La moderna formatura dei metalli richiede precisione, flessibilità e un buon utilizzo dell'energia. Le servo-presse soddisfano queste esigenze grazie al controllo della forza-corsa. Questa tecnologia consente ai tecnici di impostare e controllare la forza applicata in ogni fase della corsa della pressa.
Le presse meccaniche tradizionali si muovono a velocità fissa. Offrono uno scarso controllo una volta iniziata la corsa. Le servo presse funzionano in modo diverso. Offrono un controllo completo sul movimento. Gli operatori possono regolare l'accelerazione, la decelerazione, il tempo di sosta e la velocità di ritorno.
Questo articolo spiega come funziona il controllo forza-corsa. Spiega inoltre perché è importante nella produzione quotidiana. L'articolo dimostra come questo controllo consenta di produrre pezzi stabili e di alta qualità.
Come funziona il controllo della forza-trazione nelle servopresse？
Le presse servoassistite utilizzano motori elettrici e sistemi di retroazione per controllare il movimento della slitta e la pressione di formatura. Questa sezione illustra il servoazionamento, le modalità di controllo e il processo di retroazione alla base del controllo preciso della corsa.
Servoazionamento e sistema ad anello chiuso
Il cuore di una pressa servoassistita è un servomotore, che sostituisce il volano e la frizione utilizzati nelle presse meccaniche. Il motore aziona direttamente lo slittone e si muove solo quando viene comandato. Un encoder misura continuamente la posizione del pestone, mentre il controller regola istantaneamente la coppia (forza di rotazione) in base all'obiettivo programmato.
Questa configurazione forma un sistema di controllo ad anello chiuso, il che significa che controlla e corregge continuamente se stesso durante ogni corsa. Se la pressione o la posizione effettiva si discosta dall'obiettivo, il controllore regola immediatamente la coppia del motore per riportarla in linea.
Studi sul campo in formatura di precisione hanno dimostrato che il servocontrollo ad anello chiuso può migliorare la precisione dimensionale di 20-30% rispetto ai sistemi convenzionali. Questa correzione in tempo reale riduce inoltre al minimo l'impatto e le vibrazioni dell'utensile, allungando la vita dello stampo e riducendo la manutenzione non programmata.
In parole povere: La pressa "sente" ciò che accade durante la formatura e si regola istantaneamente per mantenere ogni pezzo entro i limiti di tolleranza.
Controllo della forza e controllo della posizione
Le servopresse funzionano secondo due modalità di controllo principali: controllo della forza e controllo della posizione.
Nel controllo della forza, il sistema mantiene una pressione specifica per tutta la corsa. Questo è essenziale per processi come la coniatura, la pressatura o la giunzione, dove un carico costante è più importante di una profondità di corsa esatta. La pressa monitora la forza applicata e regola la coppia in uscita per mantenere costante il valore programmato.
Nel controllo di posizione, il martinetto segue un percorso di corsa definito con precisione. Questa modalità è adatta al taglio, piegaturae la tranciatura, dove la geometria del pezzo dipende dall'esatta posizione della slitta.
I moderni servosistemi possono persino combinare entrambe le modalità in un unico ciclo di formatura. Ad esempio, durante un operazione di imbutituraLa pressa può iniziare con il controllo della posizione per modellare lo spezzone, quindi passare al controllo della forza per gestire il flusso di metallo e prevenire gli strappi.
Feedback in tempo reale e controllo adattivo
Ogni corsa di una servopressa viene monitorata in tempo reale. I sensori misurano il carico, la coppia e lo spostamento e trasmettono i dati all'unità di controllo. Se la curva di formatura si allontana dal percorso ideale, il controller regola istantaneamente la velocità o la coppia per correggerla.
Questo controllo adattivo mantiene la coerenza del processo di formatura, anche quando si lavora con lotti diversi di materiale. Contribuisce inoltre a ridurre il ritorno elastico, la tendenza del metallo a tornare alla sua forma originale dopo la formatura.
