Краткое содержание

Сервопрессы представляют собой принципиальный переход от маховиков с фиксированной скоростью к программируемой двигательной технологии, обеспечивая полный контроль над скоростью и положением ползуна. В автомобильной штамповке эта технология обеспечивает три ключевых инженерных преимущества: возможность формовки Сталь сверхвысокой прочности (AHSS) без растрескивания за счёт регулировки времени выдержки, снижение энергозатрат на 30–50% благодаря рекуперативному торможению, а также значительно увеличенный срок службы инструмента за счёт профилей «тихой вырубки». По мере перехода производителей на компоненты электромобилей, требующие глубокой вытяжки и высокой точности, модернизация до сервотехнологии позволяет увеличить количество ходов в минуту (SPM) за счёт маятникового движения, обеспечивая готовность производственных линий к изменяющимся стандартам автопроизводителей.

Точная формовка сложных геометрий и сверхпрочных сталей (AHSS)

Основной причиной внедрения сервопрессов в автомобильной промышленности является вызов, связанный с материалами в современном автомобилестроении. По мере того как автопроизводители переходят к Высокопрочные стали нового поколения (AHSS) и легкого алюминия для соответствия стандартам безопасности при столкновениях и топливной экономичности, традиционные механические прессы зачастую не справляются. Фиксированная скорость ползуна, приводимого в движение маховиком, слишком агрессивно ударяет по материалу, вызывая трещины, или слишком быстро проходит окно формовки, что приводит к упругому восстановлению (springback).

Прессы с сервоприводом решают эту физическую проблему благодаря программируемому движению ползуна . В отличие от механического пресса, ограниченного фиксированной кинематической кривой, пресс с сервоприводом может замедлять скорость ползуна почти до нуля на расстоянии всего в несколько миллиметров до контакта — метод, часто называемый «безударная вырубка» («silent blanking»). Такой контролируемый вход позволяет материалу пластически деформироваться, а не разрываться. Согласно данным, приведённым MetalForming Magazine , возможность задержки в нижней мертвой точке (НМТ, Bottom Dead Center — BDC) устраняет упругое восстановление (springback), присущее высокопрочным материалам, обеспечивая геометрию детали в пределах допусков без необходимости дополнительной калибровки.

Это бесконечное управление также позволяет реализовать функцию «многократного удара» в рамках одного цикла. Для сложных геометрий, таких как стойки B или элементы шасси, ползун может выполнить предварительную формовку, немного отойти назад, чтобы снять накопленные напряжения, а затем завершить окончательную формовку. Эта возможность превращает пресс не просто в молот, а в прецизионный инструмент для формовки, способный обеспечивать допуски до ∞ ± 0,0005 дюйма , что является эталонным показателем, необходимым для автоматизированных сборочных линий.

Оптимизация времени цикла: преимущество маятникового хода

Распространённое заблуждение заключается в том, что поскольку сервопрессы могут замедляться во время формовки, их общая скорость ниже. На самом деле, они значительно увеличивают Ходов в минуту (SPM) производительность за счёт режима, известного как «маятниковое движение». Традиционные прессы должны выполнять полный оборот кривошипа на 360 градусов за каждый цикл, тратя драгоценное время впустую на нерабочей половине хода.

Сервоприводы, однако, используют программируемые сервомоторы, которые могут мгновенно изменять направление движения. Для деталей с небольшой глубиной или операций с прогрессивными штампами пресс можно запрограммировать так, чтобы он перемещался только на необходимую длину хода — например, от 180 градусов до 90 и обратно. Исключая ненужную часть цикла «холостого хода», производители часто могут удвоить свою производительность. Shuntec отмечает, что такая гибкость позволяет операторам задавать высокие скорости подвода и возврата, сохраняя при этом оптимальную медленную скорость формовки, что фактически разделяет время цикла и скорость формования.

Эта эффективность распространяется и на интеграцию с системами автоматической передачи заготовок. Сервопресс может точно сигнализировать вспомогательному оборудованию момент выхода из штампа, позволяя передаточным механизмам входить раньше, чем при использовании механического кулачкового переключателя. Такая синхронизация обеспечивает бесперебойную работу высокоскоростной производственной линии, оптимизированной для крупносерийного производства автомобилей.

Увеличение срока службы инструмента и сокращение затрат на обслуживание

Сильный удар «всплеска», возникающий при пробивке механическим прессом материала под высоким усилием, является основной причиной износа штампов и необходимости технического обслуживания пресса. Это обратное усилие вызывает разрушительные вибрации в конструкции пресса и инструментах, что приводит к преждевременному износу режущих кромок и растрескиванию элементов штампа.

