Bei der Konstruktion einer kleinen Servopresse bestimmt die Hublänge direkt, wie effizient und genau ein Umformprozess abläuft. Der Weg, den der Stößel von oben nach unten zurücklegt, wirkt sich auf alle wichtigen Faktoren aus - Umformtiefe, Zyklusgeschwindigkeit, Energieverbrauch und Werkzeugstandzeit.
Bei hochpräzisen Anwendungen wie Elektronik, Steckverbindern oder Miniaturhalterungen ist die Auswahl der richtigen Hublänge mehr als nur eine mechanische Einstellung. Es ist eine technische Entscheidung, die den Bewegungsbereich, die Steuerungspräzision und die Systemeffizienz ausbalanciert. Mit der Weiterentwicklung der Servotechnologie ist die Huboptimierung ein wichtiger Schritt, um sowohl Geschwindigkeit als auch Konsistenz bei kleinen Pressen zu erreichen.
Verstehen des Hubs bei Servopressen
Die Hublänge ist der gesamte vertikale Weg, den der Pressenstößel zwischen dem oberen Totpunkt (OT) und dem unteren Totpunkt (UT) zurücklegt. Sie definiert den Umformbereich der Presse - wie weit sich der Stößel bewegen kann und wie tief er ein Teil umformen kann.
Bei herkömmlichen mechanischen Pressen ist dieser Hub fest vorgegeben. Die Presse muss bei jedem Zyklus den gesamten Bereich durchfahren, auch wenn die tatsächliche Umformtiefe gering ist. Bei einer Servopresse ist das anders. Mit einem elektrischen Servomotor können Ingenieure exakte Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen mit einer Genauigkeit von nur 0,01 mm programmieren.
Diese Flexibilität schafft drei Arten von Schlaganfalldefinitionen:
- Gesamter Hub: Der gesamte mechanische Hub des Stößels.
- Arbeitshub: Das aktive Segment, das zum Formen oder Schneiden verwendet wird.
- Einstellbarer Hub: Der programmierbare Bereich ist auf jedes Produkt oder jede Stanzformhöhe zugeschnitten und gewährleistet eine optimale Leistung.
Moderne Servosteuerungssysteme ermöglichen die sekundenschnelle Einstellung dieser Parameter über digitale Eingaben, so dass keine mechanischen Änderungen mehr erforderlich sind. Das Ergebnis ist eine kürzere Einrichtungszeit, weniger mechanischer Verschleiß und ein höherer Durchsatz.
Wie sich ein Schlaganfall auf die Leistung der Presse auswirkt？
Der Hub hat direkten Einfluss auf das mechanische Verhalten der Presse, die Effizienz und die Qualität des Endprodukts.
- Fähigkeit zur Umformung - Längere Hübe ermöglichen einen größeren Umformbereich, erhöhen jedoch die Zykluszeit und den Energieverbrauch.
- Geschwindigkeit und Energieeffizienz - Kürzere Hübe eliminieren Leerlaufbewegungen, wodurch Zeitverluste vermieden und die Leistungsaufnahme gesenkt werden.
- Teilegenauigkeit und Lebensdauer der Matrize - Richtig abgestimmte Hubprofile reduzieren die Schlagbelastung im oberen Totpunkt, verbessern die Konsistenz und verlängern die Lebensdauer des Werkzeugs.
Nach Tests der Servopressenumformung, die an 2-Tonnen-Kompaktanlagen durchgeführt wurden, kann die Reduzierung des Hubs von 80 mm auf 40 mm die Zykluseffizienz um 35% verbessern und den Energieverbrauch um bis zu 40% pro Zyklus senken. Der verkürzte Verfahrweg verringert auch die Vibrationen, was zur Einhaltung der Ebenheit und der engen Maßtoleranzen (innerhalb von ±0,01 mm) beiträgt.
In der Praxis geht es bei der Huboptimierung nicht darum, "kurz" oder "lang" zu wählen. Es geht um die Anpassung der Hubbewegung an die Umformkraft und die Teilegeometrie.
Grundprinzipien für die Auswahl der Hublänge
Bei der Auswahl der Hublänge für eine kleine Servopresse muss ein Gleichgewicht zwischen Produktivität, Genauigkeit und Sicherheit der Werkzeuge gefunden werden. Die folgenden Konstruktionsprinzipien leiten diese Entscheidung.
