Сегодня многие сборочные линии сталкиваются с теми же проблемами. Инженеры видят неравномерное качество крепежа. Они также наблюдают быстрый износ инструмента. Пневматические и гидравлические системы часто нуждаются в частом обслуживании. Эти проблемы снижают надежность продукции. Они становятся еще более серьезными, когда команды работают с тонкими, легкими или покрытыми материалами.
Для решения этих проблем многие производители используют сервопрессы. Эти машины работают на электродвигателях. Они не зависят от масла или сжатого воздуха. Система обеспечивает точный контроль усилия, положения и скорости в каждом цикле. Такой уровень контроля помогает создать стабильную прочность соединения. Он также сокращает время цикла. В то же время система позволяет записывать данные о процессе для контроля качества.
Сегодня сервопрессы широко используются в различных отраслях промышленности. К ним относятся производство автомобилей, сборка аккумуляторов для электромобилей, аэрокосмическая промышленность и производство электроники. В этих областях постоянное качество соединений имеет большое значение. Данные о процессе и возможность отслеживания также играют ключевую роль в обеспечении безопасности и соблюдении требований.
Что такое клепальные и зажимные операции?
Клепка и зажим - два основных метода крепления, которые формируют современные металлические узлы. Понимание того, как работает каждый из этих процессов, позволяет понять, почему сервоуправление дает столь значительную разницу в последовательности и качестве.
Клепка: Создание постоянных высокопрочных соединений
Клепка это механический процесс крепления. Рабочий помещает заклепку в предварительно просверленные отверстия в деталях. Затем пресс деформирует заклепку, чтобы зафиксировать детали вместе. Этот метод создает неразъемное соединение. Многие производители используют его, когда требуется высокая усталостная прочность. Он также хорошо работает при соединении различных материалов, например стали и алюминиевых или титановых сплавов.
В прецизионных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, контроль усилия имеет решающее значение. Пресс должен прилагать усилие в узком диапазоне. Слишком большое усилие может привести к образованию трещин или повреждению поверхности. Слишком малое усилие может ослабить соединение. Прессы с сервоуправлением поддерживают усилие формовки в пределах ±1% от заданного значения. Такое управление помогает получить равномерные головки заклепок.
Клинчевание: соединение без дополнительного крепежа
Клинчевание также называют прессовым соединением. Он соединяет листовой металл, образуя локальный замок между слоями. При этом используется контролируемая деформация материала. При этом не нужны ни заклепки, ни сварка, ни клей. Многие производители используют клинчевание для алюминия и стали с покрытием. Процесс не создает тепла. Он также исключает выделение дыма и загрязнение поверхности.
Сервопресс обеспечивает инженерам точное управление движением. Инженеры могут настроить кривую движения для каждой пары материалов. Короткая выдержка в нижней части, в мертвой точке, помогает сформировать полную блокировку. Этот шаг также защищает поверхностные покрытия от повреждений. Во многих случаях прочность клиновидных соединений достигает 80-90% от прочности точечных сварных швов. При этом процесс не образует брызг и не требует последующей зачистки.
Ограничения традиционных систем печати
Старые пневматические, гидравлические и механические прессы не могут соответствовать современным стандартам точности и эффективности. Изучение их слабых сторон показывает, почему производители переходят на системы с сервоприводом.
| Тип печати | Управление силами | Обслуживание | Использование энергии | Типичная точность | Общая проблема |
|---|---|---|---|---|---|
| Пневматический | Плохо (сжимаемость воздуха) | От низкого до среднего | Умеренный | ±10% | Непоследовательная сила |
| Гидравлика | Высокая, но трудно стабилизируемая | Высокая (утечки, старение жидкости) | Высокий | ±5% | Загрязнение маслом, шум |
| Механический | Фиксированная кривая, не регулируемая | Средний | Средний | ±5-8% | Отсутствие адаптивного управления |
| Сервопривод (электрический) | Превосходно (замкнутый цикл) | Низкий | Низкий | ±1% | - |
Пневматические прессы: Непостоянная подача усилия
Пневматические прессы используют сжатый воздух для создания силы. Давление воздуха меняется в зависимости от температуры и условий подачи. Даже небольшие изменения могут вызвать разброс усилий до ±10%. Такой уровень отклонения слишком высок для прецизионных сборочных работ.
