Понимание электромеханических и серво-управляемых прессов

Эволюция технологии металлоформования решительно отошла от традиционных гидравлических и чисто механических систем к электрически приводимым прессам. Электромеханические прессы заменяют гидравлические цилиндры и насосы электродвигателем, который приводит в действие механическое соединение - обычно шаровой винт, механизм переключения или коленчатый сбор. Серво-управляемые прессы - это усовершенствованное подмножество электромеханических машин, которые используют высококрутящие серводвигатели в сочетании с передовыми цифровыми контроллерами. Это позволяет точно позиционировать слайд, переменные скорости хода и программируемые силовые профили на протяжении всего цикла формирования.

Устраняя резервуары, аккумуляторы и клапаны гидравлической жидкости, эти прессы уменьшают энергетические отходы и механическую сложность. Отсутствие масла также устраняет серьезный риск загрязнения в условиях чистой комнаты. Вместе электромеханические и сервоприводные прессы предлагают производителям путь к более высокой пропускной способности, более низким эксплуатационным расходам и более жесткому контролю качества.

Основные преимущества электромеханических и серво-управляемых прессов

Повышение точности и повторяемости

Сервоприводные прессы могут удерживать точность положения скольжения в микронах и прикладывать силу повтора в пределах нескольких десятых долей процента. Эта точность исходит от обратной связи кодера серводвигателя, которая непрерывно регулирует крутящий момент и скорость двигателя, чтобы компенсировать изменения нагрузки. В отличие от гидравлических систем, которые теряют точность из-за сжимаемости жидкости, изменений температуры и износа уплотнения, электромеханические прессы поддерживают постоянную производительность в течение длительных производственных циклов. Это имеет решающее значение для таких приложений, как тонкое бланкировочное, чеканное и сборочное, где допуски деталей измеряются в тысячных долях дюйма.

Энергоэффективность и снижение эксплуатационных расходов

Традиционные гидравлические прессы постоянно запускают свои насосные двигатели для поддержания давления в системе, даже когда пресс не работает или выполняет медленный ход. Электромеханические прессы потребляют энергию только тогда, когда двигатель активно движется по горке. Исследование, проведенное Министерством энергетики США , показало, что сервоприводные прессы могут снизить потребление энергии на 50-70% по сравнению с эквивалентными гидравлическими машинами. Кроме того, регенеративные тормозные системы во многих сервоприводах захватывают энергию во время замедления и подают ее обратно в электрическую сеть станции, еще больше снижая потребление кВтч.

Снижение технического обслуживания и увеличение времени ожидания

Гидравлические системы требуют регулярных изменений масла, замены фильтров, проверок уплотнений и ремонта утечек. Сервоприводные прессы имеют гораздо меньше носящих компонентов - нет насосов, клапанов, шлангов или фильтров. Основными механическими компонентами являются подшипники, шаровые винты и сам двигатель. Прогнозное обслуживание с использованием анализа вибрации и мониторинга тока двигателя может планировать замены подшипников с оптимальными интервалами. Результатом является меньшее время простоя и более низкие затраты на обслуживание. Для производственных линий большого объема даже увеличение времени безотказной работы на 2-3% может привести к значительному ежегодному увеличению производительности.

Гибкость и программируемый контроль процессов

Сервоприводные прессы позволяют операторам хранить несколько формирующих программ, которые настраивают скорость скольжения, ускорение, время нахождения и силу на лету. Это устраняет необходимость в механических изменениях, характерных для старых механических прессов с фиксированной длиной хода. Переключение между работами может быть достигнуто за считанные минуты путем загрузки нового рецепта. В сочетании с системами быстрого изменения сервоприводы позволяют использовать подходы бережливого производства, такие как одноминутный обмен штампами (SMED). Эта гибкость особенно ценна для контрактных производителей, которые запускают смесь малообъемных деталей с высоким содержанием смеси.

Экологические и безопасные преимущества

Устранение гидравлического масла исключает риск утечек и разливов, загрязняющих полы, детали и грунтовые воды. Сервопрессы производят более низкие уровни шума, чем гидравлические насосы, работающие при полном давлении. Кроме того, точный контроль движения горки снижает риск аварий инструмента и дефектов деталей. Многие сервопрессы включают в себя интегрированный контроль силы и положения, который автоматически останавливает цикл, если обнаружена неисправность, защищая как инструментальную часть, так и операторов. Без аккумуляторов под давлением машины безопаснее во время ремонтных вмешательств.