Сервотехнология значительно снижает этот эффект за счёт контроля скорости пробоя. Замедляя ползун непосредственно перед разрушением материала, пресс уменьшает энергию всплеска, поглощаемую машиной. Отраслевые отчёты от Изготовитель указывают, что снижение ударных нагрузок и вибраций может увеличить интервалы между техническим обслуживанием штампов в два раза и более. Для поставщиков автомобильной отрасли, использующих дорогостоящий карбидный инструмент, это означает значительную экономию эксплуатационных расходов.

Кроме того, снижение вибрации создает более тихую рабочую среду. Профиль «тихой штамповки» может снизить уровень шума на несколько децибел, улучшая безопасность работников и соответствие нормативам OSHA без необходимости использования дорогостоящих звукоизолирующих кожухов.

Энергоэффективность и устойчивость

По мере того как цепочка поставок автомобилестроительной отрасли испытывает растущее давление в части отчетности и сокращения углеродного следа, энергопотребление штамповочного оборудования становится ключевым фактором при принятии решений. Традиционные прессы используют массивные маховики, которые должны работать непрерывно и потребляют энергию даже в режиме ожидания. Напротив, сервопрессы потребляют энергию в основном во время движения ползуна — по принципу «энергия по требованию».

Более того, современные сервопрессы оснащаются системы регенеративного торможения аналогичными тем, что используются в гибридных транспортных средствах. Когда ползун пресса замедляется или двигатель тормозит, кинетическая энергия преобразуется обратно в электричество и сохраняется в конденсаторных блоках. Эта накопленная энергия затем используется для обеспечения следующего этапа ускорения. AHE Automation подчеркивает, что данная технология может снизить общее энергопотребление на 30–50% по сравнению с гидравлическими или механическими аналогами, а также уменьшить пиковые нагрузки на мощность до 70%.

Применение в электромобилях и масштабирование производства

Переход к электромобилям (EV) привел к появлению новых требований к компонентам, которые выгодно использовать сервотехнологии. Корпуса аккумуляторов требуют глубокой вытяжки алюминия без разрывов, а пакеты статоров электродвигателей — точной фиксации, которую может обеспечить только активное управление ползунком. Биполярные пластины топливных элементов с их сложными каналами потока требуют высокой плоскостности при штамповке, которую сервопрессы обеспечивают за счёт выдержки под высоким усилием.

Внедрение этих передовых возможностей формообразования требует стратегического подхода к масштабированию. Независимо от того, находитесь ли вы на этапе быстрого прототипирования или наращиваете объёмы для массового производства, выбор партнёров с нужным уровнем оборудования имеет решающее значение. Например, производители, такие как Shaoyi Metal Technology используем прессы высокой тоннажности (до 600 тонн) и процессы, сертифицированные по IATF 16949, чтобы преодолеть разрыв между инженерными образцами и массовыми поставками. Доступ к таким комплексным решениям для штамповки позволяет автопоставщикам обеспечивать поставку критически важных компонентов — от сложных рычагов подвески до подрамников — без риска возникновения узких мест по мощностям.

В конечном счете, сервопресс — это не просто замена механического пресса; это платформа для инноваций. Он позволяет производить более лёгкие, прочные и сложные конструкции автомобилей, которые определяют следующее поколение автомобильной инженерии.

Часто задаваемые вопросы

1. Можно ли модернизировать существующие механические прессы, установив сервотехнологии?

Да, возможно модифицировать существующие пресс-рамы с помощью линейных сервоприводов, как отмечают специалисты по модернизации. Такой подход заменяет коленчатый вал, маховик и сцепление на серво-модули, сохраняя при этом прочную раму и обеспечивая программируемое управление. Это может быть экономически выгодной альтернативой покупке нового оборудования, поскольку позволяет получить около 70–80% преимуществ специализированного сервопресса при значительно меньших капитальных затратах.

2. Как сервопресс сравнивается с гидравлическим прессом для глубокой вытяжки?

Пока серво-гидравлические прессы сочетают усилие гидравлики с точностью сервоуправления, однако полностью механический сервопресс, как правило, работает быстрее. Для операций глубокой вытяжки сервопресс создаёт гибридное преимущество: он имитирует постоянное давление гидравлического пресса в процессе формования, но использует высокую скорость возврата механического пресса, что зачастую обеспечивает большее количество деталей в минуту по сравнению с традиционной гидравлической системой.

3. Каков типичный срок окупаемости инвестиций в сервопресс?

Хотя первоначальная стоимость сервопресса выше, чем у стандартного механического пресса, возврат инвестиций обычно достигается за 18–24 месяца. Такой быстрый окупаемый период обеспечивается тремя факторами: экономией энергии (до 50 %), снижением уровня брака благодаря повышенной точности (особенно при использовании дорогостоящих материалов AHSS) и исключением вторичных операций, таких как нарезание резьбы в штампе или сборка, что возможно благодаря программируемым функциям выдержки сервопривода.