소형 서보 프레스 설계에서 스트로크 길이는 성형 공정이 얼마나 효율적이고 정확하게 수행되는지를 직접적으로 결정합니다. 램이 위에서 아래로 이동하는 거리는 성형 깊이, 사이클 속도, 에너지 사용량, 공구 수명 등 모든 주요 요소에 영향을 미칩니다.
전자 제품, 커넥터 또는 소형 브래킷과 같은 고정밀 애플리케이션에서 적절한 스트로크 길이를 선택하는 것은 단순한 기계적 설정 그 이상입니다. 이는 모션 범위, 제어 정밀도, 시스템 효율성의 균형을 맞추는 엔지니어링적인 선택입니다. 서보 기술이 발전함에 따라 스트로크 최적화는 소형 프레스에서 속도와 일관성을 모두 달성하는 데 필수적인 단계가 되었습니다.
서보 프레스의 스트로크 이해
스트로크 길이는 프레스 램이 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 이동하는 총 수직 거리입니다. 이는 프레스의 성형 범위, 즉 램이 움직일 수 있는 거리와 부품을 성형할 수 있는 깊이를 정의합니다.
기존 기계식 프레스에서는 이 스트로크가 고정되어 있습니다. 실제 성형 깊이가 작더라도 프레스는 매 사이클마다 전체 범위를 이동해야 합니다. 서보 프레스는 이를 바꿔줍니다. 엔지니어는 전기 서보 모터를 사용하여 정확한 위치, 속도, 가속도를 0.01mm까지 정밀하게 프로그래밍할 수 있습니다.
이러한 유연성으로 인해 세 가지 유형의 스트로크 정의가 생성됩니다:
- 총 스트로크: 램의 전체 기계적 이동.
- 작업 스트로크: 성형 또는 절단에 사용되는 활성 세그먼트입니다.
- 스트로크 조절 가능: 프로그래밍 가능한 범위는 각 제품 또는 금형 높이에 맞게 조정되어 최적의 성능을 보장합니다.
최신 서보 제어 시스템을 사용하면 디지털 입력을 통해 몇 초 만에 이러한 파라미터를 조정할 수 있으므로 기계적으로 수정할 필요가 없습니다. 그 결과 설정 시간이 단축되고 기계 마모가 줄어들며 처리량이 증가합니다.
뇌졸중은 프레스 성과에 어떤 영향을 미칩니까?
스트로크는 프레스의 기계적 동작, 효율성 및 최종 부품의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.
- 포밍 기능 - 더 긴 스트로크는 더 깊은 성형 범위를 제공하지만 사이클 시간과 에너지 사용량을 증가시킵니다.
- 속도 및 에너지 효율성 - 스트로크가 짧아지면 유휴 동작이 제거되어 시간 낭비를 줄이고 전력 소비를 줄일 수 있습니다.
- 부품 정확도 및 금형 수명 - 적절하게 조정된 스트로크 프로파일은 BDC에서 충격 부하를 줄여 일관성을 개선하고 공구 수명을 연장합니다.
2톤 소형 시스템에서 실시한 서보 프레스 성형 테스트에 따르면, 스트로크를 80mm에서 40mm로 줄이면 사이클당 에너지 소비를 최대 40%까지 줄이면서 사이클 효율을 35%까지 향상시킬 수 있습니다. 또한 이동 거리가 짧아지면 진동이 감소하여 평탄도와 엄격한 치수 공차(±0.01mm 이내)를 유지하는 데 도움이 됩니다.
실제로 스트로크 최적화는 "짧게" 또는 "길게"를 선택하는 것이 아닙니다. 스트로크 모션을 성형 하중 및 부품 형상에 맞추는 것입니다.
스트로크 길이 선택의 핵심 원칙
소형 서보 프레스의 스트로크 길이를 선택하려면 생산성, 정확성, 툴링 안전성 간의 균형을 맞춰야 합니다. 다음 엔지니어링 원칙이 이 결정의 기준이 됩니다.