Gli ingegneri possono visualizzare questi risultati attraverso un grafico forza-spostamento, che traccia la risposta del materiale al carico applicato. Confrontando le curve effettive e quelle target, possono identificare l'usura degli utensili, ottimizzare il tempo di permanenza e regolare la velocità di formatura per ottenere risultati migliori.
Perché il controllo della forza-trazione è importante？
Il controllo della forza-corsa migliora la precisione di formatura, la flessibilità e l'efficienza energetica. Le sottosezioni seguenti mostrano come migliora la qualità dei pezzi, la durata degli utensili e la stabilità del processo.
Miglioramento della precisione e della qualità dei pezzi
Le presse meccaniche tradizionali funzionano con una curva di movimento fissa e un picco di forza vicino alla fine della corsa. Poiché la velocità e il carico non possono cambiare a metà ciclo, ciò porta spesso a sovrastampe, deformazioni non uniformi e ritorno elastico, soprattutto quando si lavora con lastre più sottili o materiali ad alta resistenza.
Una pressa servoassistita evita questo inconveniente regolando la velocità e la forza durante l'intera corsa. Lo slittone può avvicinarsi rapidamente, rallentare durante la formatura e applicare una pressione controllata dove il materiale ne ha più bisogno. In questo modo si evitano strappi e si garantisce una deformazione uniforme su tutto il pezzo.
Studi condotti nella produzione di automobili e di elettrodomestici dimostrano che un controllo preciso del movimento può ridurre il ritorno elastico di 40-50% e migliorare la ripetibilità dimensionale di 25-30%. Poiché la pressa monitora e regola ogni ciclo, compensa automaticamente le differenze di lotto di materiale o l'usura degli utensili.
Maggiore flessibilità di processo
Ogni lavoro di formatura ha esigenze di movimento diverse. Alcuni processi richiedono una forza costante, altri cicli rapidi o lunghi tempi di sosta. Le servo presse rendono possibile questa flessibilità grazie a profili di movimento programmabili, ovvero "ricette" digitali che definiscono il movimento della slitta dall'inizio alla fine.
Un profilo tipico potrebbe includere:
- Approccio rapido per ridurre i tempi di inattività.
- Formazione lenta per consentire un flusso regolare del materiale.
- Dwell aiuta alleviare lo stress e migliorare il recupero dimensionale.
- Ritorno rapido per un più rapido ricambio dei cicli.
Queste sequenze di movimento possono essere salvate, riutilizzate e modificate in qualsiasi momento senza cambiare i componenti meccanici. Una singola servopressa può passare dall'imbutitura alla coniatura o alla goffratura in pochi minuti, semplicemente caricando un nuovo programma.
Efficienza energetica e degli utensili
Le presse servoassistite consumano energia solo quando si muovono o applicano forza, a differenza delle presse meccaniche o idrauliche che assorbono continuamente energia. I dati ottenuti sul campo dalle linee di produzione mostrano un risparmio energetico di 30-40%, a seconda della complessità del ciclo e del carico di lavoro.
Il movimento fluido e controllato riduce anche l'impatto dello stampo e le vibrazioni della macchina. Invece di colpire con la massima forza a ogni ciclo, il servomotore può allentare il contatto, riducendo le sollecitazioni sulle superfici degli stampi. Questo allunga la vita dello stampo di 25-30% e riduce la necessità di frequenti riallineamenti o lucidature.
Stabilità del processo e produzione prevedibile
Il punto di forza delle servo presse è la ripetibilità. Poiché il controllore regola la coppia e la posizione in tempo reale, ogni corsa fornisce la stessa curva di carico e la stessa profondità di corsa.
Questa coerenza assicura una produzione stabile e risultati prevedibili, riducendo la necessità di regolazione manuale o di ispezione post-processo. Il sistema di controllo registra i dati di forza, posizione e sosta per ogni ciclo, creando un'impronta digitale per ogni pezzo.
Confronto tra il comportamento della servoassistenza e della pressa tradizionale
Le diverse presse formano il metallo in modi diversi. Qui mettiamo a confronto presse meccaniche, idrauliche e servoassistite per evidenziarne le differenze in termini di velocità, precisione ed efficienza.
