Современная обработка металлов давлением требует точности, гибкости и рационального использования энергии. Сервопрессы отвечают этим требованиям благодаря управлению ходом пресса. Эта технология позволяет инженерам задавать и контролировать усилие, прилагаемое на каждом этапе хода пресса.
Традиционные механические прессы работают с фиксированной скоростью. После начала хода они практически не контролируют процесс. Сервопрессы работают по-другому. Они обеспечивают полный контроль над движением. Операторы могут регулировать ускорение, замедление, время выдержки и скорость возврата.
В этой статье рассказывается о том, как работает управление силой хода. В ней также объясняется, почему это важно в повседневном производстве. В статье показано, как это управление позволяет изготавливать стабильные и высококачественные детали.
Как работает управление силой хода в сервопрессах？
В сервопрессах используются электродвигатели и системы обратной связи для управления движением плунжера и давлением формования. В этом разделе описываются сервопривод, режимы управления и процесс обратной связи, лежащие в основе точного управления ходом.
Сервопривод и система замкнутого цикла
В основе сервопресса лежит сервомотор, который заменяет маховик и сцепление, используемые в механических прессах. Двигатель напрямую приводит в движение плунжер и перемещается только по команде. Энкодер непрерывно измеряет положение плунжера, а контроллер мгновенно регулирует крутящий момент (силу вращения) в соответствии с запрограммированной целью.
Эта система образует замкнутый контур управления, то есть постоянно проверяет и корректирует себя во время каждого хода. Если фактическое давление или положение отклоняется от заданного, контроллер немедленно регулирует крутящий момент двигателя, чтобы вернуть его в нужное положение.
Полевые исследования в точная формовка показали, что сервоуправление с замкнутым контуром может повысить точность размеров на 20-30% по сравнению с традиционными системами. Такая коррекция в реальном времени также минимизирует воздействие на инструмент и вибрацию, продлевая срок службы штампа и сокращая незапланированное техническое обслуживание.
Проще говоря: Пресс "чувствует", что происходит во время формовки, и мгновенно настраивается, чтобы каждая деталь была в пределах допуска.
Управление силой и управление положением
Сервопрессы работают в двух основных режимах управления: управление усилием и управление положением.
При регулировании усилия система поддерживает определенное давление на протяжении всего хода. Это важно для таких процессов, как чеканка, прессование или соединение, где постоянная нагрузка важнее, чем точная глубина хода. Пресс отслеживает прилагаемое усилие и регулирует крутящий момент, чтобы поддерживать запрограммированное значение на постоянном уровне.
При позиционном управлении плунжер следует точно заданной траектории хода. Этот режим подходит для резки, изгиби заготовки, где геометрия детали зависит от точного положения плунжера.
Современные сервосистемы могут даже сочетать оба режима в одном цикле формования. Например, во время операция глубокой вытяжкиПресс может начать работу в режиме управления положением для придания формы заготовке, а затем переключиться на управление усилием для управления потоком металла и предотвращения разрыва.
Обратная связь в реальном времени и адаптивное управление
Каждый ход сервопресса отслеживается в режиме реального времени. Датчики измеряют нагрузку, крутящий момент и перемещение и передают эти данные обратно в блок управления. Если кривая формования отклоняется от идеальной траектории, контроллер мгновенно регулирует скорость или крутящий момент, чтобы исправить ситуацию.
Адаптивное управление позволяет поддерживать постоянство процесса формовки даже при работе с разными партиями материала. Оно также помогает уменьшить пружинящий откат - тенденцию металла возвращаться к своей первоначальной форме после формовки.
Инженеры могут визуализировать эти результаты с помощью графика "усилие-перемещение", который отображает реакцию материала на приложенную нагрузку. Сравнивая фактические и целевые кривые, они могут определить износ инструмента, оптимизировать время выдержки и точно настроить скорость формования для достижения лучших результатов.
Почему контроль силы удара имеет значение？
Управление усилием хода повышает точность формования, гибкость и энергоэффективность. В следующих подразделах показано, как оно повышает качество деталей, срок службы инструмента и стабильность процесса.
Повышение точности и качества деталей
Традиционные механические прессы работают с фиксированной кривой движения и пиковым усилием в нижней части хода. Поскольку скорость и нагрузка не могут изменяться в середине цикла, это часто приводит к переформовке, неравномерной деформации и пружинящему откату - особенно при работе с тонкими листами или высокопрочными материалами.
Сервопресс позволяет избежать этого, регулируя скорость и усилие на протяжении всего хода. Плунжер может быстро приближаться, замедляться во время формования и оказывать контролируемое давление там, где это больше всего необходимо материалу. Это предотвращает разрыв и обеспечивает равномерную деформацию по всей заготовке.