애플리케이션 유형에 스트로크 일치
프로세스마다 다른 스트로크 동작이 필요합니다:
| 프로세스 유형 | 일반적인 스트로크 범위 | 키 모션 포커스 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 블랭킹/코인 생성 | 15-40 mm | 빠른 접근, 정확한 체류 | 최대 속도, 최소 마모 |
| 성형 / 굽힘 | 40-80 mm | 균형 잡힌 모션 및 제어 | 부품 유형에 따른 유연성 |
| 딥 드로잉 / 다단계 성형 | 80-120 mm | BDC 근처에서 느린 형성 | 주름 감소, 균일한 벽 두께 |
올바른 스트로크를 선택하면 각 프로세스가 완료하는 데 필요한 최소한의 동작을 사용하도록 보장합니다. 성형 프로세스. 이렇게 하면 적절한 압력 프로파일을 유지하면서 유휴 시간을 최소화할 수 있습니다.
예를 들어 30mm 스트로크로 소형 구리 단자를 생산하는 서보 프레스는 분당 500스트로크에 달할 수 있습니다. 반면, 딥 드로잉 알루미늄 부품을 90mm 스트로크로 작동하는 동일한 기계는 그 1/3의 속도로 작동하면서도 성형 깊이와 재료 안정성을 훨씬 더 높일 수 있습니다.
재료 및 금형 요구 사항 고려
스트로크 선택은 재료 강도, 두께 및 다이 설정 높이를 고려하여 최적의 결과를 보장해야 합니다.
- 구리나 알루미늄과 같이 더 얇고 부드러운 소재는 더 짧은 스트로크 내에 완전히 형성할 수 있습니다.
- 스테인리스 스틸과 같이 단단한 소재는 균열을 방지하기 위해 더 긴 스트로크와 제어된 속도 프로파일이 필요할 수 있습니다.
마찬가지로 중요한 것은 램이 하단 데드 센터에 도달했을 때 슬라이드와 볼스터 사이의 거리인 닫힘 높이입니다. 스트로크가 너무 짧으면 다이가 제대로 닫히지 않아 불완전한 성형이 발생할 위험이 있습니다. 너무 길면 기계가 에너지를 낭비하거나 과도한 마모의 위험이 있습니다.
서보 프레스는 위치 및 힘 센서를 활용하여 금형 접촉을 실시간으로 감지함으로써 이 문제를 해결합니다. 제어 시스템은 프로그래밍된 성형 한계에서 자동으로 정지하여 오버 트래블을 방지하고 금형 수명을 연장합니다.
정밀도와 생산성의 균형
엔지니어는 속도와 정확성이라는 두 가지 상충되는 목표 사이에서 균형을 맞춰야 합니다. 스트로크가 길면 안정적인 압력 분포로 점진적인 성형이 가능하지만 사이클 시간이 길어집니다. 스트로크가 짧으면 속도가 빨라지지만 재료 흐름이 제대로 제어되지 않으면 불완전한 성형이 발생할 수 있습니다.
서보 기술은 프로그래밍 가능한 가속 곡선으로 이 트레이드 오프를 해결합니다. 성형 중에 서보 모터는 BDC 근처에서 정밀하게 감속하여 "소프트 랜딩" 동작을 생성하여 형상 정확도를 유지하면서 공구 응력을 최소화합니다.
마이크로 스탬핑 애플리케이션에 대한 연구에 따르면 BDC 근처에서 50-150ms의 제어된 체류 시간을 적용하면 스프링백을 줄이고 정속 성형에 비해 형상 안정성을 최대 20-30%까지 향상시킬 수 있습니다.
스트로크 제어에서 서보 기술의 장점
서보 기술은 엔지니어에게 프레스 작동 방식을 정의할 수 있는 새로운 차원의 자유를 제공합니다. 이러한 유연성 덕분에 소형 서보 프레스는 하드웨어를 변경할 필요 없이 여러 대의 기계처럼 작동하여 다양한 제품에 맞게 조정할 수 있습니다.
