小型サーボプレスの設計では、ストロークの長さが成形工程の効率と精度を直接左右します。ラムが上から下へ移動する距離は、成形深さ、サイクル速度、エネルギー使用量、工具寿命など、あらゆる重要な要素に影響します。
電子機器、コネクター、小型ブラケットなどの高精度アプリケーションでは、適切なストローク長を選択することは、単なる機械的なセットアップではありません。それは、動作範囲、制御精度、システム効率のバランスをとるエンジニアリングの選択です。サーボ技術の進化に伴い、ストロークの最適化は、小型プレスで速度と一貫性の両方を達成するために不可欠なステップとなっています。
サーボプレスのストロークを理解する
ストローク長とは、上死点（TDC）と下死点（BDC）の間のプレスラムの垂直方向の移動距離の合計です。ラムがどれだけ移動できるか、どれだけ深く部品を成形できるかという、プレスの成形範囲を定義します。
従来の機械式プレスでは、このストロークは固定されている。たとえ実際の成形深さが小さくても、プレスはサイクルごとに全範囲を移動しなければならない。サーボプレスはそれを変えます。電動サーボモーターを使用することで、エンジニアは0.01mmの精度で正確な位置、速度、加速度をプログラムすることができます。
この柔軟性により、3種類のストローク定義が生まれる：
- 全ストローク： ラムの機械的な全行程。
- 作業ストローク： 成形や切断に使用されるアクティブセグメント。
- ストローク調整可能： プログラム可能な範囲は、それぞれの製品やダイの高さに合わせて調整され、最適な性能を保証します。
最新のサーボ・コントロール・システムでは、デジタル入力により、これらのパラメーターを数秒で調整することができ、機械的な改造の必要性がなくなります。その結果、セットアップ時間が短縮され、機械の摩耗が減り、スループットが向上します。
ストロークがプレスのパフォーマンスに与える影響とは？
ストロークは、プレスの機械的挙動、効率、最終部品の品質に直接影響します。
- 成形能力 - ストロークが長いと成形範囲は深くなるが、サイクル時間とエネルギー使用量が増える。
- スピードとエネルギー効率 - ストロークを短くすることで、アイドルモーションをなくし、無駄な時間を減らし、パワーの消耗を抑える。
- 部品精度と金型寿命 - 適切に調整されたストロークプロファイルは、BDCでの衝撃荷重を低減し、一貫性を向上させ、工具寿命を延ばします。
2トンのコンパクトシステムで実施されたサーボプレス成形テストによると、ストロークを80mmから40mmに短縮することで、サイクル効率を35%向上させ、1サイクルあたりのエネルギー消費量を最大40%削減することができます。また、移動距離が短くなることで振動が減少し、平坦度と厳しい寸法公差（±0.01 mm以内）を維持することができます。
実際的には、ストロークの最適化とは、"短い "か "長い "かを選ぶことではありません。ストロークの動きを成形荷重と部品形状に合わせることです。
ストローク長選択の基本原則
小型サーボプレスのストローク長を選択するには、生産性、精度、金型の安全性のバランスを取る必要があります。この決定には、以下の工学的原則が指針となります。
ストロークをアプリケーションのタイプに合わせる
異なるプロセスは、異なるストローク動作を要求する：
| プロセスタイプ | 標準ストローク範囲 | キー・モーション・フォーカス | 結果 |
|---|---|---|---|
| ブランキング／コイニング | 15-40 mm | 迅速なアプローチ、正確な滞空 | 最高速度、最小限の摩耗 |
| 成形／曲げ | 40-80 mm | バランスの取れた動きとコントロール | 部品の種類を問わない柔軟性 |
| 深絞り／多段成形 | 80-120 mm | BDC付近のスローフォーミング | しわの減少、均一な肉厚 |
適切なストロークを選択することで、各プロセスで必要最小限の動きで作業を完了することができます。 成形工程.これにより、適切な圧力プロファイルを維持しながら、アイドル時間を最小限に抑えることができます。
たとえば、小さな銅端子を 30mm のストロークで生産するサーボ・プレスは、毎分 500 ストロークに達することがあります。対照的に、同じ機械で90mmのストロークを持つ深絞りアルミニウム部品を製造する場合、その3分の1の速度で動作し、しかもはるかに大きな成形深さと材料の安定性を達成することができます。
材料と金型の要件を考慮する
ストロークの選択は、最適な結果を得るために、材料の強度、厚さ、ダイのセットアップ高さを考慮する必要があります。
- より薄くて柔らかい素材（銅やアルミニウムなど）は、より短いストロークで完全に形成することができる。
- 硬い材料（ステンレス鋼など）は、ひび割れを防ぐために長いストロークと制御された速度プロファイルが必要な場合がある。
同様に重要なのがシャットハイトで、ラムが下死点に達したときのスライドとボルスター間の距離です。ストロークが短すぎると、金型が適切に閉じられず、成形が不完全になる危険性があります。長すぎると、機械がエネルギーを浪費したり、過度の磨耗や損傷を招く危険があります。
