonku životnosti (ca 85 000ran). Pro potřeby zkoušky nebylo upravováno chlazení formy. Výsledkem první zkoušky byla redukce výrobního cyklu z původních 58,1 na uspokojivých 50,3 s. Kromě navýšení produktivity byla snížena rychlost lisování z 3,3 m/s na 2,6 m/s a dotlak se snižoval ze 480 na 300 barů. Teploty povrchu formy se stabilizovaly v rozmezí 190–350 °C.
První aplikace využívala starší technologii mikropostřiku „lakováním“. Spotřeba koncentrátu Chem-Trend® SL-8801 na jeden cyklus se stabilizovala na 9 ml.
Výsledkem první zkoušky tak bylo potvrzení, že je mikropostřik na daném projektu aplikovatelný a pro samotnou výrobu je jednoznačným přínosem.
Při sledování v dlouhodobé výrobě se ukázalo, že je proces stabilnější, než je proces u standardního postřiku. Přestalo docházet k nalepování separátoru na povrch formy, proces se řídil mnohem přesněji a opakovatelněji, přičemž se přestala objevovat občasná vnitřní pórovitost odlitků.
Přestože forma nebyla v nejlepší kondici, bylo s ní odlito dalších 300 000 ran a po celkových 380 000 ranách byla forma vyřazena z výroby.
Na základě zkušeností z provozu a na základě skutečných teplotních polí byla připravena nová forma s vnitřním posílením chlazení. Zároveň společnost Wollin navrhla novější technologii nanášení separátoru pomocí pulzních trysek a nikoliv „lakováním“. Použití pulzních trysek je výrazně přesnější, cílenější, lépe regulovatelné a díky tomu zajišťuje vyšší stabilitu výroby. Díky tomu došlo k další stabilizaci výrobního procesu a ke snížení spotřeby koncentrátu Chem-Trend® SL 8801 na 4 ml.
V této konstelaci bylo ve slévárně AS-CASTING s.r.o. odlito193 000 ran a AS-CASTING odhaduje využití životnosti formy na 50 %. Nyní je forma zakonzervována a uskladněna z důvodu nižší násobnosti (viz níže).
Zákazník o 100 % navýšil týdenní odběry, bylo potřeba navýšit produktivitu radikálnějším způsobem, tedy navýšením násobnosti formy. Na základě referencí a na základě zkušeností s minulými projekty byli ke spolupráci pozváni specialisté ze společnosti MECASESI s.r.o.
Konstrukce nové šestinásobné formy byla připravena s pomocí simulačního software Pro-CAST. Vedle simulace cyklování formy, plnění a tuhnutí byl také povolán na pomoc program SALSA 3D pro návrh zcela nové koncepce vtokové soustavy. Vyšší násobnost formy si vyžádala také větší licí stroj.
Po drobných optimalizacích se výrobní čas stabilizoval na 46,1 s (čas je na hranici možnosti periferií) se spotřebou separátoru 6 ml, přičemž se zmetkovitost a stabilita výroby ustálily na více než přijatelných hodnotách.
K dnešnímu dni má forma odlito 480000 ran, forma je stále v provozu a nevykazuje známky většího opotřebení.
Vyhodnocení case study „deckl“ – přínosy:
- nejméně 4× zvýšení životnosti formy;
- 26% navýšení produktivity stroje (při zachování násobnosti formy);
- 26% úspora ve spotřebě energií stroje a udržovací pece na 1 odlitek (na strojích bez frekvenčních měničů na hlavních motorech);
- 89% navýšení produktivity díky úspěšnému vývoji nové šestinásobné formy;
- o 18 % nižší rychlost pístu v druhé fázi lisování (při zachování násobnosti formy);
- úspora spotřeby energie temperačních jednotek (nebylo přesně měřeno);
- 100% snížení spotřeby vody; původní spotřeba 1,25 l na cyklus (ca 500 m3 vody ročně);
- 0 litrů odpadních vod(odhadujeme 200 m3 odpadních vod ročně, což odpovídá ca 400 000 Kč);
- 70 % redukce spotřeby vzduchu (odhad);
- výrazně nižší hlučnost;
- nižší zmetkovitost (vyhodnoceno, konkrétní údaje nelze zveřejnit);
- vyšší stabilita výroby (vyhodnoceno, konkrétní údaje nelze zveřejnit);
- čistota pracovního prostředí – nevyčíslitelná;
- nulové problémy s bakteriemi a směšovacími poměry;
- nulová koroze forem a upínacích desek licího stroje.
Mikropostřik je neoddiskutovatelným přínosem pro každou slévárnu tlakového lití, nabízející nespočet ekonomických výhod. Bez vysokého nasazení všech zúčastněných stran se ale úspěch nedostaví.
Chtěli bychom zde zdůraznit především nutnost technologické kázně. Mnozí zaměstnanci na slévárně nevěří technologickým revolucím a mají tendenci hledat důvody, proč mikropostřik v sériové výrobě nebude fungovat.
Je opravdu důležité vybrat ve slévárně takový tým nadšenců, kteří nové technologii věří. V opačném případě se bude stávat, že na nočních a víkendových směnách bude docházet „k nečekaným událostem“ a „nepochopitelným výpadkům výroby“.
Praktický příklad z AS-CASTING s.r.o. ukázal jasné a jednoznačné přínosy mikropostřiku i nutnost vysokého nasazení a vnitřního přesvědčení spolupracujících stran. Firma ŠEBESTA-služby slévárnám s.r.o. by nikdy nemohla rozjet mikropostřik v této slévárně bez podpory a bezpodmínečného nasazení společnosti AS-Casting s.r.o.
Chuť k inovacím, technologické povědomí a otevřenost ke spolupráci jsou nejdůležitějšími aspekty úspěšné spolupráce, ze které nakonec zákazník může čerpat i v daleké budoucnosti.
AS-Casting s.r.o. se ve spolupráci s firmou ŠEBESTA-služby slévárnám s.r.o. stal majitelem důležitého know-how, které dnes samostatně aplikuje na další a další projekty a může tak čerpat z obrovského potenciálu technologie mikropostřik. Nejen z ekonomického, ale především dnes zásadního pohledu ekologického a energetického.