Anpassung des Hubs an den Anwendungstyp
Unterschiedliche Prozesse erfordern unterschiedliche Schlaganfall-Verhaltensweisen:
| Prozess-Typ | Typischer Hubbereich | Key Motion Focus | Ergebnis |
|---|---|---|---|
| Stanzen/Münzen | 15-40 mm | Schnelle Annäherung, präzise Verweildauer | Maximale Geschwindigkeit, minimaler Verschleiß |
| Umformen / Biegen | 40-80 mm | Ausgewogene Bewegung und Kontrolle | Flexibilität über alle Teiletypen hinweg |
| Tiefziehen / Mehrstufiges Umformen | 80-120 mm | Langsame Umformung in der Nähe von BDC | Reduzierte Faltenbildung, gleichmäßige Wandstärke |
Durch die Wahl des richtigen Hubs wird sichergestellt, dass bei jedem Prozess so wenig Bewegung wie möglich benötigt wird, um den Vorgang abzuschließen. Umformprozess. Dadurch wird die Leerlaufzeit minimiert und gleichzeitig das richtige Druckprofil aufrechterhalten.
So kann beispielsweise eine Servopresse, die kleine Kupferklemmen mit einem Hub von 30 mm herstellt, 500 Hübe pro Minute erreichen. Im Gegensatz dazu kann die gleiche Maschine mit einem Hub von 90 mm für tiefgezogene Aluminiumteile mit einem Drittel dieser Geschwindigkeit arbeiten - und dabei eine weitaus größere Umformtiefe und Materialstabilität erreichen.
Berücksichtigung von Material- und Werkzeuganforderungen
Bei der Auswahl des Hubs müssen die Materialstärke, die Dicke und die Einrichtungshöhe des Werkzeugs berücksichtigt werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
- Dünnere und weichere Materialien (wie Kupfer oder Aluminium) können sich in kürzeren Hüben vollständig verformen.
- Bei härteren Materialien (z. B. rostfreiem Stahl) können längere Hübe und kontrollierte Geschwindigkeitsprofile erforderlich sein, um Risse zu vermeiden.
Ebenso wichtig ist die Schließhöhe, d. h. der Abstand zwischen Stößel und Werkzeughalter, wenn der Stempel den unteren Totpunkt erreicht. Ist der Hub zu kurz, kann die Matrize nicht richtig schließen, was zu einer unvollständigen Umformung führen kann. Ist er zu lang, verschwendet die Maschine Energie oder riskiert übermäßigen Verschleiß.
Servopressen lösen dieses Problem durch den Einsatz von Positions- und Kraftsensoren zur Erkennung des Werkzeugkontakts in Echtzeit. Das Steuersystem stoppt automatisch an der programmierten Umformgrenze, verhindert ein Überfahren und verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs.
Gleichgewicht zwischen Präzision und Produktivität
Ingenieure müssen zwei konkurrierende Ziele miteinander in Einklang bringen: Geschwindigkeit und Genauigkeit. Ein längerer Hub ermöglicht eine allmähliche Formung mit einer stabilen Druckverteilung, verlängert aber die Zykluszeit. Ein kürzerer Hub erhöht die Geschwindigkeit, kann aber zu einer unvollständigen Umformung führen, wenn der Materialfluss nicht gut kontrolliert wird.
Die Servotechnologie löst diesen Kompromiss mit programmierbaren Beschleunigungskurven. Während der Umformung bremst der Servomotor in der Nähe des oberen Totpunkts präzise ab und erzeugt eine "weiche Landung", die die Formgenauigkeit beibehält und gleichzeitig die Werkzeugbelastung minimiert.
Studien zu Mikroprägeanwendungen zeigen, dass eine kontrollierte Verweilzeit von 50-150 ms in der Nähe des BDC die Rückfederung verringern und die Formstabilität im Vergleich zur Umformung mit konstanter Geschwindigkeit um bis zu 20-30% verbessern kann.
Vorteile der Servotechnik bei der Hubsteuerung
Die Servotechnik gibt den Ingenieuren eine neue Freiheit bei der Festlegung der Bewegungsabläufe einer Presse. Diese Flexibilität ermöglicht es kleinen Servopressen, wie mehrere Maschinen in einer zu funktionieren und sich an unterschiedliche Produkte anzupassen, ohne dass Hardwareänderungen erforderlich sind.