프로그래밍 가능한 스트로크 및 모션 프로파일
서보 드라이브를 사용하면 엔지니어가 최대 0.01mm의 위치 정확도와 1ms 단위의 미세한 모션 속도 프로파일로 스트로크 모션을 프로그래밍할 수 있습니다. 즉, 각 부품마다 고유한 모션 "레시피"를 가질 수 있습니다.
예를 들어
- 빠른 접근 를 사용하여 유휴 이동 시간을 단축할 수 있습니다.
- 느린 성형 를 BDC(하단 데드 센터) 근처에 배치하여 재료 흐름을 안정화합니다.
- 짧은 체류 시간(50-150ms) 를 사용하여 스트레스를 해소하고 모양 유지력을 개선합니다.
- 빠른 반품 를 클릭해 다음 주기를 준비하세요.
서보 모션 제어 소프트웨어는 여러 스트로크 구성을 저장하고 부품 코드 또는 금형 ID에 따라 자동으로 로드할 수 있어 전환 시간을 최소화할 수 있습니다.
이러한 다용도성 덕분에 단일 3톤 서보 프레스로 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다. 블랭킹, 굽힘하드웨어를 수정할 필요 없이 얕은 성형 작업을 할 수 있어 기존 프레스에 비해 기계 조정 시간을 절약할 수 있습니다.
동적 모션을 통한 에너지 효율성
에너지 사용은 서보 제어의 측정 가능한 장점입니다. 기존 프레스는 성형 깊이가 얕은 경우에도 전체 기계 스트로크를 통해 움직여야 하기 때문에 매 사이클마다 동일한 전력을 소비합니다. 서보 프레스는 필요한 동작만 사용합니다.
스트로크를 80mm에서 40mm로 단축하고 감속 시 회생 제동을 사용하면 에너지 소비가 0.75kWh/100 사이클에서 0.45kWh/100 사이클로 감소하여 소형 톤급 시스템에서 측정한 40% 효율이 향상됩니다.
또한 이러한 최적화를 통해 열 축적, 기계적 진동, 소음을 줄여 구성 요소의 장기적인 수명을 향상시킵니다.
전체 생산 교대 시간 동안 이러한 최적화를 통해 기계당 8~12kWh를 절약할 수 있으며, 이는 연속 생산 환경에서 매달 수백 달러의 전력 비용에 해당합니다.
소형 부품 생산을 위한 고속 응답
정밀 전자 및 의료 부품에는 속도와 반복성이 모두 필요합니다. 프로그래밍 가능한 짧은 스트로크(20~40mm)의 서보 프레스는 ±1% 이내의 힘 일관성을 유지하면서 400~600SPM(분당 스트로크 수)에 도달할 수 있습니다.
이러한 고속 정확도는 부하 피드백에 따라 모터 출력을 실시간으로 조정하는 토크 벡터 제어 알고리즘을 통해 달성됩니다. 가속과 감속을 독립적으로 프로그래밍할 수 있기 때문에 작은 부품을 왜곡할 수 있는 오버슈트와 진동을 방지합니다.
마이크로 스탬핑 또는 커넥터 제조에 사용하면 이러한 안정성이 불량률 감소, 유지보수 감소, 금형 수명 연장으로 직결됩니다.
스트로크 선택의 주요 엔지니어링 요소
스트로크 선택은 기계적 범위 문제일 뿐만 아니라 힘, 변위, 모션 타이밍이 상호 작용하여 최적의 결과를 생성하는 방식과 관련이 있으며, 다음 매개 변수는 서보 프레스 애플리케이션에서 스트로크 최적화를 안내합니다.
셧 높이 및 다이 설정 호환성
닫힘 높이에 따라 BDC에서 슬라이드와 볼스터 사이의 최소 간격이 결정됩니다.
