Innovazione e applicazione della tecnologia di servo stampaggio: la transizione dalla curva di movimento alla libertà di processo
Nella storia dello stampaggio dei metalli da più di 100 anni, potrebbe non esserci un'innovazione tecnologica delle attrezzature che abbia cambiato radicalmente la filosofia di progettazione del processo di formatura come la servopressa. Le presse meccaniche tradizionali sono incentrate su volani e meccanismi di collegamento a manovella. La curva del tempo di viaggio del cursore è determinata quando lascia la fabbrica. Gli ingegneri di processo possono solo regolare lo stampo, il materiale e la lubrificazione attorno a questa curva fissa, come "ballare in catene". La nascita della servopressa ha rotto questo grillo. Guida direttamente il cursore con un servomotore, dando al processo di stampaggio un grado di libertà senza precedenti. Questo articolo analizzerà in profondità come la tecnologia di servostampaggio guida la rivoluzione del settore dalle quattro dimensioni di principi tecnici, vantaggi di processo, scenari applicativi e penetrazione industriale.
Principi tecnologici: dal moto fisso al controllo programmato
La fonte di energia di una pressa meccanica tradizionale è un volano di grande massa che ruota a velocità costante. L'energia cinetica del volano viene rilasciata dalla frizione al momento dello stampaggio e viene convertita nel movimento alternativo del cursore dal meccanismo di collegamento della pedivella. A causa della velocità sostanzialmente costante del volano, la curva di velocità del cursore presenta una forma d'onda quasi sinusoidale e la sua velocità massima appare vicino al punto medio della corsa, il che ha poco a che fare con la distribuzione della resistenza alla deformazione del materiale. Questa rigidità cinematica porta a molti problemi: una velocità di impatto troppo veloce provoca un sovraccarico dello stampo, un raggrinzimento instabile del materiale; una velocità di formatura insufficiente porta a fessurazioni profonde o a una bassa efficienza produttiva.
La servopunzonatrice sostituisce il tradizionale motore asincrono trifase e il sistema a volano con un servomotore AC e aziona il cursore attraverso un meccanismo di azionamento diretto o di decelerazione. Il sistema di controllo del motore può regolare con precisione la velocità e la coppia in millisecondi, in modo che il cursore possa funzionare in qualsiasi posizione e a qualsiasi velocità e persino realizzare pause, movimenti inversi e più punzoni ripetuti nel mezzo. La precisione del controllo della posizione completamente a circuito chiuso basato sull'encoder di solito raggiunge entro ±0,01mm e la precisione della ripetizione del punto morto inferiore può anche essere migliore di quella della pressa meccanica. Un'altra caratteristica chiave del servomotore è che può restituire l'energia cinetica alla rete elettrica durante la frenata, riducendo il consumo totale di energia del sistema.
Vantaggio del processo principale: cambiamento qualitativo quadridimensionale
Il valore della tecnologia di stampaggio servo non è solo quello di sostituire volani e frizioni, ma di cambiare radicalmente lo spazio di progettazione del processo di formatura.
In primo luogo, la curva di movimento è programmabile. Gli ingegneri possono progettare in modo indipendente la distribuzione della velocità del cursore nelle quattro fasi di contatto, formazione, pressione di mantenimento e ritorno in base alle caratteristiche del materiale, alla complessità geometrica e ai requisiti di durata dello stampo. Ad esempio, la bassa velocità viene utilizzata nella fase iniziale di contatto dell'imbutitura profonda per evitare che l'impatto si raggrinzisca, la velocità viene aumentata dopo essere entrati nella fase di imbutitura profonda uniforme per migliorare l'efficienza, la decelerazione e la pressione di mantenimento vengono applicate vicino al punto morto inferiore per ridurre il ritorno elastico. Questo controllo della velocità segmentata aumenta il rapporto di imbutitura limite dell'imbutitura profonda del 10% -18% e il tasso di passaggio di caratteristiche geometriche complesse nei salti di formazione una tantum dal 75% a oltre il 95%.
In secondo luogo, il tempo di mantenimento è flessibile e controllabile. Le presse meccaniche tradizionali hanno un tempo di mantenimento quasi nullo nel punto morto inferiore, mentre i servo punzoni possono impostare qualsiasi tempo di mantenimento da 0,1 a pochi secondi nel punto morto inferiore. Questa funzione è cruciale per la formazione di fogli in lega di alluminio, perché il rimbalzo dei fogli di alluminio è molto maggiore di quello dei fogli di acciaio. Estendendo il tempo di mantenimento, lo stress del materiale può essere completamente rilassato e la quantità di rimbalzo può essere ridotta del 40% -60%. Nella timbratura dei connettori di precisione, il breve tempo di mantenimento può anche eliminare il recupero elastico della superficie di stampaggio, in modo che la coerenza delle dimensioni del terminale possa raggiungere il livello di micron.
