SISTEMA DE FUNDICION AUTOMATIZADO
MEMORIA DESCRIPTIVA
La presente invención se refiere a un sistema para la fundición automatizada mediante gravedad de piezas de trabajo, en particular pero no exclusivamente para la producción de piezas de trabajo de aleación de aluminio. Actualmente, los sistemas de fundición mediante gravedad comprenden máquinas de fundición automatizadas que tienen moldes que se pueden abrir en los cuales se funde metal fundido y de los cuales se extraen fundiciones solidificadas. La automatización generalmente conduce a la producción de sistemas que están "dedicados" al tipo específico de fundición que se va a producir, al grado que no es posible producir fundiciones de tipos diferentes sin modificación sustancial del sistema. El término "diferente" está diseñado para indicar no únicamente fundiciones de formas diferentes sino del mismo tipo, pero también y sobre todo, fundiciones de tipos diferentes. El objeto principal de la invención es proveer un sistema de fundición con una alta producción y con un alto grado de automatización, el cual puede reducir costos de producción y el número de rechazos. Otro objeto de la invención es proveer un sistema de fundición que permite el control mejorado del procedimiento de producción.
¦ ·" ?- Otro objeto de la invención es proveer un sistema de fundición que tiene características de flexibilidad que permiten que se adapte fácilmente y rápidamente a la producción de fundiciones de tipos diferentes, sin excluir la posibilidad de también recolectar las fundiciones de las máquinas de fundición 5 manualmente. Un objeto adicional de la invención es proveer un sistema de fundición que puede hacer uso de las ventajas que resultan de la automatización incluso en casos en los cuales uno o más de los dispositivos del sistema están desactivados temporalmente para mantenimiento, debido a 10 fallas, o para producción fuera de línea. Estos y otros objetos y ventajas que se entenderán de manera adicional a partir de lo siguiente se logran, de acuerdo con la invención, mediante un sistema que tiene las características que se definen en las reivindicaciones que se anexan. 15 Una modalidad preferida pero no limitante de un sistema de acuerdo con la invención se describirá ahora con referencia a los dibujos que se anexan, en los cuales: La figura 1 es una vista en planta general de un sistema de acuerdo con la presente invención. 20 La figura 2 es una vista en planta que muestra una parte del sistema de la figura 1 , en una escala agrandada. La figura 3 es una vista en planta que muestra otra parte del sistema de la figura 1 , en una escala agrandada.
La figura 4 es una vista eff elevación lateral tomada sobre la flecha IV de la figura 1. La figura 5 es una vista en elevación delantera del aparato de fundición automatizado. La figura 6 es una vista en elevación delantera del aparato de transferencia de fundición. La figura 7 es una vista en perspectiva esquemática que muestra, en una escala agrandada, un dispositivo de sujeción de fundición automatizado que forma parte del aparato de transferencia de la figura 6. La figura 8 es una sección vertical esquemática a través de una mesa giratoria provista con un par de hornos. La figura 9 es una sección vertical esquemática a través de una estación para la limpieza de un cazo de colada, y La figura 10 es una vista en perspectiva, esquemática, de una máquina de fundición de tipo conocido adecuada para utilizarse en el sistema de la presente invención. Con referencia inicialmente a la figura 1 , un sistema de fundición de acuerdo con la invención comprende una pluralidad de estaciones de fundición A, B, C, D; en esta modalidad, hay cuatro estaciones de fundición, alineadas a lo largo de un eje que se define en la presente como un eje longitudinal y dispuestas en pares lado a lado. En cada estación de fundición, hay una máquina de fundición 10a, 10b, 10c, 10d, por ejemplo, del tipo que se muestra por separado en la figura 10. Una máquina de fundición de este tipo, que es conocida per se, no es relevante para los propósitos de un entendimiento de la invención y por lo tanto no se describirá en detalle en la presente. Será suficiente hacer notar que la máquina de fundición de la figura 10 tiene una estructura de trabajo 12 con un motor eléctrico 14 el cual periódicamente trae la inclinación de un molde 16 que se puede abrir en un plano vertical. Durante cada ciclo de fundición, el molde