Pressa meccanica
Una pressa meccanica utilizza un volano, una frizione e un albero a gomito per muovere il pistone in uno schema fisso. Il volano accumula energia e la rilascia in modo uniforme durante la corsa, raggiungendo il picco di forza verso la fine della corsa. Questo movimento è rapido e diretto e rende le presse meccaniche ideali per la tranciatura, la punzonatura e la formatura superficiale.
Tuttavia, la velocità non può cambiare a metà ciclo. Quando si formano forme complesse o materiali ad alta resistenza, questo movimento fisso è spesso causa di ritorno elastico, strappi o sollecitazioni irregolari. Il pistone colpisce lo stampo alla massima velocità, generando vibrazioni elevate, rumori forti e una notevole usura degli utensili.
Pressa idraulica
Una pressa idraulica utilizza la pressione dell'olio per azionare il pistone. Può applicare l'intero tonnellaggio in qualsiasi punto della corsa, il che la rende ideale per l'imbutitura profonda o la formatura di materiali più spessi. Gli operatori possono regolare facilmente la pressione di formatura, ma la velocità di movimento rimane più lenta e meno reattiva.
I sistemi idraulici richiedono inoltre un funzionamento continuo della pompa, che consuma energia anche nei periodi di inattività. Le variazioni di temperatura influenzano la viscosità dell'olio e il controllo della pressione, con conseguenti prestazioni incoerenti tra un ciclo e l'altro. Questi sistemi richiedono una manutenzione regolare per evitare perdite e contaminazioni.
Servo Pressa
Una servopressa sostituisce il volano o la pompa idraulica con un servomotore programmabile. Questo motore è in grado di avviare, arrestare, invertire e cambiare velocità istantaneamente. Gli ingegneri possono definire ogni fase della corsa, compresa l'accelerazione, la decelerazione, la sosta e il ritorno, in un profilo di movimento personalizzato.
Ad esempio, la pressa può avvicinarsi rapidamente, rallentare per la formatura, fermarsi brevemente per scaricare la tensione e poi tornare alla massima velocità. Questa flessibilità garantisce un flusso costante di metallo e una migliore finitura superficiale.
Confronto delle prestazioni in sintesi
| Caratteristica | Pressa meccanica | Pressa idraulica | Servo Pressa |
|---|---|---|---|
| Velocità | Molto alto (fisso) | Moderare | Regolabile (veloce o lento) |
| Controllo della forza | Limitato | Eccellente | Eccellente (programmabile) |
| Efficienza energetica | Basso | Basso | Alto (su richiesta) |
| Manutenzione | Moderare | Alto (sistema dell'olio) | Da basso a moderato |
| Precisione | Medio | Alto | Molto alto |
| Rumore e vibrazioni | Alto | Basso | Molto basso |
| Ideale per | Tranciatura semplice, punzonatura | Imbutitura profonda, parti spesse | Formatura di precisione, produzione ad alto dosaggio |
Impatto economico e pratico
Sebbene le servo presse abbiano un costo iniziale più elevato, in genere si ripagano nel giro di 2-3 anni grazie al minor consumo energetico, alla riduzione dell'usura degli utensili e ai tempi di attrezzaggio più brevi. La capacità di memorizzare e richiamare i programmi di movimento elimina la necessità di cambi meccanici, riducendo al minimo i tempi di fermo della produzione.
Per i produttori che bilanciano più tipi di prodotti e materiali, le servopresse offrono la precisione dell'idraulica e la velocità dei sistemi meccanici.
Controllo forza-corsa per materiali avanzati
Materiali avanzati come gli acciai ad alta resistenza e l'alluminio richiedono condizioni di formatura controllate. Questa parte spiega come le servopresse gestiscono le sollecitazioni, riducono il ritorno elastico e imparano dai dati di processo.
Lavorare con acciai ad alta resistenza e leghe leggere
L'acciaio ad alta resistenza è in grado di sopportare maggiori sollecitazioni rispetto all'acciaio dolce, ma la stessa resistenza lo rende difficile da deformare. Se la pressa applica la forza troppo rapidamente, il metallo può lacerarsi o formarsi in modo non uniforme. Una pressa servoassistita risolve questo problema consentendo alla slitta di rallentare durante il contatto e di aumentare la forza gradualmente. Questo movimento fluido consente al materiale di scorrere uniformemente attraverso lo stampo, distribuendo le sollecitazioni in modo più uniforme.