Исследования в автомобильной промышленности и производстве бытовой техники показывают, что точное управление перемещениями может уменьшить отклонение пружины на 40-50% и улучшить повторяемость размеров на 25-30%. Поскольку пресс контролирует и регулирует каждый цикл, он автоматически компенсирует разницу в партиях материала или износ инструмента.
Повышенная гибкость процессов
Для каждой операции формования требуются свои движения. В одних процессах требуется постоянное усилие, в других - быстрые циклы или длительное время выдержки. Сервопрессы обеспечивают такую гибкость благодаря программируемым профилям движения - цифровым "рецептам", которые определяют, как движется плунжер от начала до конца.
Типичный профиль может включать в себя:
- Быстрый подход чтобы сократить время холостого хода.
- Медленное формирование чтобы обеспечить плавный поток материала.
- Dwell помогает Снимают напряжение и улучшают восстановление размеров.
- Быстрый возврат для более быстрого оборота цикла.
Эти последовательности движений могут быть сохранены, повторно использованы и изменены в любое время без замены механических компонентов. Один сервопресс может переключиться с глубокой вытяжки на чеканку или тиснение за считанные минуты, просто загрузив новую программу.
Эффективность использования энергии и инструментов
Сервопрессы потребляют энергию только при перемещении или приложении усилия, в отличие от механических или гидравлических прессов, которые потребляют энергию постоянно. Полевые данные производственных линий показывают экономию энергии в размере 30-40% в зависимости от сложности цикла и рабочей нагрузки.
Плавное, контролируемое движение также снижает ударные нагрузки на штамп и вибрацию станка. Вместо того чтобы наносить удары с полной силой каждый цикл, серводвигатель может облегчить контакт, снижая нагрузку на поверхности инструмента. Это обычно увеличивает срок службы штампа на 25-30% и снижает необходимость в частой перестановке или полировке.
Стабильность процесса и предсказуемость результатов
Самое сильное преимущество сервопрессов заключается в их повторяемости. Поскольку контроллер регулирует крутящий момент и положение в режиме реального времени, каждый ход обеспечивает одинаковую кривую нагрузки и глубину хода.
Такая последовательность обеспечивает стабильность производства и предсказуемость результатов, снижая необходимость в ручной настройке или контроле после обработки. Система управления записывает данные о силе, положении и выдержке для каждого цикла, создавая цифровой отпечаток для каждой детали.
Сравнение поведения сервопривода и традиционного пресса
Различные прессы формируют металл по-разному. Здесь мы сравним механические, гидравлические и сервопрессы, чтобы подчеркнуть их различия в скорости, точности и эффективности.
Механический пресс
В механическом прессе маховик, сцепление и коленчатый вал перемещают плунжер по фиксированной траектории. Маховик накапливает энергию и равномерно высвобождает ее на протяжении всего хода, достигая пика усилия в нижней части хода. Это движение быстрое и прямолинейное, что делает механические прессы идеальными для заготовки, штамповки и неглубокой формовки.
Однако скорость не может меняться в середине цикла. При формовании сложных форм или высокопрочных материалов такое фиксированное движение часто приводит к пружинящей спинке, разрыву или неравномерной деформации. Плунжер ударяет по матрице с полной скоростью, создавая сильную вибрацию, громкий шум и значительный износ инструмента.
Гидравлический пресс
Гидравлический пресс использует давление масла для привода плунжера. Он может прикладывать полный тоннаж в любой точке хода, что делает его идеальным для глубокой вытяжки или формования толстых материалов. Операторы могут легко регулировать давление формования, но скорость движения остается более медленной и менее отзывчивой.
Гидравлические системы также требуют непрерывной работы насоса, который потребляет энергию даже в периоды бездействия. Перепады температуры влияют на вязкость масла и регулирование давления, что приводит к нестабильной работе в разные циклы. Эти системы требуют регулярного обслуживания для предотвращения утечек и загрязнений.
Сервопресс
Сервопресс заменяет маховик или гидравлический насос программируемым сервомотором. Этот двигатель может мгновенно запускаться, останавливаться, выполнять реверс и изменять скорость. Инженеры могут определить каждый этап хода, включая ускорение, замедление, задержку и возврат, в индивидуальном профиле движения.
Например, пресс может быстро приближаться, замедляться для формовки, ненадолго задерживаться для снятия напряжения, а затем возвращаться на полную скорость. Такая гибкость обеспечивает равномерную подачу металла и лучшую обработку поверхности.