Terzo, coordinamento e integrazione multi-azione. Il servo punzone può essere programmato per ottenere cicli continui di diverse lunghezze di corsa, in modo che un'apparecchiatura possa svolgere contemporaneamente due diversi compiti di imbutitura profonda e punzonatura di precisione, senza la necessità di sostituire l'apparecchiatura o di regolazioni su larga scala. Insieme a questo, il servo punzone può essere sincronizzato con precisione con il cuscino d'aria servo-guidato o il trafilatore idraulico nello stampo per ottenere la suddivisione in zone, la condivisione del tempo e il controllo della pressione variabile. Questa capacità flessibile "una macchina multifunzione" consente all'impianto di stampaggio di integrare i processi originariamente sparsi in tre diverse apparecchiature in una linea di produzione, aumentando l'utilizzo delle attrezzature e l'efficienza dello spazio a una nuova altezza.
In quarto luogo, la durata dello stampo è significativamente estesa. Poiché la velocità di contatto tra il cursore e il materiale può essere ridotta secondo necessità, il carico di impatto sul bordo dello stampo e sulla superficie di formatura è notevolmente ridotto. Un test comparativo di un istituto di ricerca giapponese mostra che nelle stesse condizioni di materiale e corsa, il servo punzone estende la durata di rettifica dello stampo progressivo di precisione da 2,3 a 3 volte, il che porta notevoli vantaggi economici agli stampi di fascia alta con costi di manutenzione annuali di centinaia di migliaia di yuan.
Scenari applicativi: dal laboratorio alla linea di produzione principale
La tecnologia di stampaggio servo era inizialmente focalizzata su componenti elettronici e automobilistici di alto valore e alta precisione, ma poiché il costo dei servosistemi domestici diminuisce, i suoi confini applicativi si stanno rapidamente espandendo.
Nel campo delle parti automobilistiche, lo stampaggio a passo variabile delle guide dei sedili è un'applicazione di riferimento dei servo punzoni. Lo stampaggio tradizionale utilizza un'alimentazione a passo uguale e il tasso di utilizzo del materiale è inferiore al 65%; i servo punzoni possono essere programmati per regolare il passo di alimentazione e la sequenza di stampaggio e il tasso di utilizzo del materiale può essere aumentato a oltre l '82% mescolando parti di diverse lunghezze sulla stessa cinghia. Le parti formate a caldo del pilastro B utilizzano la funzione di mantenimento della pressione dei servo punzoni per completare un ciclo di tempra completo nello stampo e la resistenza alla trazione delle parti è stabile a oltre 1500 MPa, senza successivo trattamento termico.
Nell'industria elettronica, lo stampaggio di filtri per stazioni base 5G, connettori backplane ad alta velocità e micro-relè ha requisiti estremi di precisione e coerenza. Il livello di vibrazione dei servo punzoni è solo del 40% -60% di quello dei punzoni tradizionali, che è particolarmente critico nella micro-punzonatura ad alta frequenza. Le vibrazioni eccessive accelereranno il cambiamento del gap dello stampo, con conseguente eccessiva sbavatura. Dopo che un rubinetto del connettore domestico ha completamente commutato i servo punzoni, il valore CPK del prodotto è aumentato da 1,0 a più di 1,67 e il tasso di reclamo dei clienti di fascia alta è diminuito del 72%.
Nelle industrie mediche e aerospaziali, le caratteristiche a bassa velocità e ad alta coppia dei servo punzoni consentono loro di gestire difficult-to-machine materiali come leghe di titanio, leghe di memoria e leghe di platino-iridio. Questi materiali hanno una finestra di plastica estremamente stretta a temperatura ambiente e sono soggetti a crepe a normali velocità di stampaggio. Il servo punzone può essere avanzato a una micro velocità di 0,1 mm / s durante la fase di formatura e con uno stampo riscaldato, il materiale può essere formato all'interno della finestra temperatura-velocità ottimale.
Penetrazione del mercato e tendenze future
La dimensione del mercato globale delle servopresse nel 2024 è di circa 5,20 miliardi di dollari USA e si prevede che si espanderà a un tasso di crescita annuo composto di oltre l '8% entro il 2030. Le aziende giapponesi (come Komatsu, Huida) e le aziende tedesche (come Schuler) dominano ancora il segmento di fascia alta, ma la quota dei marchi cinesi (come Ward, Yangli) sta aumentando rapidamente, soprattutto nel segmento delle presse di medie dimensioni da 160 a 400 tonnellate. Il prezzo delle servopresse nazionali è sceso al 55% -65% dei prodotti importati.
La tendenza futura punta alle seguenti direzioni: In primo luogo, la profonda integrazione della servopunzonatura e l'ottimizzazione del processo AI, l'attrezzatura regolerà automaticamente la curva di movimento in base ai dati di rilevamento online per ottenere un vero "processo a circuito chiuso"; In secondo luogo, il sistema di pressa multi-stazione su larga scala con coordinamento multi-servo, ogni stazione può essere programmata indipendentemente e la flessibilità dell'intera linea ha raggiunto un livello senza precedenti; In terzo luogo, l'architettura ibrida della tecnologia servo e della tecnologia idraulica, cioè la pressa idraulica controllata dalla servo pompa, tenendo conto del controllo di precisione del servo e dei vantaggi di grande tonnellaggio della pressione idraulica. La servostampaggio non è una tendenza tecnologica temporanea, ma il canale principale per l'elettrificazione e l'intelligenza delle apparecchiature di stampaggio, che definirà il paradigma di produzione di stampaggio nel prossimo decennio.
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