recibe una cierta cantidad de metal fundido y se hace girar a través de aproximadamente 90° alrededor de un eje horizontal de acuerdo con un régimen de fundición predeterminado con el fin de llenar la cavidad del molde. Cuando la solidificación ha tenido lugar, el molde se abre y la fundición se extrae y se retira, como se describirá adicionalmente enseguida. Una mesa 20 dispuesta entre los pares de estaciones de fundición A, B y C, D puede girar alrededor de un eje vertical por medio de un motor con engranajes (no se muestra para simplicidad). Como también se muestra en la figura 8, la mesa 20 está montada sobre un cojinete horizontal 21 fijo en el piso en una cavidad 22 formada para mantener la mesa a nivel con el piso. La mesa está equipada con un par de hornos 24a, 24b, que están diametralmente opuestos con respecto al eje central vertical de la mesa como para estar dispuestos de manera que se alterna en una posición de carga tal como la ocupada por el horno 24b en las figuras 1 y 2 y una posición de trabajo o recolección E que enfrenta en la dirección de las posiciones de fundición A-D y está ocupada por el horno 24a en estos dibujos. Los hornos 24a, 24b son preferiblemente del tipo eléctrico con crisoles de un solo recipiente 25a, 25b. Con el fin de llenarse, los hornos se remueven de manera alternativa y periódicamente de la mesa, desde la posición de carga, se transportan a una estación de llenado lejana (no se muestra) y, una vez llenos, se vuelven a colocar en la posición de carga sobre la mesa 20. Como se describirá adicionalmente enseguida, esta operación se puede realizar mientras el metal fundido se recolecta desde el crisol del horno en la posición de trabajo, sin interrumpir los ciclos de fundición. Dos moldes de lingote 26a, 26b, están provistos debajo de la mesa 20, con conductos 27a, 27b para dirigir el metal fundido en el caso de rompimiento de cualquiera de los crisoles. El suministro de energía eléctrica alcanza a los hornos desde arriba, a través del centro de la mesa. Como se muestra en las figuras 1 , 2, 4 y 5, el sistema incluye el aparato de fundición automatizado, indicado generalmente en 30, en forma de un robot Cartesiano. El aparato 30 transfiere metal líquido desde el horno el cual está en la posición de recolección E sobre la mesa giratoria 20 a las máquinas de fundición individuales 10a-10d. El aparato de fundición 30 comprende una guía recta horizontal 31 que se extiende por arriba y en la cercanía de las estaciones de fundición A-D y en la estación de recolección E del horno que está dispuesta sobre el mismo lado que las estaciones de fundición. Un carro 32 se puede deslizar a lo largo de la guía 31 y lleva un dispositivo de fundición automatizado, indicado generalmente en 33. Cuatro unidades de impulso están montadas sobre el carro 32. Una primera unidad de impulso trae el movimiento de translación horizontal del carro a lo largo de la guía 31 . Una segunda unidad de impulso trae el movimiento vertical de una varilla vertical 35 a lo largo de una guía vertical 36 fija sobre el carro 32. Un brazo 37 articulado al extremo inferior de la varilla 35 pivotea alrededor de un eje longitudinal horizontal x mediante una tercera unidad de impulso. Un cazo de colada 38 está articulado sobre el extremo inferior del brazo 37 y a su vez puede inclinarse alrededor de un eje longitudinal horizontal X2 por medio de una cuarta unidad de impulso. Un par de electrodos (no se muestran), la función de los cuales se explicará enseguida, está montado sobre el cazo de colada. El aparato de fundición 30 tiene por lo tanto una gama de operación que permite que metal líquido se recolecte mediante el cazo de colada 38 de la estación de recolección E de uno de los crisoles y que se vierta en cualquiera de los moldes de las máquinas de fundición 10a-10d. Con referencia enseguida a las figuras 1 , 2, 6 y 7 en particular, el sistema incluye el aparato automatizado en forma de un robot Cartesiano para transferir las fundiciones desde las posiciones de fundición A-D a una estación de descarga F (visible en las figuras 1 , 3 y 6) desde la cual las fundiciones se recolectan y se remueven con el fin de someterse a procesamiento adicional, o se descargan si están defectuosas. El aparato de transferencia, indicado generalmente en 40, comprende una guía horizontal recta 41 sustancialmente paralela a la guía 31 del aparato de fundición 30. La guía 41 se extiende por arriba de las