스트로크 범위와 폐쇄 높이가 일치하지 않으면 부품 변형 또는 금형 고장이 발생할 수 있습니다.
안전한 마진을 유지하기 위해:
- 하단 스트로크 제한과 다이 세트 높이 사이에 10~15mm의 간격을 유지합니다.
- 서보 소프트웨어의 전자식 정지 기능을 사용하여 과도한 이동을 방지하세요.
- 다이 교체 또는 공구 마모 조정 후 차단 높이를 다시 보정합니다.
디지털 스트로크 포지셔닝 기능이 있는 서보 프레스는 인코더 피드백을 통해 이 간격을 자동으로 확인하므로 기계적인 시행착오를 거쳐 정렬할 필요가 없습니다.
힘-변위 관계
실제 성형에서 프레스는 스트로크 전체에 일정한 톤수를 적용하지 않습니다.
성형력은 재료가 항복함에 따라 급격히 상승하고 BDC 근처에서 정점에 도달하여 부품의 변형 방식을 정의하는 힘-변위 곡선을 생성합니다.
일반적인 곡선에는 네 개의 영역이 포함됩니다:
- 접근합니다: 가벼운 부하, 빠른 동작.
- 소성 변형: 힘이 급격히 상승합니다.
- 피크 & 드웰 존: 최대 성형 하중, 정확도를 위해 속도가 느려집니다.
- 스프링백 지역: 내부 스트레스를 풀기 위해 약간 역방향으로 움직입니다.
서보 제어를 통해 각 영역을 정밀하게 관리할 수 있습니다.
엔지니어는 모터 토크와 속도를 조정하여 곡선을 형성할 수 있으므로 최대 힘이 이전이나 이후가 아닌 재료 흐름 요구 사항과 정확히 일치하도록 할 수 있습니다.
0.6mm 스테인리스 스틸 부품을 성형하는 1톤 서보 프레스에 대한 테스트 결과 토크 동기화 제어가 최대 부하 편차를 18%까지 줄여 금형 수명을 약 25% 연장하는 것으로 나타났습니다.
사이클 시간 최적화
불필요한 밀리미터의 이동은 지연을 추가합니다. 서보 프로그래밍을 사용하면 스트로크 제한을 사이클 간에 동적으로 변경할 수 있으므로 램은 성형 깊이에 필요한 만큼만 이동합니다.
이러한 최적화를 통해 각 사이클을 20-30%까지 줄일 수 있어 대량 생산 라인에서 하루에 수천 개의 부품을 추가로 생산할 수 있습니다. 서보 프레스를 동기화된 이송 시스템과 결합하면 스트로크 길이가 달라져도 정확한 타이밍을 유지할 수 있어 정확성을 유지하면서 동작 낭비를 없앨 수 있습니다.
예를 들어, 사이클을 0.6초에서 0.45초로 단축하는 것은 작아 보일 수 있지만 50,000 사이클을 초과하면 동일한 전원 입력으로 교대당 12,500개의 부품을 더 생산할 수 있습니다.
스트로크 선택 시 흔히 저지르는 실수
서보 제어를 사용하더라도 스트로크 설정이 잘못되면 에너지 낭비, 공구 손상 또는 생산 지연이 발생할 수 있습니다. 이러한 실수를 이해하면 비효율을 방지하고 일관된 성형 결과를 유지하는 데 도움이 됩니다.
1. 모든 작업에 동일한 스트로크 사용
이슈:
많은 작업자가 파트 높이 또는 성형 깊이와 관계없이 모든 작업에 기본 스트로크를 사용합니다.
효과:
이로 인해 유휴 동작이 증가하고 사이클 시간이 길어지며 불필요한 에너지가 소모됩니다.
수정:
각 제품 및 재료 유형에 대한 특정 스트로크 사전 설정을 정의합니다. 얇은 구리의 경우 20mm 스트로크를 사용하면 80mm 스트로크와 동일한 성형 품질을 얻을 수 있으며 사이클 시간은 40% 더 짧아집니다.
