Инновации и применение технологии штамповки сервоприводов: переход от кривой движения к свободе процесса
В истории металлической штамповки на протяжении более 100 лет не может быть технологических инноваций в оборудовании, которые коренным образом изменили философию дизайна процесса формовки, такую как сервопресс. Традиционные механические прессы сосредоточены на маховиках и механизмах кривошипно-рычажного соединения. Кривая времени перемещения ползунка определяется, когда он покидает завод. Инженеры-технологи могут регулировать форму, материал и смазку только вокруг этой фиксированной кривой, как "танцы в цепях". Рождение сервопресса разорвало эту кандалу. Он напрямую управляет ползунком с сервомотором, что дает процессу штамповки беспрецедентную степень свободы. В этой статье будет подробно проанализировано, как технология сервоштамповки ведет к отраслевой революции по четырем параметрам технических принципов, технологических преимуществ, сценариев применения и промышленного проникновения.
Технологические принципы: от фиксированного движения к запрограммированному управлению
Источником энергии традиционного механического пресса является большой по массе маховик, который вращается с постоянной скоростью. Кинетическая энергия маховика высвобождается сцеплением в момент штамповки и преобразуется в возвратно-поступательное движение ползунка механизмом кривошипно-рычажной связи. Из-за в основном постоянной скорости маховика кривая скорости ползунка имеет почти синусоидальную форму, а ее максимальная скорость появляется вблизи середины хода, что мало связано с распределением сопротивления деформации материала. Эта кинематическая жесткость приводит ко многим проблемам: слишком быстрая скорость удара вызывает перегрузку формы, неустойчивое морщинистость материала; недостаточная скорость формирования приводит к глубокому растрескиванию или низкой эффективности производства.
Серводвигатель заменяет традиционный трехфазный асинхронный двигатель и систему маховика серводвигателем переменного тока и управляет ползунком через механизм прямого привода или замедления. Система управления двигателем может точно регулировать скорость и крутящий момент в миллисекундах, так что ползунок может работать в любом положении и с любой скоростью, и даже реализовать паузу, обратное движение и несколько повторных ударов посередине. Точность полностью замкнутого контура управления положением на основе энкодера обычно достигает ±0,01 мм, а точность повторения нижней мертвой точки может быть даже лучше, чем у механического пресса. Еще одной ключевой особенностью серводвигателя является то, что он может передавать кинетическую энергию в энергосеть во время торможения, снижая общее потребление энергии системой.
Преимущество основного процесса: четырехмерное качественное изменение
Значение технологии сервоштамповки заключается не только в замене маховиков и муфт, но и в коренном изменении конструктивного пространства процесса формовки.
Во-первых, кривая движения является программируемой. Инженеры могут самостоятельно проектировать распределение скорости ползунка на четырех этапах контакта, формирования, удержания давления и возврата в соответствии с характеристиками материала, геометрической сложностью и требованиями к сроку службы штампа. Например, низкая скорость используется на начальном этапе контакта глубокой вытяжки, чтобы избежать сморщивания при ударе, скорость увеличивается после перехода на однородную стадию глубокой вытяжки для повышения эффективности, замедления и удержания давления применяется вблизи нижней мертвой точки для уменьшения отскока. Это сегментированное управление скоростью увеличивает предельный коэффициент вытяжки глубокой вытяжки на 10-18%, а скорость прохода сложных геометрических элементов при одновременном формовании скачет с 75% до более чем 95%.
Во-вторых, время удержания является гибким и контролируемым. Традиционные механические прессы имеют почти нулевое время удержания в нижней мертвой точке, в то время как сервопробойники могут установить любое время удержания от 0,1 до нескольких секунд в нижней мертвой точке. Эта функция имеет решающее значение для формирования листов из алюминиевого сплава, потому что отскок алюминиевых листов намного больше, чем у стальных листов. Удлиняя время удержания, материальное напряжение может быть полностью ослаблено, а количество отскока может быть уменьшено на 40-60%. При штамповке прецизионных соединителей короткое время удержания также может устранить упругое восстановление поверхности штамповки, так что консистенция размера клеммы может достигать микронного уровня.
В-третьих, координация и интеграция нескольких действий. Сервопунш можно запрограммировать для достижения непрерывных циклов различной длины хода, чтобы одно оборудование могло одновременно выполнять две разные задачи глубокой вытяжки и точной штамповки без необходимости замены оборудования или крупномасштабной регулировки. В связи с этим сервопунш можно точно синхронизировать с воздушной подушкой с сервоприводом или гидравлической прокладкой в пресс-форме для достижения зонирования, разделения времени и регулирования давления. Эта гибкая способность "одной машины" позволяет штамповочному заводу интегрировать процессы, первоначально разбросанные по трем различным оборудованиям, в одну производственную линию, повышая эффективность использования оборудования и пространство на новую высоту.