i twriil estaciones de fundición A-D y la estación de descarga F. Un carro 42 se puede deslizar a lo largo de la guía 41 y lleva un dispositivo de sujeción automatizado, indicado generalmente en 43, para recolectar las fundiciones desde las máquinas 10a-10d. En la modalidad preferida que se muestra en mayor detalle en la figura 7, el dispositivo de sujeción automatizado 43 está configurado para realizar movimientos de rotación y de translación combinados junto y alrededor de siete ejes geométricos, como se especifica enseguida. El dispositivo de sujeción 43 está suspendido sobre el carro 42 el cual se puede deslizar longitudinalmente a lo largo de un carril 41a de la guía de soporte 41. Este movimiento de translación a lo largo de un eje que se define en la presente como el primer eje geométrico (un eje longitudinal horizontal X41 ) se realiza por medio de un motor eléctrico escalonado 44a montado sobre el carro 42. Un segundo motor eléctrico escalonado 44b, también montado sobre el carro 42, trae el movimiento vertical de una varilla 45 que es guiada verticalmente por el carro 42 a lo largo de un segundo eje geométrico vertical X45. La varilla 45 lleva, en su extremo inferior, una guía transversal horizontal 46 a lo largo de la cual un deslizador 47 a impulsado por un tercer motor eléctrico escalonado 44c se puede deslizar a lo largo de un tercer eje geométrico horizontal y transversal X46. El deslizador 47a soporta de manera giratoria el extremo superior de un eje vertical 47b. El deslizador 47a se mueve a lo largo del tercer eje X46 mediante un motor eléctrico escalonado 44c, mientras que el eje 47b gira alrededor de su propio eje vertical X47 de manera neumática. Un soporte tipo caja 48 está fijo al extremo inferior del eje 47b y una unidad de sujeción de sujeción múltiple 49 está fija a la misma. La unidad 49 está conectada de manera giratoria al soporte 48 con el fin de girar a través de ± 90° alrededor de un quinto eje geométrico horizontal X48 bajo el efecto de un impulso neumático. En la modalidad preferida, dos pares de sujetadores, es decir, un par de mano izquierda 49a, y un par de mano derecha 49b, están provistos y están operados de manera neumática con el fin de deslizarse radialmente con relación al eje X48 a lo largo de un sexto eje geométrico X49. Cada sujetador están operados de manera neumática con el fin de cerrar y abrir a lo largo de un séptimo eje de movimiento respectivo (no se muestra para sencillez) con el fin de que los sujetadores sujeten un número correspondiente de fundiciones. El movimiento de extensión de los sujetadores a lo largo del eje X49 es traído de manera neumática, mientras que el movimiento en la dirección opuesta tiene lugar libremente para permitir que los sujetadores se retraigan una vez que se han cerrado sobre las fundiciones durante la extracción de las fundiciones desde el molde de fundición, bajo la presión ejercida a lo largo del eje X49 por una unidad de expulsión (no se muestra) montada sobre el molde de fundición. El movimiento de retiro radial de los sujetadores a lo largo del eje X49, el cual se puede permitir, por ejemplo, mediante la abertura de una válvula de descarga del accionador neumático (no se muestra) permite de manera ventajosa que los sujetadores realicen movimientos de viaje cortos en una dirección sustancialmente paralela al eje transversal X46 sin que el motor eléctrico escalonado 44c opere. 5 Los motores eléctricos 44 a, 44b y 44c que traen los movimientos longitudinal, vertical y transversal de translación a lo largo de los ejes X41 , X45 y X46 están controlados numéricamente. En la modalidad que se muestra en los dibujos, la unidad de
* sujeción 49 está dividida en dos unidades con el fin de sujetar cuatro . 10 fundiciones simultáneamente. Como es evidente, esta selección, así como la configuración descrita anteriormente de los miembros que forman el dispositivo automatizado 43, constituyen selecciones que son preferenciales en algunas condiciones de uso pero ciertamente no son esenciales para los propósitos de implementación de la invención. Observaciones similares se 15 aplican a la construcción del dispositivo de fundición automatizado 33 que se describe anteriormente. El dispositivo de sujeción 43 se puede deslizar por lo tanto a lo
* largo del eje vertical de cada una de las máquinas de fundición con el fin de recolectar de ellas las fundiciones, con el molde abierto en un plano vertical.