サーボプレスは、ダイの接触をリアルタイムで検出する位置センサーと力センサーを利用することで、この問題に対処します。制御システムは、プログラムされた成形限界で自動的に停止し、オーバートラベルを防止して金型寿命を延ばします。
精度と生産性のバランス
エンジニアは、スピードと精度という相反する2つの目標のバランスを取らなければなりません。ストロークを長くすると、安定した圧力分布で徐々に成形できますが、サイクルタイムが長くなります。ストロークを短くすると、速度は向上しますが、材料の流れがうまく制御されない場合、成形が不完全になる可能性があります。
サーボテクノロジーは、プログラム可能な加速カーブにより、このトレードオフを解決します。成形中、サーボモーターはBDC付近で正確に減速し、工具のストレスを最小限に抑えながら形状精度を維持する「ソフトランディング」モーションを作り出します。
マイクロスタンピング用途の研究では、BDC近傍に50～150msの制御されたドエルタイムを適用することで、定速成形と比較して、スプリングバックを低減し、形状安定性を最大20～30%改善できることが実証されている。
ストローク制御におけるサーボ技術の利点
サーボ技術は、エンジニアにプレスの動きを定義する新たなレベルの自由を与えます。この柔軟性により、小型サーボプレスは1台で複数の機械のように機能し、ハードウェアを変更することなく異なる製品に適応することができます。
プログラム可能なストロークとモーションプロファイル
サーボドライブを使用することで、エンジニアは0.01mmまでの位置精度と1ms刻みの細かい動作速度プロファイルでストロークモーションをプログラムすることができます。つまり、各部品が独自のモーション "レシピ "を持つことができるのです。
例えば、こうだ：
- 高速アプローチ アイドルトラベルを短くする。
- 成形が遅い 下死点（BDC）付近で材料の流れを安定させる。
- 短い滞留時間（50～150ms） ストレスから解放され、体型維持が向上する。
- 急速な復帰 次のサイクルに備えるためだ。
サーボ・モーション・コントロール・ソフトウェアは、複数のストローク構成を保存し、部品コードまたはダイIDに基づいて自動的にロードすることができるため、切り替え時間を最小限に抑えることができます。
この多用途性により、3トンサーボプレス1台で以下のことが可能になる。 ブランク, 曲げ従来のプレス機と比較して、機械的な調整にかかる時間を節約できます。
ダイナミックな動きによるエネルギー効率
エネルギー使用は、サーボ制御の測定可能な利点である。従来のプレスは、成形深さが浅い場合でも、機械的なストローク全体を通して動かなければならないため、毎サイクル同じ電力を消費していました。サーボプレスは、必要な動きだけを使用します。
ストロークを80mmから40mmに短縮し、減速時に回生ブレーキを使用することで、エネルギー消費量を0.75kWh/100サイクルから0.45kWh/100サイクルに削減することができる。
この最適化により、熱の蓄積、機械振動、騒音も低減され、部品の長期寿命が向上する。
このような最適化により、生産シフト全体にわたって、機械1台当たり8～12kWhの電力を節約することができる。
小物部品生産のための高速応答
精密電子部品や医療部品は、速度と再現性の両方を必要とします。プログラム可能な短いストローク(20-40mm)を持つサーボプレスは、±1%以内の力の一貫性を維持しながら、400-600SPM(ストローク/分)を達成することができます。
この高速精度は、負荷フィードバックに基づいてモーター出力をリアルタイムで調整するトルクベクトル制御アルゴリズムによって達成されます。加速と減速は独立してプログラム可能であるため、システムは小さな部品を歪ませる可能性のあるオーバーシュートや振動を避けることができます。
マイクロスタンピングやコネクター製造に使用する場合、この安定性は不良品の減少、メンテナンスの軽減、金型寿命の延長に直結します。
ストローク選択における重要なエンジニアリング要素
ストロークの選択は、単に機械的な範囲の問題だけではありません。力、変位、動作タイミングがどのように相互作用して最適な結果を生み出すかが重要です。
シャットハイトとダイ・セットアップの互換性
シャットハイトは、BDCにおけるスライドとボルスターの最小ギャップを決定する。
ストローク範囲とシャットハイトの不一致は、部品の変形や金型の故障の原因となります。
安全なマージンを維持する：
- ボトムストロークの限界とダイセットの高さの間に10～15mmのクリアランスを保つ。
- サーボソフトウェアの電子停止機能を使用して、オーバートラベルを防止する。
- ダイの交換や工具の摩耗を調整した後は、シャットハイトを再較正してください。
デジタル・ストローク位置決め機能を備えたサーボプレスは、エンコーダー・フィードバックによってこのクリアランスを自動的に確認するため、機械的な試行錯誤による位置合わせが不要になります。
力と変位の関係
実際の成形では、プレスはストローク全体にわたって一定のトン数をかけるわけではない。
成形力は、材料が降伏するにつれて急激に上昇し、BDC付近でピークに達するため、部品がどのように変形するかを定義する力-変位曲線が作成される。
典型的なカーブには4つの領域がある：
- アプローチ 軽い負荷、速い動き。