Programmierbare Hub- und Bewegungsprofile
Mit einem Servoantrieb können Ingenieure Hubbewegungen mit einer Positionsgenauigkeit von bis zu 0,01 mm und Bewegungsgeschwindigkeitsprofile mit einer Genauigkeit von 1 ms programmieren. Das bedeutet, dass jedes Teil sein eigenes Bewegungs-"Rezept" haben kann.
Zum Beispiel:
- Schnelle Annäherung um den Leerlaufweg zu verkürzen.
- Langsame Umformung nahe dem unteren Totpunkt (BDC), um den Materialfluss zu stabilisieren.
- Kurze Verweilzeit (50-150 ms) um Stress abzubauen und die Form zu erhalten.
- Schnelle Rückkehr um sich auf den nächsten Zyklus vorzubereiten.
Die Software für die Servo-Bewegungssteuerung kann mehrere Hubkonfigurationen speichern und diese automatisch auf der Grundlage des Teilecodes oder der Matrizen-ID laden, wodurch die Umrüstzeit minimiert wird.
Dank dieser Vielseitigkeit kann eine einzige 3-Tonnen-Servopresse Folgendes leisten ., Biegenund flache Umformvorgänge, ohne dass Änderungen an der Hardware erforderlich sind - das spart im Vergleich zu herkömmlichen Pressen Stunden an mechanischer Einstellzeit.
Energieeffizienz durch dynamische Bewegung
Der Energieverbrauch ist ein messbarer Vorteil der Servosteuerung. Herkömmliche Pressen verbrauchen bei jedem Zyklus die gleiche Energie, weil sie sich über den gesamten mechanischen Hub bewegen müssen, auch wenn die Umformtiefe gering ist. Servopressen verwenden nur die benötigte Bewegung.
Durch die Verkürzung des Hubs von 80 mm auf 40 mm und den Einsatz der Nutzbremsung beim Abbremsen kann der Energieverbrauch von 0,75 kWh/100 Zyklen auf 0,45 kWh/100 Zyklen gesenkt werden - eine Effizienzverbesserung von 40%, gemessen an Systemen mit kleiner Tonnage.
Durch diese Optimierung werden auch Wärmeentwicklung, mechanische Vibrationen und Geräusche reduziert, was die langfristige Lebensdauer der Komponenten erhöht.
Über eine ganze Produktionsschicht hinweg kann eine solche Optimierung 8-12 kWh pro Maschine einsparen, was in kontinuierlichen Produktionsumgebungen mehreren hundert Dollar Stromkosten pro Monat entspricht.
Hochgeschwindigkeitsreaktion für die Produktion kleiner Teile
Elektronische und medizinische Präzisionsbauteile erfordern sowohl Geschwindigkeit als auch Wiederholbarkeit. Eine Servopresse mit einem kurzen programmierbaren Hub (20-40 mm) kann 400-600 SPM (Hübe pro Minute) erreichen und dabei eine Kraftkonsistenz von ±1% beibehalten.
Diese Hochgeschwindigkeitsgenauigkeit wird durch Algorithmen zur Drehmoment-Vektor-Steuerung erreicht, die die Motorleistung in Echtzeit auf der Grundlage von Lastrückmeldungen anpassen. Da Beschleunigung und Verzögerung unabhängig voneinander programmierbar sind, vermeidet das System Überschwingen und Vibrationen, die kleine Teile verformen können.
Bei der Mikroprägung oder der Herstellung von Steckverbindern führt diese Stabilität direkt zu weniger Ausschuss, geringerem Wartungsaufwand und längerer Lebensdauer der Matrizen.
Technische Schlüsselfaktoren bei der Hubauswahl
Die Auswahl des Hubs ist nicht nur eine Frage des mechanischen Bereichs - es geht darum, wie Kraft, Weg und Bewegungszeitpunkt zusammenwirken, um optimale Ergebnisse zu erzielen - die folgenden Parameter dienen der Huboptimierung bei Servopressenanwendungen.
Kompatibilität von Formhöhe und Formaufbau
Die Verschlusshöhe bestimmt den minimalen Abstand zwischen Schieber und Kropf im oberen Totpunkt.