20 Por virtud de la recolección que es traída mediante el dispositivo de sujeción 43 desde arriba, también es posible recolectar las fundiciones de manera manual desde la parte posterior de una de las máquinas de fundición abriendo el molde en un plano horizontal y siguiendo utilizando el aparato 40 para las ¿máquinas restantes, sin interferir con el viaje del dispositivo de sujeción 43. El sistema tiene preferiblemente superficies o emparrillados horizontal (no se muestran) para proteger el área en la cual los operadores se pueden mover alrededor de cada una de las máquinas de fundición. 5 El sistema está provisto con detectores (no se muestran), por ejemplo, detectores de fibra óptica para verificar la calidad de las fundiciones, en particular, la presencia de material de fundición en puntos predeterminados. Estos detectores de calidad se pueden colocar en puntos s fijos del sistema o se pueden montar sobre el carro 42, de acuerdo con el tipo
_ 10 de detector seleccionado y de sus dimensiones. Si se seleccionan detectores de fibra óptica o sensores de otro tipo, se pueden montar de manera ventajosa sobre el carro 42, de acuerdo con la forma de las fundiciones que se van a remover de las máquinas de fundición, el número de detectores correspondiendo al número de fundiciones que se pueden recolectar en cada 15 ciclo. En la modalidad que se muestra en los dibujos, en los cuales la unidad de sujeción 49 tiene cuatro sujetadores para sujetar un número correspondiente de fundiciones, se pueden proveer cuatro detectores para verificar la calidad de cada fundición, dando un total de dieciséis. Si, por otro lado, se seleccionan detectores de cámara de televisión que comparan una 20 imagen detectada de la fundición con una muestra almacenada, estos detectores se pueden instalar en puntos fijos del sistema o, si las dimensiones délas cámaras de televisión lo permiten, se pueden montar sobre el carro 42 o sobre el dispositivo automatizado 43. La operación del dispositivo de sujeción 43 se describe de manera adicional enseguida. Las señales suministradas mediante los detectores se transmiten a una unidad de procesamiento la cual, si recibe todas las (dieciséis) señales emitidas por los detectores, imparte al aparato de transferencia 40 una orden para depositar las fundiciones en la estación de descarga F o, si no recibe al menos una de las señales de verificación de los detectores, controla el aparato 40 en una manera tal que las fundiciones se depositan en una estacón de rechazo G con el fin de transportarse hasta contenedores 56 por medio de rampas 55. Un dispositivo soplador (no se muestra) también está montado sobre la únicamente de sujeción 49 para soplar chorros de aire para limpiar los sujetadores. Preferiblemente se proveen corros de aire individuales para cada sujetador. Con referencia enseguida a la figura 3, la estación de descarga F está dispuesta sobre una mesa giratoria 50 que gira alrededor de un eje vertical y provista con cuatro brazos horizontales 51 cada uno de los cuales tiene, en su extremo radialmente exterior, una placa 52 con alojamientos para alojar fundiciones depositadas mediante la unidad de sujeción 49. La mesa giratoria 50 está en un tanque de enfriamiento 53 que contiene un baño de congelante líquido a temperatura controlada. La mesa giratoria gira alrededor de 90° en cada ciclo, en sincronización con la deposición de las fundiciones sobre su placa 52, la cual está dispuesta de manera cilindrica en la estación de descarga F. Las fundiciones enfriadas se traen mediante la mesa giratoria 50 a una posición H desde la cual se recolectan mediante un robot antropomórfico 60 con seis ejes con los cuales deposita las fundiciones en una máquina de corte 70 de tipo conocido que corta las rebabas. Las rebabas cortadas se transportan se transportan en un contenedor 71 mediante una banda transportadora de malla 72 la cual permite que los trozos caigan en un contenedor 73. El robot antropomórfico 60 transfiere las fundiciones desde la máquina cortadora 70 a una prensa 80 en la cual se realizan operaciones de retiro de rebabas, escariado y de prensado. En la modalidad preferida que se muestra en la figura 3, el radio de operación del robot antropomórfico 60 también incluye una estación de perforación J y una estación de estampado K. Los movimientos de cada uno de los grupos de aparatos que se describen anteriormente se traen como resultado de comandos impartidos mediante unidades de procesamiento específicas para cada grupo de aparatos, de manera que también es posible utilizar únicamente algunos de los aparatos del sistema de manera automática, mientras otros aparatos pueden apagarse para operaciones de mantenimiento. Todas