В-четвертых, срок службы матрицы значительно увеличивается. Поскольку скорость контакта между ползунком и материалом может быть уменьшена по мере необходимости, ударная нагрузка на край матрицы и формирующую поверхность значительно снижается. Сравнительный тест, проведенный японским исследовательским институтом, показывает, что при тех же материалах и условиях хода сервоштамп продлевает срок службы прецизионной прогрессивной матрицы в 2,3-3 раза, что приносит значительные экономические выгоды высококачественным пресс-формам с ежегодными расходами на техническое обслуживание в сотни тысяч юаней.
Сценарии применения: от лаборатории до основной производственной линии
Технология штамповки сервоприводов изначально была ориентирована на ценную высокоточную электронику и автомобильные детали, но по мере снижения стоимости отечественных сервосистем ее границы применения быстро расширяются.
В области автомобильных деталей штамповка направляющих сидений с переменным шагом является знаковым применением сервоштампов. Традиционная штамповка использует подачу с одинаковым шагом, а коэффициент использования материала составляет менее 65%; сервоштампы можно запрограммировать на настройку шага подачи и последовательности штамповки, а коэффициент использования материала можно увеличить до более чем 82% за счет смешивания деталей разной длины на одном и том же ремне. Горячие формованные детали B-стойки используют функцию удержания давления сервоштампов для завершения полного цикла закалки в пресс-форме, а прочность на растяжение деталей стабильна при более чем 1500 МПа без последующей термообработки.
В электронной промышленности штамповка фильтров базовых станций 5G, высокоскоростных разъемов объединительной платы и микрореле предъявляет экстремальные требования к точности и согласованности. Уровень вибрации сервоштампов составляет всего 40-60% от уровня традиционных штампов, что особенно важно при высокочастотной микроштамповке. Чрезмерная вибрация ускорит смену зазора формы, что приведет к чрезмерному заусенцу. После полностью переключенных сервоштампов с внутренним разъемом значение CPK продукта увеличилось с 1,0 до более чем 1,67, а уровень жалоб высококлассных клиентов снизился на 72%.
В медицинской и аэрокосмической промышленности характеристики низкой скорости и высокого крутящего момента сервоштампов позволяют им обрабатывать difficult-to-machine материалы, такие как титановые сплавы, сплавы с памятью и платино-иридиевые сплавы. Эти материалы имеют чрезвычайно узкое пластиковое окно при комнатной температуре и склонны к растрескиванию при нормальных скоростях штамповки. Сервоштамповка может быть усовершенствована на микроскорости 0,1 мм / с во время стадии формования, а с нагретой матрицей материал может быть сформирован в пределах окна оптимальной температуры.
Проникновение рынка и будущие тенденции
Размер мирового рынка сервопрессов в 2024 году составляет около 5,20 млрд долларов США, и ожидается, что к 2030 году он будет расти с совокупным годовым темпом роста более 8%. Японские компании (такие как Komatsu, Huida) и немецкие компании (такие как Schuler) по-прежнему доминируют в сегменте высокого класса, но доля китайских брендов (таких как Ward, Yangli) быстро растет, особенно в сегменте средних прессов от 160 до 400 тонн. Цена отечественных сервопрессов упала до 55% -65% импортной продукции.
Будущая тенденция указывает на следующие направления: во-первых, глубокая интеграция сервоштамповки и оптимизация процесса ИИ, оборудование автоматически отрегулирует кривую движения в соответствии с данными онлайн-обнаружения для достижения истинного "процесса с замкнутым контуром"; во-вторых, крупномасштабная многостанционная пресс-система с многосервокоординацией, каждая станция может быть независимо запрограммирована, а гибкость всей линии достигла беспрецедентного уровня; в-третьих, гибридная архитектура сервотехники и гидравлических технологий, то есть гидравлический пресс с сервонасосом, управляемый сервонасосом, с учетом точности управления сервоприводом и преимуществ гидравлического давления в большой тоннаже. Штамповка сервоприводов - это не временный технологический тренд, а основной канал электрификации и интеллекта штамповочного оборудования, который определит парадигму штамповочного производства в следующем десятилетии.
Сервопресс, гибкий пресс, энергосберегающий пресс, оптимизация кривой движения, срок службы, программирование слайдера, адаптация процесса.
BQUQ является профессиональным производителем металлической штамповки, пожалуйста, пришлите нам чертежи, и наша компания процитирует вас в течение 12 часов.