В результате качество суставов становится нестабильным. Некоторые соединения могут быть слишком свободными, а другие - чрезмерно сжатыми. Чаще всего возникают перекосы и переделки. Со временем утечки воздуха, износ клапанов и загрязнения еще больше снижают надежность системы.
Гидравлические прессы: Высокое энергопотребление и тяжелое обслуживание
Гидравлические прессы способны создавать большое усилие. Они зависят от насосов, которые часто работают непрерывно. Даже когда пресс простаивает, система все равно потребляет энергию для поддержания давления. Во многих случаях потребление энергии может быть на 70% выше, чем у системы на основе сервопривода.
Гидравлическое масло также создает риски. Утечки масла могут привести к загрязнению деталей и рабочих зон. Изменения температуры влияют на вязкость масла. Это изменение изменяет силу нажатия и снижает стабильность процесса в ходе производства.
Механические прессы: Высокая скорость, но ограниченный контроль
В механических прессах используется фиксированное движение кривошипа. Профиль движения не может меняться во время хода. Такие прессы хорошо подходят для высокоскоростной формовки. Однако им не хватает гибкости, необходимой для выполнения сложных сборочных задач.
Неподвижное движение затрудняет контроль усилия при работе с тонкими материалами или многослойными соединениями. Сильный удар в нижней части хода может увеличить износ инструмента. Это также может привести к изменению деталей с течением времени.
Как технология сервопресса меняет игру?
Сервотехнология заменяет воздух и масло цифровой точностью. Давайте узнаем, как замкнутый контур управления и программируемое движение обеспечивают стабильное качество, более чистую работу и повышенную эффективность производства.
Точное управление силой, положением и скоростью
В сервопрессах используется система управления с замкнутым контуром. Система объединяет датчики двигателя для контроля положения и тензодатчики для измерения усилия. Контроллер сравнивает значения в реальном времени с запрограммированными настройками. Он регулирует выход каждые несколько миллисекунд для поддержания стабильности процесса.
Такое управление обеспечивает очень высокую точность. Сервопрессы могут достигать точности положения ±0,01 мм. Они также могут поддерживать повторяемость усилия в пределах ±1%. Пневматические прессы при тех же условиях часто демонстрируют разброс усилий до ±10%.
Для инженеров это означает, что пресс может выполнять сложные профили движения:
- Быстрый подход чтобы сократить время простоя.
- Медленная фаза формирования в нижней части, в мертвой точке, чтобы предотвратить чрезмерное сжатие.
- Период ожидания для обеспечения подачи материала или его затвердевания (при использовании соединения с помощью тепла).
- Мягкое втягивание для минимизации пружинящего отката или смещения деталей.
Благодаря такой гибкости один сервопресс может выполнять несколько задач по соединению. На одном и том же станке можно выполнять легкую клипсование и глубокую клепку. При этом не требуется механическая переналадка.
Мониторинг в режиме реального времени и запись данных
Каждый ход сервопресса создает цифровую запись. Эта запись представляет собой кривую "усилие-перемещение". Кривая иллюстрирует поведение соединения на протяжении всего процесса прессования. Инженеры используют эту кривую в качестве эталона качества. При возникновении проблем, таких как несоосность деталей, отсутствие заклепок или изменение толщины материала, система немедленно их обнаруживает.
Операторы могут устанавливать диапазоны допусков для процесса. Эти диапазоны определяют верхний и нижний пределы усилия на разных этапах хода. Когда кривая выходит за пределы допустимого диапазона, пресс реагирует автоматически. Он может остановить цикл или пометить деталь для проверки. Такой ранний контроль предотвращает переход дефектных соединений к следующему процессу. Это также сокращает количество повторных обработок и снижает риск гарантийного обслуживания.
Система также регистрирует данные процесса для каждого цикла. Эти данные обеспечивают полную прослеживаемость и помогают соответствовать таким стандартам, как IATF 16949 и AS9100. Пресс может хранить такие данные, как время цикла, усилие, положение, идентификатор оператора и идентификатор детали. Данные могут оставаться на станке или передаваться в заводскую систему MES.
Энергоэффективность и чистая эксплуатация
Сервосистемы потребляют энергию только при движении пресса. В гидравлических прессах насосы работают постоянно. Когда сервопресс простаивает, потребление энергии близко к нулю. Во время замедления двигатель может рекуперировать энергию и отправлять ее обратно в систему питания. Это повышает общую эффективность.