Приложения в разных отраслях

Автомобильное производство

Автоматические штамповочные линии были одними из первых приверженцев технологии серво-прессов. Высокоскоростные серво-управляемые передаточные прессы производят панели кузова, структурные арматуры и внутренние скобки с постоянным качеством. Возможность регулировать скорость скольжения во время процесса формирования - замедление внизу хода для уменьшения отскока и отскока - повышает точность размеров. Согласно , многие поставщики Tier 1 теперь определяют серво-прессы для сложных глубоко нарисованных деталей, таких как масляные поддоны и корпуса трансмиссии.

Аэрокосмическая и оборонная

Аэрокосмические компоненты требуют чрезвычайно жестких допусков и отслеживаемых параметров процесса. Серво-прессы производят детали турбины реактивного двигателя, кронштейны шасси и панели кожи из высокопрочных сплавов, таких как титан и Inconel. Программируемые рампы для обжига и контролируемой силы позволяют производителям работать с материалами, которые трудно сформировать без трещин. Возможности регистрации данных также удовлетворяют аэрокосмическим стандартам качества, таким как AS9100, регистрируя пиковую силу каждого цикла, глубину хода и скорость.

Электроника и медицинские устройства

В микроформировании и сборке мелких деталей электромеханические прессы превосходят в деликатных операциях, таких как вставка штифта разъема, обжимание корпуса датчика и выбор медицинских скоб. Чистая, безмасляная среда необходима для сборки имплантируемых устройств в чистом помещении. Серво-прессы с контролем силы замкнутого цикла могут применяться всего лишь несколько Ньютонов до сотен килоньютонов с повторяемостью, которая соответствует требованиям автомобильной или медицинской проверки.

Экономические соображения и возврат инвестиций

Первоначальные капитальные инвестиции

Нельзя отрицать, что сервоприводные прессы несут более высокую закупочную цену, чем эквивалентные гидравлические или механические прессы. Серводвигатель, силовая электроника и система управления добавляют себестоимость. Однако более низкие затраты на установку частично компенсируют это. Сервоприводы не требуют масляных охладителей, систем охлаждения или укрепления фундамента для вибрационной изоляции. Многие модели легче и имеют меньшие следы, снижая затраты на площадь пола.

Общая стоимость анализа собственности

Тщательный расчет общей стоимости владения (TCO) показывает, что сервопрессы часто окупают премию в течение двух-четырех лет. Экономия накапливается за счет снижения счетов за электроэнергию (на 30-70% меньше), снижения технического обслуживания рабочей силы, меньшего количества запасных частей, более высокой пропускной способности (до 20% более быстрых циклов из-за оптимизированных профилей движения) и снижения ставок на металлолом. Некоторые производители сообщают о 50% сокращении износа инструментов из-за более плавного применения силы. При оценке новых покупок прессы многие компании теперь используют модель TCO, которая включает затраты на энергию в течение ожидаемого 15-20-летнего срока службы машины.

Будущие тенденции электромеханического формирования

Следующее поколение сервоприводных прессов будет включать в себя связь Industry 4.0, позволяющую осуществлять мониторинг процессов в режиме реального времени и прогнозную аналитику. Интегрированные датчики для измерения температуры, вибрации и акустического излучения будут питать алгоритмы машинного обучения, которые обнаруживают износ инструмента или несоответствия материала, прежде чем они вызовут дефекты. Многоосевые сервоприводы, способные независимо контролировать несколько слайдов в одном наборе матриц, уже выходят на рынок, позволяя создавать сложные последовательности, такие как перерисовка и обратный рисунок на одной станции.

Производство аккумуляторов и электромобилей стимулирует спрос на высокотоннажные сервопрессы, которые могут образовывать контейнеры для аккумуляторных батарей и моторные ламинации на высоких скоростях. Инновации в технологии прямого привода устраняют коробки передач, еще больше снижая инерцию и повышая отзывчивость. Поскольку затраты на серводвигатели и силовую электронику продолжают снижаться, технология становится доступной для небольших производителей, которые ранее полагались на отремонтированные гидравлические прессы.

Производители, которые переходят на электромеханические и серво-управляемые формы сегодня, позиционируют свои операции для более высоких стандартов качества, более низкого воздействия на окружающую среду и большей гибкости в реагировании на рыночные сдвиги. Преимущества измеримы, от цеха до нижней линии, и технология достаточно зрелая, чтобы быть принятой в широком спектре отраслей. Понимая конкретные требования к процессу и проводя тщательный анализ рентабельности инвестиций, производители и OEM-производители могут принять обоснованное решение, которое стимулирует конкурентоспособность на долгие годы.