las unidades de procesamiento que controlan a los varios dispositivos se comunican una con otra directamente y/o por medio de una unidad de procesamiento central, típicamente un PLC (controlador de lógica programable) o una consola maestra 75 la cual supervisa la operación del sistema como un todo y por í consiguiente también la operación de todas las unidades de motor/accionador que se describen en la presente. Las figuras 2 y 9 muestran dos dispositivos idénticos 81 , 82 para limpiar el cazo de colada por medio de chorros de aire que sirven para desprender de la superficie cóncava del cazo de colada las pieles de óxido de metal que tienden a adherirse a la misma. Los dispositivos de limpieza 81 , 82 tienen cubiertas de manera ventajosa de manera que se evita que las pieles que se desprenden se dispersen en el entorno sino que se recolecten en un contenedor 83. Un método de operación del sistema de acuerdo con la invención es de la siguiente manera. Con el fin de realizar un ciclo de fundición, el aparato automatizado 30 se activa con el fin de traer el cazo de colada por arriba del crisol del horno el cual está en la estación de recolección E (el horno 24 a en la figura 2). Los hornos tienen sensores de temperatura mínima y máxima que están conectados al aparato de fundición 30 y que dan la autorización para recolección únicamente si la temperatura del baño de metal en el crisol en cuestión está dentro de una "escala" de temperatura predeterminada. Si se autoriza la recolección, el dispositivo de fundición automatizado 33 baja el cazo de colada 38 hacia el baño fundido en una manera controlada, haciendo más lento el movimiento del cazo de colada cuando se acerca al metal fundido.
Cuando se ha realizado la recolección, el carro 32 del aparato 30 trae el cazo de colada a una de las estaciones de fundición A-D, en particular a la estación de la máquina de fundición que está lista para recibir el metal y la cual ha solicitado la fundición o indicado su disponibilidad para este propósito 5 a la unidad de procesamiento central. Mediante el control de los miembros del dispositivo de fundición automatizado 33, el cazo de colada vierte el metal fundido en la boca 15 del molde y la máquina de fundición realiza su propio ciclo como se describe * anteriormente. 10 El cazo de colada vacío se lleva entonces al dispositivo de limpieza 81 u 82 más cercano a la máquina recién llena y se hace girar alrededor del eje horizontal X3 a una posición invertida con el fin de limpiarlo por medio de un chorro de aire que desprende la llamada "piel" del cazo de colada. Para mejorar esta operación, el cazo de colada está hecho 15 preferiblemente de material no adherente, por ejemplo, material de cerámica o está cubierto por una capa de pintura con propiedades no adherentes. El cazo de colada limpio se regresa entonces al crisol del horno el cual está en la estación de recolección E, con el fin de realizar una recolección adicional. , El aparato de fundición 30 baja automáticamente el cazo de
20 colada a un nivel el cual está por abajo del ciclo de recolección previo por una altura calculada dependiendo de la capacidad del cazo de colada. Cada crisol tiene un sensor de nivel que emite una señal de crisol "vacío" cuando el metal fundido ha caído a un nivel bajo predeterminado. Cuando la unidad de
1 "'?G 1 procesamiento que supervisa la operación de la mesa gtratoria 20 recibe esta señal, esta unidad automáticamente trae la rotación de la mesa por aproximadamente 180° como para presentar el otro crisol lleno 24b en la posición de recolección, mientras que el crisol vacío 24a se puede remover de la mesa y retirarse para ser llenado nuevamente. Las rotaciones de la mesa 20 reinician automáticamente el nivel al cual el cazo de colada se va a detener durante el ciclo de recolección sucesivo inmediato. En cualquier caso, los electrodos dispuestos en el cazo de colada proveen una señal para detener el movimiento hacia abajo del cazo de colada que se va a transmitir cuando se ponen en contacto con la superficie del metal fundido en el crisol. En una modalidad preferida en particular, la recolección mediante el robot de fundición se permite únicamente cuando todas las siguientes condiciones se satisfacen: -la mesa ha girado a la posición correcta de manera que uno de sus hornos está dispuesto en la posición de recolección ocupada por el horno 24 a en la figura 2; esta condición se evalúa mediante un sensor de proximidad asociado con la mesa giratoria 20; - el crisol del horno de recolección está colocado correctamente sobre la mesa 20; esta condición también se puede confirmar mediante un interruptor colocado a las cubiertas (no se muestran en los dibujos) de los hornos.