На реальных производственных линиях такая конструкция часто обеспечивает экономию энергии в 30-70%. Точная экономия зависит от скорости цикла и требуемого усилия. В сервопрессах также не используется гидравлическое масло. Это устраняет риск утечек, загрязнения деталей или запаха масла. Также исключаются изменения усилия, вызванные температурными изменениями вязкости масла.
Электропривод работает гораздо тише. Уровень шума часто на 10-15 дБ ниже, чем у традиционных прессов. Это преимущество важно в условиях чистых помещений. Кроме того, это повышает комфорт и безопасность операторов в цеху.
Гибкое программирование для различных типов суставов
Каждое изделие имеет свои потребности в соединении. Толщина листа может меняться. Твердость материала и поверхностные покрытия также различны. Геометрия деталей усложняется. Сервопресс справляется с этими изменениями с помощью программного управления.
Инженеры могут заранее создать несколько программ прессования. Каждая программа определяет скорость, усилие, время выдержки и расстояние втягивания. Операторы могут мгновенно переключаться между программами. Механическая настройка не требуется. Такая гибкость подходит для крупносерийного и малосерийного производства. Она также хорошо подходит для автоматизированных линий с различными типами деталей.
Более современные сервопрессы поддерживают прямую системную интеграцию. Они могут подключаться к роботам и системам управления через стандартные промышленные сети. Когда робот загружает новую деталь, пресс может автоматически выбрать нужную программу. Это снижает количество ошибок при настройке. Кроме того, это обеспечивает стабильные результаты для разных изделий.
Применение в различных отраслях промышленности
Сервоприводные системы прессования стали незаменимы в отраслях, где важны точность, повторяемость и чистота. Давайте рассмотрим, как эти преимущества воплощаются в реальных результатах.
Сборка автомобилей и электромобилей
В автомобильном производстве качество крепежа оказывает значительное влияние на безопасность и долгосрочную надежность. Многие традиционные пневматические и гидравлические прессы не справляются с алюминиевыми панелями, смешанными материалами и большими объемами, требующими строгого контроля качества.
Прессы с сервоприводом решают эти проблемы. Они поддерживают контроль усилия в пределах ±1% на каждом цикле. Такая стабильность обеспечивает равномерную прочность соединений даже на сотнях тысяч деталей. При сборке аккумуляторов для EV-систем зажим с сервоуправлением помогает предотвратить деформацию панелей. Оно также обеспечивает точную герметизацию чувствительных батарейных модулей.
Сервопрессы также хорошо интегрируются в автоматизированные производственные линии. Роботы загружают детали, а пресс проверяет каждое соединение по кривой "усилие-перемещение". Если соединение выходит за установленные пределы, система немедленно фиксирует его.
Аэрокосмическая промышленность и электроника
Авиакосмические детали требуют очень жестких допусков и чистых условий сборки. При клепке или скреплении алюминиевых, титановых или композитных материалов контроль усилия имеет решающее значение. Даже незначительное увеличение усилия может привести к образованию микротрещин или разделению слоев.
Сервопрессы снижают этот риск благодаря программируемому движению и обратной связи в реальном времени. Инженеры могут замедлить стадию окончательной формовки примерно на 30-50% вблизи нижней мертвой точки. Такое замедленное движение помогает материалу деформироваться равномерно. Оно также ограничивает нагрузку на тонкие или многослойные структуры.
При сборке электроники чистота не менее важна. Печатные платы и детали с покрытием должны быть очищены от масла и мусора. Сервопрессы работают без гидравлического масла и производят мало шума. Их компактная и чистая конструкция позволяет использовать их в чистых помещениях класса 8 по стандарту ISO.
Интеграция автоматизации и робототехники
На многих современных заводах используются сервопрессы в автоматизированных роботизированных комплексах. Эти прессы подключены к роботам, конвейерам и системам технического зрения через стандартные промышленные сети. Такое соединение позволяет всему оборудованию функционировать как единая, согласованная система.
В типичном случае робот находит и позиционирует деталь с помощью камеры. Затем сервопресс выполняет операцию соединения с контролируемым движением. Одновременно пресс регистрирует кривую "усилие-перемещение". Он проверяет, остается ли кривая в заданных пределах. Затем система отправляет результат в заводскую систему MES или SPC.