Ein Missverhältnis zwischen Hubbereich und Schließhöhe kann zu einer Verformung des Teils oder zum Versagen des Werkzeugs führen.
Aufrechterhaltung sicherer Margen:
- Halten Sie einen Abstand von 10-15 mm zwischen der unteren Hubgrenze und der Höhe der Matrize ein.
- Verwenden Sie die elektronische Stoppfunktion der Servosoftware, um ein Überfahren des Weges zu verhindern.
- Kalibrieren Sie die Schließhöhe nach jedem Austausch der Matrize oder nach einer Anpassung der Werkzeugabnutzung neu.
Servopressen mit digitaler Hubpositionierung überprüfen diesen Abstand automatisch über eine Encoder-Rückmeldung, wodurch die Notwendigkeit einer mechanischen Trial-and-Error-Ausrichtung entfällt.
Kraft-Verschiebungs-Beziehung
In der realen Umformung übt die Presse keine konstante Tonnage über den gesamten Hub aus.
Die Umformkraft steigt stark an, wenn das Material nachgibt, und erreicht in der Nähe des oberen Totpunkts ihren Höchstwert, wodurch eine Kraft-Weg-Kurve entsteht, die definiert, wie sich das Teil verformt.
Eine typische Kurve umfasst vier Bereiche:
- Herangehensweise: Leichte Belastung, schnelle Bewegung.
- Plastische Verformung: Die Kraft nimmt stark zu.
- Peak & Dwell Zone: Maximale Umformkraft; für die Genauigkeit wird die Geschwindigkeit verlangsamt.
- Rückfederung Region: Leichte Rückwärtsbewegung, um innere Spannungen abzubauen.
Die Servosteuerung ermöglicht eine präzise Steuerung der einzelnen Bereiche.
Ingenieure können die Kurve formen, indem sie das Motordrehmoment und die Geschwindigkeit anpassen, um sicherzustellen, dass die maximale Kraft genau mit den Anforderungen des Materialflusses übereinstimmt - nicht davor oder danach.
Tests an 1-Tonnen-Servopressen, die 0,6 mm dicke Edelstahlteile formen, zeigten, dass die drehmomentsynchrone Steuerung die Spitzenlastschwankungen um 18% reduziert und die Lebensdauer der Werkzeuge um etwa 25% verlängert.
Optimierung der Zykluszeit
Jeder unnötige Millimeter Verfahrweg führt zu Verzögerungen. Durch die Servoprogrammierung kann die Hubgrenze zwischen den Zyklen dynamisch verändert werden, d. h. der Stößel bewegt sich nur so weit, wie es die Umformtiefe erfordert.
Durch diese Optimierung kann jeder Zyklus um 20-30% verkürzt werden, was bei hochvolumigen Anlagen zu mehreren tausend zusätzlichen Teilen pro Tag führt. In Kombination mit synchronisierten Vorschubsystemen können Servopressen auch bei variierenden Hublängen ein präzises Timing beibehalten - so werden unnötige Bewegungen vermieden und die Genauigkeit gewahrt.
So mag die Verkürzung eines Zyklus von 0,6 s auf 0,45 s gering erscheinen, aber über 50.000 Zyklen ergibt dies 12.500 Teile mehr pro Schicht bei gleichem Energieeinsatz.
Häufige Fehler bei der Schlaganfallauswahl
Selbst bei einer Servosteuerung kann eine falsche Hubeinstellung zu Energieverschwendung, Werkzeugschäden oder Produktionsverzögerungen führen. Das Wissen um diese Fehler hilft, Ineffizienz zu vermeiden und gleichbleibende Umformergebnisse zu erzielen.
1. Für jeden Vorgang den gleichen Hub verwenden
Ausgabe:
Viele Bediener verwenden einen Standardhub für alle Aufträge, unabhängig von der Werkstückhöhe oder der Umformtiefe.
Wirkung:
Dies erhöht die Leerlaufzeit, verlängert die Zykluszeit und verbraucht unnötig Energie.
Berichtigung:
Definieren Sie spezifische Hubvorgaben für jedes Produkt und jeden Materialtyp. Ein 20-mm-Hub für dünnes Kupfer kann die gleiche Umformqualität erzielen wie ein 80-mm-Hub, bei 40% kürzerer Zykluszeit.