Сравнение производительности с первого взгляда
| Особенность | Механический пресс | Гидравлический пресс | Сервопресс |
|---|---|---|---|
| Скорость | Очень высокий (фиксированный) | Умеренный | Регулируемый (быстрый или медленный) |
| Управление силами | Ограниченное | Отличный | Превосходно (программируемый) |
| Энергоэффективность | Низкий | Низкий | Высокий (по требованию) |
| Обслуживание | Умеренный | Высокий (масляная система) | От низкого до умеренного |
| Точность | Средний | Высокий | Очень высоко |
| Шум и вибрация | Высокий | Низкий | Очень низкий |
| Идеально подходит для | Простая заготовка, перфорация | Глубокая вытяжка, толстые детали | Прецизионная формовка, производство с высоким содержанием смеси |
Экономическое и практическое воздействие
Хотя сервопрессы имеют более высокую первоначальную стоимость, они обычно окупаются в течение 2-3 лет за счет снижения энергопотребления, уменьшения износа инструмента и сокращения времени наладки. Их способность сохранять и вызывать программы движения устраняет необходимость в механической переналадке, что сводит к минимуму время простоя производства.
Для производителей, балансирующих между несколькими типами изделий и материалами, сервопрессы обеспечивают точность гидравлики и скорость механических систем.
Силовое управление движением для перспективных материалов
Передовые материалы, такие как высокопрочные стали и алюминий, требуют контролируемых условий формования. В этой части рассказывается о том, как сервопрессы управляют напряжением, уменьшают обратную пружину и получают информацию из данных процесса.
Работа с высокопрочной сталью и легкими сплавами
Высокопрочная сталь способна выдерживать большие нагрузки, чем низкоуглеродистая, но эта же прочность затрудняет ее деформацию. Если пресс прикладывает усилие слишком быстро, металл может порваться или сформироваться неравномерно. Сервопресс решает эту проблему, позволяя плунжеру замедляться во время контакта и постепенно увеличивать усилие. Такое плавное движение позволяет материалу равномерно проходить через матрицу, распределяя напряжение более равномерно.
Легкие сплавы, такие как алюминий, ведут себя по-другому. Они мягче и эластичнее, а значит, склонны к пружинящему отходу - когда деталь пытается вернуться к исходной форме после формовки. Сервопресс может удерживать плунжер в течение короткого времени в нижней части хода, позволяя внутренним напряжениям расслабиться перед втягиванием. Эта короткая пауза повышает точность размеров и снижает необходимость в корректировках после формовки.
Уменьшение пружинящей нагрузки в формованных панелях
Обратная пружина остается одной из самых серьезных проблем при формовке листового металла. Когда усилие формовки снимается, остаточное напряжение внутри металла вызывает небольшой изгиб или искажение формы. Даже небольшой угол пружинения может стать причиной несоосности или плохой подгонки при сборке.
Сервопрессы минимизируют откат пружины благодаря регулируемой скорости и точному управлению зазором. Замедляясь перед нижней мертвой точкой, плунжер обеспечивает более равномерное распределение давления. Удержание давления в течение нескольких миллисекунд позволяет материалу стабилизироваться перед выпуском.
Исследования в области формовки автомобильных кузовных панелей показали, что оптимизированное движение сервопривода может уменьшить отклонение пружины на 30-40% по сравнению с механическими системами. Это улучшение приводит к улучшению посадки деталей, уменьшению количества переделок и сокращению времени регулировки на сборочных линиях.
Оптимизация на основе данных и непрерывное обучение
Каждый ход сервопресса генерирует подробные данные о процессе, включая кривые силы, положения и смещения. Эта информация помогает инженерам понять, как материал реагирует на конкретные настройки движения. Если в конкретной партии наблюдается незначительное утоньшение или сморщивание, записанные данные о силе и смещении могут показать, где началось отклонение.
Со временем эти данные формируют цифровую базу знаний. Она позволяет командам прогнозировать износ инструмента, предвидеть колебания материала и оптимизировать профили хода для будущих тиражей. При подключении к заводским сетям несколько сервопрессов могут обмениваться информацией, обеспечивая оптимизацию производственных линий в режиме реального времени.
Заключение
Управление усилием на протяжении всего хода - это ключевая особенность, которая отличает сервопрессы от других методов формовки. Оно позволяет инженерам контролировать скорость, положение и усилие на протяжении всего хода. Такое управление обеспечивает точность, стабильность и повторяемость процесса формовки.
Механические и гидравлические прессы работают в фиксированном режиме. Они не могут изменить движение после начала хода. Сервопресс работает в режиме реального времени. Он движется быстро, когда нет нагрузки. Во время формирования он замедляется. Его также можно удерживать в нижней части, чтобы снять напряжение.
Это контролируемое движение повышает точность деталей. Это также помогает защитить штамп. Требуется меньше доработок. Снижается потребление энергии.
Хотите повысить точность формовки или снизить вариабельность производственного процесса? Наша команда инженеров поможет оценить ваши детали, оптимизировать профили движения и порекомендует решения на основе сервоприводов, отвечающие вашим производственным целям. Свяжитесь с нами сегодня чтобы обсудить ваш проект или запросить бесплатный анализ технологичности с нашими инженерами-технологами.
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.