Когда пресс обнаруживает аномальную кривую, например слишком низкое пиковое усилие, камера немедленно реагирует. Она может остановить процесс или пометить деталь для проверки. Такая замкнутая система проверки устраняет необходимость в ручном контроле. Она также снижает количество брака и поддерживает постоянное совершенствование процесса с помощью анализа данных.
Качество технологического процесса и инструментальная оснастка
Даже самая лучшая сервосистема зависит от надежной оснастки и управления процессом. Здесь мы рассмотрим, как инженеры обеспечивают идеальные соединения благодаря продуманной конструкции и контролю данных.
Важность проектирования инструментов
При клепке и зажимах конструкция инструмента играет ключевую роль в качестве соединения. Форма пуансона и матрицы контролирует подачу и фиксацию материала. Даже небольшие изменения могут иметь значение. Изменение глубины полости штампа на 0,1 мм или угла наклона пуансона на 2° может заметно повлиять на прочность соединения.
Хорошо сконструированные инструменты способствуют стабильному потоку материала. Это помогает избежать трещин, разрывов или слабых соединений. Многие инженеры используют конечно-элементное моделирование для предварительного изучения деформации материала. Такое моделирование помогает уточнить геометрию штампа до изготовления инструмента.
Во время производства сервопресс повторяет один и тот же профиль движения с высокой точностью. Это движение соответствует конструктивному замыслу инструмента в каждом цикле. Контролируемый контакт снижает ударные и сотрясающие нагрузки. В результате срок службы инструмента часто увеличивается на 20-30% по сравнению с пневматическими или механическими прессами.
Соединение многослойных и разнородных материалов
Во многих современных изделиях используются легкие конструкции. В таких конструкциях часто сочетаются различные материалы, например, алюминий со сталью или листы с покрытием с голым металлом. Каждый слой имеет разный предел текучести. Из-за этого усилие формования должно меняться во время хода.
Сервопрессы отлично справляются с этой задачей. В них используется адаптивное управление, основанное на обратной связи в реальном времени. По мере того как пресс ощущает сопротивление во время формования, он на лету регулирует крутящий момент двигателя. Такое управление позволяет поддерживать деформацию материала в заданном диапазоне.
При таком подходе шов формируется тщательно и последовательно. Поверхностные покрытия остаются неповрежденными. Более мягкие слои не подвергаются чрезмерному сжатию. В результате получается прочный и надежный шов из смешанных материалов.
Мониторинг кривых "сила-перемещение
Кривая "усилие-перемещение" является ключевым диагностическим инструментом при сервосоединении. Она показывает, как увеличивается и уменьшается усилие в процессе формования. Каждый ход создает свою кривую, которая отражает поведение соединения.
Даже небольшие изменения в кривой могут сигнализировать о проблемах. Эти изменения могут свидетельствовать о раннем износе инструмента, несоосности деталей, изменении толщины или твердости материала. Отслеживая эти кривые с течением времени, инженеры могут обнаружить проблемы до того, как они приведут к дефектам или простою.
Например:
- А снижение пиковой силы может свидетельствовать о чрезмерном зазоре или износе инструмента.
- А крутой склон указывает на изменение твердости материала.
- Ан раннее плато может указывать на перекрытие двух листов или неправильную ориентацию деталей.
Задавая верхний и нижний пределы кривой, инженеры могут обнаружить эти проблемы в режиме реального времени. Некоторые системы даже автоматически классифицируют кривые с помощью алгоритмов искусственного интеллекта, предсказывая отказ инструмента до его возникновения.
Выбор правильного сервопресса для клепки или зажима
Выбор подходящего сервопресса предполагает баланс между тоннажем, точностью и возможностью интеграции. Ниже перечислены наиболее важные факторы, которые необходимо оценить.
Основные технические характеристики
| Параметр | Рекомендуемый диапазон | Почему это важно |
|---|---|---|
| Номинальное усилие (кН) | 10-100 | Определяет максимальную производительность формовки для листов различной толщины и размеров заклепок. |
| Длина хода (мм) | 50-200 | Определяет гибкость движения как для коротких зажимов, так и для более глубокого формирования заклепок. |
| Точность позиционирования (мм) | ±0,01 или лучше | Обеспечивает постоянную глубину шва и компенсирует разброс толщины. |
| Точность управления силой | ±1% | Предотвращает чрезмерное сжатие и гарантирует повторяющуюся прочность соединения. |
| Диапазон скоростей (мм/с) | 1-300 | Обеспечивает высокоскоростное приближение с контролируемым формированием на низкой скорости. |
| Вывод данных / подключение | EtherCAT, PROFINET, OPC UA | Позволяет интегрироваться с системами MES, SPC и роботизированными системами для интеллектуального производства. |
Точность положения и силы
При точном креплении незначительные ошибки могут привести к большим проблемам. Ошибка положения всего в 0,05 мм может привести к плохому расширению заклепки или малой глубине зацепления. Эти проблемы ослабляют соединение и снижают его надежность.