2. Überschätzung des Hubes "zur Sicherheit"
Ausgabe:
Die Bediener verlängern die Hublänge, um eine Kollision mit dem Werkzeug zu vermeiden, und glauben, dass ein längerer Hub den Freiraum gewährleistet.
Wirkung:
Übermäßige Bewegung führt zu langsameren Zyklen und höherem Verschleiß der Antriebskomponenten.
Berichtigung:
Verwenden Sie Servopositionssensoren und elektronische Endanschläge. Sie sorgen für einen sicheren Abstand, ohne die Bewegung zu verlängern. Die Maschine stoppt innerhalb von ±0,01 mm der programmierten Grenzen, wodurch ein mechanischer Nachlauf vermieden wird.
3. Vernachlässigung der Verschlusshöhe und der Stapeltoleranz
Ausgabe:
Ein Missverhältnis zwischen Hub und Stapelhöhe führt entweder zu einer zu geringen (zu kurzen) oder zu hohen Belastung (zu lang).
Wirkung:
Schlechte Teilequalität, ungleichmäßiger Druck oder Risse im Werkzeug.
Berichtigung:
Kalibrieren Sie die Schließhöhe mit Hilfe der digitalen Anzeige des Servos neu. Halten Sie einen Abstand von 10-15 mm über die Schließung der Matrize hinaus ein, um einen sicheren Auswurf und eine gleichmäßige Formung der Teile zu gewährleisten.
4. Vernachlässigung der Kraft-Weg-Kurve
Ausgabe:
Die Einstellung des Hubs basiert nur auf der Geometrie, nicht darauf, wie sich die Kraft über den Hub aufbaut.
Wirkung:
Übermäßige Spitzenbelastungen oder ungleichmäßiger Materialfluss können zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß führen.
Berichtigung:
Verwenden Sie die Kraft-Weg-Überwachungsfunktion des Servosystems. Durch die Anpassung der Kurve an das Materialverhalten können Ingenieure die Spitzenlast um bis zu 20% senken, die Maßgenauigkeit stabilisieren und die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern.
5. Unterlassene Neubewertung des Hubs nach einem Werkzeugwechsel
Ausgabe:
Nach der Wartung oder dem Austausch des Werkzeugs verwenden viele Bediener die vorherigen Hubeinstellungen wieder.
Wirkung:
Kleine Maßänderungen können zu Überdruck oder unvollständiger Umformung führen.
Berichtigung:
Führen Sie einen Hubkalibrierungszyklus bei jedem Werkzeugwechsel erneut durch. Servopressen mit gespeicherten Bewegungsdaten ermöglichen einen schnellen und wiederholbaren Prozess, der eine gleichbleibende Einrichtungsgenauigkeit gewährleistet.
Zusammenfassende Tabelle: Häufige Schlaganfall-Fehler und Lösungen
| Irrtum | Technische Auswirkungen | Empfohlene Maßnahmen |
|---|---|---|
| Fester Hub für alle Aufträge | Energieverschwendung, langsamere Zyklen | Anwendungsbasierte Strichvorgaben verwenden |
| Überlanger Hub "zur Sicherheit" | Geringere Geschwindigkeit, Komponentenverschleiß | Digitale Grenzwertkontrolle anwenden |
| Nicht angepasste Verschlusshöhe | Werkzeugschäden, schlechte Umformung | Nach dem Einrichten der Matrize neu kalibrieren |
| Ignorieren der Kraftkurve | Überlastung, inkonsistente Teile | Bewegung auf die Spitzenlastzone abstimmen |
| Keine Nachkalibrierung nach dem Werkzeugbau | Inkonsistente Ergebnisse | Überprüfen Sie den Hub nach jeder Änderung |
Schlussfolgerung
Die Wahl der Hublänge ist einer der wichtigsten Parameter bei der Bestimmung der Leistung von kleinen Servopressen. Sie beeinflusst nicht nur, wie eine Presse Metall formt, sondern auch, wie effizient sie arbeitet und wie lange die Werkzeuge halten. Ein gut gewählter Hub minimiert verschwendete Bewegung, verbessert die Energieeffizienz und hält die Teilegenauigkeit innerhalb enger Toleranzen.
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In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
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Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