- 塑性変形： 力が急上昇する。
- ピーク＆ドエル・ゾーン： 最大成形荷重。精度を高めるために速度を落とす。
- スプリングバック地域 内部ストレスを解放するために、わずかに逆の動きをする。
サーボ制御により、各領域を正確に管理できる。
エンジニアは、モーターのトルクと速度を調整することで、カーブを形作ることができる。
0.6mmのステンレス鋼部品を成形する1トンサーボプレスのテストでは、トルク同期制御によってピーク荷重の変動が18%減少し、金型寿命が約25%延びた。
サイクルタイムの最適化
不必要なミリメートルの移動はすべて遅延を追加します。サーボプログラミングにより、サイクル間でストロークの限界を動的に変更することができます。
この最適化により、1サイクルを20～30%短縮することができ、その結果、大量生産ラインでは1日あたり数千個の部品を追加することができます。サーボプレスは、同期フィードシステムと組み合わせることで、ストロークの長さが変化しても正確なタイミングを維持することができます。
例えば、1サイクルを0.6秒から0.45秒に短縮することは、小さなことに思えるかもしれないが、50,000サイクル以上では、同じ投入電力でシフトあたり12,500個の部品が増えることになる。
ストローク選択におけるよくある間違い
サーボ制御であっても、ストロークのセットアップを誤ると、エネルギーの浪費、工具の損傷、生産遅延を引き起こす可能性があります。このような間違いを理解することで、非効率を防ぎ、安定した成形結果を維持することができます。
1.すべての操作に同じストロークを使う
問題だ：
多くのオペレーターは、部品の高さや成形深さに関係なく、すべてのジョブでデフォルトのストロークを使用しています。
効果
これはアイドルモーションを増加させ、サイクル時間を増やし、不必要なエネルギーを消費する。
訂正する：
各製品と材料タイプに特定のストローク・プリセットを定義します。薄い銅の場合、20mmのストロークで80mmのストロークと同じ成形品質が得られ、40%ではサイクルタイムが短縮されます。
2.安全のため」のストローク過大評価
問題だ：
オペレータは工具の衝突を避けるためにストローク長を延長し、より長いトラベルがクリアランスを確保します。
効果
過剰な運動は、サイクルを遅くし、駆動部品の摩耗を増加させる。
訂正する：
サーボポジションセンサーと電子リミットストップを使用してください。動きを拡張することなく、安全なクリアランスを維持します。機械は、プログラムされたリミットの±0.01 mm以内で停止し、機械的なオーバートラベルを排除します。
3.シャットハイトとダイスタック公差の無視
問題だ：
ストロークとダイスタックの高さの不一致は、成形不足（短すぎる）または過剰な負荷（長すぎる）の原因となる。
効果
部品の品質不良、圧力ムラ、金型割れ。
訂正する：
サーボのデジタル表示を使って、シャットハイトを再較正します。安全な排出と安定した部品成形のために、ダイ閉鎖から 10～15 mm のクリアランスを維持します。
4.力-ストローク曲線の無視
問題だ：
ジオメトリーだけに基づいてストロークを設定する。
効果
過大なピーク荷重や不均一な材料フローは、ダイの早期摩耗につながります。
訂正する：
サーボシステムの荷重-変位モニタリング機能を使用します。材料の挙動に合わせてカーブを形成することで、エンジニアはピーク荷重を20%まで下げることができ、寸法精度を安定させ、金型の寿命を延ばすことができます。
5.ツール変更後のストロークの再評価を怠る
問題だ：
メンテナンスや工具交換の後、多くのオペレーターは以前のストローク設定を再利用する。
効果
わずかな寸法変化は、過圧や不完全な成形を引き起こす可能性がある。
訂正する：
ツーリングが変更されるたびに、ストロークキャリブレーションサイクルを再実行します。モーションデータが保存されたサーボプレスは、このプロセスを迅速かつ反復可能にし、一貫したセットアップ精度を保証します。
要約表ストロークのよくあるエラーと解決策
| 間違い | エンジニアリングの影響 | 推奨される措置 |
|---|---|---|
| すべてのジョブのストロークを固定 | エネルギーの浪費、サイクルの遅れ | アプリケーション・ベースのストローク・プリセットを使用する |
| "安全のため "のオーバーロングストローク | 速度の低下、部品の摩耗 | デジタルリミット制御を適用 |
| シャットハイトの不一致 | 工具の損傷、成形不良 | ダイ・セットアップ後の再校正 |
| 力曲線を無視 | 過負荷、一貫性のない部品 | ピーク負荷ゾーンに動きを合わせる |
| ツール後の再校正なし | 一貫性のない結果 | 交換のたびにストロークを確認する |
結論
ストローク長の選択は、小型サーボプレスの性能を決定する最も重要なパラメータの一つです。それは、プレスがどのように金属を成形するかだけでなく、いかに効率的に動作するか、また、金型がどのくらい長持ちするかに影響します。適切に選択されたストロークは、無駄な動きを最小限に抑え、エネルギー効率を向上させ、部品の精度を厳しい公差内に保ちます。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