Поэтому инженеры должны выбирать прессы с энкодерами высокого разрешения, часто около 0,001 мм. Цифровые тензодатчики также играют ключевую роль. Вместе они помогают обеспечить соответствие каждого хода запланированному профилю силы и положения.
Некоторые современные контроллеры оснащены функциями самокалибровки. Эти процедуры автоматически корректируют базовые показания. Они сокращают время настройки и ограничивают влияние вариаций оператора на точность процесса.
Профиль движения и гибкость процесса
Сервопресс должен иметь программируемые режимы движения, включая управление положением, силой и гибридное управление. Эти режимы позволяют инженерам адаптировать процесс к различным материалам:
- Силовой режим для равномерного сжатия алюминиевых клипс.
- Режим позиционирования для точного определения глубины заклепок.
- Гибридный режим для соединения многослойных материалов или материалов с покрытием.
Многосегментные кривые позволяют полностью настраивать процесс - например, быстрое начало, медленное нажатие вблизи контакта, кратковременное затухание и плавное втягивание.
Управление данными и интеллектуальная интеграция
На современных предприятиях данные о технологическом процессе так же важны, как и готовая продукция. Сервопресс, который записывает и экспортирует кривые процесса, поддерживает контроль качества и стабильность производства. Это также помогает командам планировать техническое обслуживание до возникновения проблем.
Через стандартные промышленные сети пресс может напрямую подключаться к системам MES или SPC. Такое подключение обеспечивает автоматическую передачу данных без ручного ввода. Инженеры могут контролировать производительность в режиме реального времени. Они также могут изучать тенденции на протяжении тысяч циклов, чтобы улучшить долгосрочную стабильность процесса.
Энергоэффективность и техническое обслуживание
Сервопрессы потребляют энергию только во время движения пресса. Во время замедления система может рекуперировать энергию, а не тратить ее в виде тепла. В большинстве случаев это приводит к снижению энергопотребления на 30-70% по сравнению с гидравлическими прессами. Снижение энергопотребления также означает снижение эксплуатационных расходов и выбросов углекислого газа.
В сервопрессах не используется гидравлическое масло. Это устраняет риск утечек и технического обслуживания, связанного с жидкостями. Рабочая зона остается чистой, а время работы увеличивается. Кроме того, в системе меньше движущихся частей и нет насоса, работающего в фоновом режиме. В результате интервалы технического обслуживания часто увеличиваются на 30-40%, что помогает поддерживать общую эффективность оборудования на стабильном уровне.
Заключение
Сервопрессы превратили клепку и клипсование из простых механических операций в управляемые процессы, управляемые данными. Они обеспечивают точный контроль над усилием и положением. Они также поддерживают чистую работу, исключая необходимость использования масла и снижая уровень шума.
Эти преимущества приводят к точным результатам в бизнесе. Снижается потребление энергии, уменьшается количество переделок и брака. Со временем эти преимущества приносят ощутимую прибыль и поддерживают стабильное и высококачественное производство.
Хотите усовершенствовать процесс клепки или зажима с помощью более инновационного оборудования? Наша команда помогает производителям сократить объем повторной обработки, продлить срок службы инструмента и добиться более быстрой окупаемости благодаря хорошо подобранным решениям для сервопрессов. Свяжитесь с нашими экспертами чтобы обсудить ваши задачи по сборке или запросить бесплатную техническую консультацию.
Привет, я Кевин Ли
Последние 10 лет я занимался различными формами изготовления листового металла и делился здесь интересными идеями из своего опыта работы в различных мастерских.
Связаться
Кевин Ли
У меня более десяти лет профессионального опыта в производстве листового металла, специализирующегося на лазерной резке, гибке, сварке и методах обработки поверхности. Как технический директор Shengen, я стремлюсь решать сложные производственные задачи и внедрять инновации и качество в каждом проекте.