2. "안전을 위해" 뇌졸중을 과대평가하는 행위
이슈:
작업자는 공구 충돌을 피하기 위해 스트로크 길이를 늘리고, 이동 거리가 길면 안전거리를 확보할 수 있다고 믿습니다.
효과:
과도한 동작은 사이클을 느리게 하고 드라이브 구성품의 마모를 증가시킵니다.
수정:
서보 위치 센서와 전자식 리미트 스톱을 사용합니다. 동작을 확장하지 않고도 안전한 간격을 유지합니다. 기계가 프로그래밍된 제한값의 ±0.01mm 내에서 정지하여 기계적 오버 트래블을 방지합니다.
3. 셧 높이 및 다이 스택 허용 오차 무시하기
이슈:
스트로크와 다이 스택 높이가 일치하지 않으면 언더포밍(너무 짧음) 또는 과도한 하중(너무 길음)이 발생합니다.
효과:
부품 품질 불량, 고르지 않은 압력 또는 금형 균열.
수정:
서보의 디지털 판독을 사용하여 닫힘 높이를 재보정합니다. 안전한 배출과 일관된 파트 성형을 위해 다이 폐쇄 후 10~15mm의 간격을 유지합니다.
4. 힘-스트로크 곡선 무시
이슈:
지오메트리를 기준으로만 스트로크를 설정하고, 스트로크 전체에 힘이 어떻게 형성되는지는 고려하지 않습니다.
효과:
과도한 피크 부하 또는 고르지 않은 재료 흐름은 금형 조기 마모로 이어질 수 있습니다.
수정:
서보 시스템의 힘-변위 모니터링 기능을 사용합니다. 재료 거동에 맞게 곡선을 형성함으로써 엔지니어는 최대 20%까지 피크 하중을 낮춰 치수 정확도를 안정화하고 금형 수명을 연장할 수 있습니다.
5. 도구 변경 후 스트로크 재평가 실패
이슈:
유지보수 또는 도구 교체 후 많은 작업자가 이전 스트로크 설정을 재사용합니다.
효과:
작은 치수 변화는 과압 또는 불완전한 성형을 유발할 수 있습니다.
수정:
툴링 변경이 발생할 때마다 스트로크 보정 사이클을 다시 실행합니다. 모션 데이터가 저장된 서보 프레스를 사용하면 이 프로세스를 빠르고 반복적으로 수행할 수 있으므로 일관된 설정 정확도를 보장할 수 있습니다.
요약 표: 일반적인 스트로크 오류 및 해결 방법
| 실수 | 엔지니어링 영향 | 권장 조치 |
|---|---|---|
| 모든 작업에 대한 고정 스트로크 | 에너지 낭비, 주기 지연 | 애플리케이션 기반 스트로크 사전 설정 사용 |
| "안전을 위해" 지나치게 긴 스트로크 | 속도, 부품 마모 감소 | 디지털 제한 제어 적용 |
| 일치하지 않는 닫힘 높이 | 도구 손상, 성형 불량 | 다이 설정 후 재보정 |
| 힘 곡선 무시 | 과부하, 일관성 없는 부품 | 최대 부하 영역에 맞게 모션 조정 |
| 툴링 후 재보정 없음 | 일관성 없는 결과 | 각 변경 후 스트로크 확인 |
결론
스트로크 길이 선택은 소형 서보 프레스의 성능을 결정짓는 가장 중요한 파라미터 중 하나입니다. 이는 프레스가 금속을 성형하는 방식뿐만 아니라 프레스가 얼마나 효율적으로 작동하고 툴링이 얼마나 오래 지속되는지에도 영향을 미칩니다. 스트로크를 잘 선택하면 낭비되는 움직임을 최소화하고 에너지 효율을 개선하며 엄격한 공차 내에서 부품 정확도를 유지할 수 있습니다.
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안녕하세요, 저는 케빈 리입니다
지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.