Le leghe leggere come l'alluminio si comportano in modo diverso. Sono più morbide ed elastiche, il che significa che sono inclini al ritorno elastico, quando il pezzo cerca di tornare alla sua forma originale dopo la formatura. Una pressa servoassistita può trattenere lo slittone per un breve tempo di sosta a fine corsa, consentendo alle sollecitazioni interne di rilassarsi prima di rientrare. Questa breve pausa migliora l'accuratezza dimensionale e riduce la necessità di correzioni post-formatura.
Riduzione del ritorno elastico nei pannelli sagomati
Il ritorno elastico rimane una delle maggiori sfide nella formatura delle lamiere. Quando la forza di formatura viene rimossa, le tensioni residue all'interno del metallo causano una leggera flessione o distorsione della forma. Anche un piccolo angolo di ritorno elastico può causare un disallineamento o un cattivo adattamento durante l'assemblaggio.
Le servo presse riducono al minimo il ritorno elastico grazie al controllo della velocità variabile e alla gestione precisa della sosta. Decelerando prima del punto morto inferiore, il cilindro applica una distribuzione più uniforme della pressione. Mantenendo la pressione per alcuni millisecondi, il materiale si stabilizza prima di essere rilasciato.
Studi sulla formatura dei pannelli della carrozzeria automobilistica hanno dimostrato che il servomeccanismo ottimizzato può ridurre il ritorno elastico di 30-40% rispetto ai sistemi meccanici. Questo miglioramento si traduce in un migliore adattamento dei pezzi, in una riduzione della rilavorazione e in tempi di regolazione più brevi nelle linee di assemblaggio.
Ottimizzazione guidata dai dati e apprendimento continuo
Ogni corsa di una servopressa genera dati di processo dettagliati, tra cui curve di forza, posizione e spostamento. Queste informazioni aiutano gli ingegneri a capire come il materiale risponde a specifiche impostazioni di movimento. Se un particolare lotto mostra un piccolo assottigliamento o una grinza, i dati di forza-spostamento registrati possono rivelare dove è iniziata la deviazione.
Nel tempo, questi dati formano una base di conoscenza digitale. Consentono ai team di prevedere l'usura degli utensili, anticipare la variazione dei materiali e ottimizzare i profili di corsa per le tirature future. Se collegate alle reti di fabbrica, più servo-presse possono condividere le informazioni, consentendo l'ottimizzazione in tempo reale delle linee di produzione.
Conclusione
Il controllo forza-corsa è la caratteristica chiave che distingue le servo-presse dagli altri metodi di formatura. Consente agli ingegneri di controllare la velocità, la posizione e la forza durante l'intera corsa. Questo controllo crea un processo di formatura preciso, stabile e ripetibile.
Le presse meccaniche e idrauliche lavorano in modo fisso. Non possono cambiare il movimento una volta iniziata la corsa. Una pressa servoassistita funziona in tempo reale. Si muove velocemente quando non c'è carico. Rallenta durante la formazione. Può anche essere trattenuta nella parte inferiore per rilasciare le sollecitazioni.
Questo movimento controllato migliora la precisione dei pezzi. Inoltre, aiuta a proteggere lo stampo. Sono necessarie meno rilavorazioni. Il consumo di energia è inferiore.
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Ciao, sono Kevin Lee
Negli ultimi 10 anni mi sono immerso in varie forme di lavorazione della lamiera, condividendo qui le mie esperienze in diverse officine.
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Kevin Lee
Ho oltre dieci anni di esperienza professionale nella fabbricazione di lamiere, con specializzazione nel taglio laser, nella piegatura, nella saldatura e nelle tecniche di trattamento delle superfici. In qualità di direttore tecnico di Shengen, mi impegno a risolvere sfide produttive complesse e a promuovere innovazione e qualità in ogni progetto.