El aparato de transferencia automatizado 40 toma las fundiciones de las máquinas de fundición individuales de tiempo en tiempo. Cuando las fundiciones se han solidificado, el molde de la máquina de fundición se abre; la unidad de sujeción 49 se trae a la cercanía del molde y 5 sujeta las fundiciones. Mientras el carro 42 se largo de la guía 41 , los detectores de fibra óptica montados sobre el carro verifican la calidad de las fundiciones. Si todas las señales de calidad positivas se reciben mediante la unidad de procesamiento conectada a esos detectores (en este ejemplo, s dieciséis señales), el carro 42 se trae sobre la estación de descarga F y el ; 10 dispositivo automatizado 43 se mueve con el fin de depositar las fundiciones sobre la placa 52 en el tanque de enfriamiento 53. Sin embargo, si al menos una señal de calidad positiva no alcanza a la unidad de procesamiento, lo cual indica una condición de fundición defectuosa, las fundiciones se depositan en la estación de rechazo G y se transportan hacia los contenedores 56 por 15 medio de las rampas 55. Con relación a los movimientos realizados mediante el dispositivo de sujeción 43, la translación horizontal del carro 42 a lo largo de la * guía 41 permite que el dispositivo de sujeción 43 se traiga verticalmente en alineamiento con las varias estaciones de fundición A-D y con las estaciones 20 de descarga y rechazo F y G. La translación vertical de la varilla 45 permite que el dispositivo 43 se pueda bajar y subir entre la posición hacia abajo para recolección desde las estaciones A-D y las estaciones de descarga y rechazo F y G y la posición elevada, de transportación. La translación transversal a lo
t il í largo de la guía 46 permite que la posición de recolección se ajuste dependiendo de las posiciones de las regiones de sujeción de las fundiciones sobre las máquinas de fundición. La rotación alrededor del eje vertical X47 permite que las 5 fundiciones se recojan de manera selectiva y alternativa, de acuerdo con los requerimientos, desde dos de los medios moldes (mano izquierda o mano derecha) sobre los cuales permanece la fundición después de que el molde ha sido abierto. * La rotación alrededor del eje horizontal X48 permite que s 10 fundiciones orientadas verticalmente se recolecten de las máquinas de fundición y después se depositen en posiciones horizontales en las estaciones de descarga y rechazo F y G. Finalmente, la translación radial a lo largo del eje X49 sirve para facilitar la remoción de las fundiciones desde los moldes. Mientras las fundiciones defectuosas se rechazan, las buenas 15 que son transportadas hacia los contenedores 56 se pueden remover manualmente de estos contenedores con el fin de enviarlos de regreso al ciclo de acabado colocándolos manualmente en una estación de desviación 57 desde la cual se pueden recoger mediante el robot antropomórfico 60. En la estación de descarga F, las fundiciones se enfrían en el 20 tanque 53. la mesa giratoria 50 trae las fundiciones frías a la estación H, desde la cual se recogen mediante el robot 60 con el fin de transferirse sucesivamente a la máquina cortadora 70, a la prensa 80, y posiblemente a las estaciones de perforación y estampado J y K.
-i i A- m í i-'iii f fi -h^ Como se puede apreciar, el sistema de acuerdo con la invención permite que algunas de las operaciones (fundición, transferencia, maquinación final) se realicen automáticamente incluso cuando alguno de los aparatos está apagado para mantenimiento o debido a fallas. En caso de que una o más de las máquinas de fundición esté inactiva de manera que el aparato de fundición tenga que esperar durante un período de espera que podría conducir a enfriamiento indeseado del cazo de colada, el cazo de colada se puede traer temporalmente a una estación de precalentamiento, que se indica de manera esquemática en 84. Naturalmente, el principio de la invención permanece el mismo, los detalles de construcción y formas de la modalidad pueden variar ampliamente con respecto a aquellas descritas e ilustradas, sin apartarse por consiguiente de alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones que se anexan.