冲压技术——无论是机械的、液压的还是伺服的——扮演着许多角色
Greenerd 设计并制造了这种定制的、复杂的双动压板深拉液压机。它与两个装载/卸载的六轴 FANUC 机器人完全集成，并提示压力机执行生产重型高压气缸罐所需的多项操作。 （由 Greenerd Press & Machine Co. 提供）压力机有多种选择，这是一件好事。争论的焦点不是哪个最好，而是哪个最适合手头的工作。在人们可以选择的主要印刷机类型之间，需要在成本、功能和质量方面进行权衡。
这是一场友好的辩论，所有牌都摆在桌面上供所有人查看。
技术快速回顾
根据高级申请者 Stephanie Price 的说法密歇根州布赖顿 Promess Inc. 的离子工程师，许多业内人士并未完全理解伺服压力机技术的优势。相反，位于新罕布什尔州纳舒厄的 Greenerd Press & Machine 的机械工程师 Mike Josefiak 很好地证明了液压机是某些应用的最佳解决方案。总部位于芝加哥的 Komatsu America Industries LLC 的副总裁 Jim Landowski 会告诉您，传统机械压力机在某些情况下仍然适用。
机械压力机将飞轮的旋转运动转换为推杆压入工件的直线运动。正如 Landowski 所描述的，你可以“想象一个圆圈，顶部为 0，底部为 180。机械压力机在一次连续运动中从零到 180，然后回到零或 360。”冲程在顶部没有力，在底部没有力，所以“根据模具，你可能会开始以 160 度左右的角度推动材料。但当它达到 180 度时，零件就完成了，因为你的滑块正在回升。”
正如俄亥俄州代顿市 AIDA-America 执行副总裁 Bob Southwell 解释的那样，大多数伺服压力机是相同布置的版本，“除了你用伺服电机驱动机械传动系统，而不是用离合器制动机构驱动飞轮。”机械压力机具有固定行程和恒定速度。但是“给它加一个伺服电机，现在你就可以对运动曲线进行编程了。您可以放慢速度、暂停、执行快速重击，以及执行标准机械压力机无法实现的各种操作。”还有一个直接驱动版本（伺服电机到滚珠丝杠），具有比伺服机械混合动力更好的扭矩特性。
液压机结合了一组泵、阀门和软管来接合柱塞用加压流体。虽然这种方法有优势，但它们不包括那种 motion 上面提到的控制。因此，伺服压力机提供了额外的功能，并解决了纯机械压力机或液压机出现的许多问题。
新材料，新挑战
Landowski 观察到，向高级合金的发展带来了受汽车轻量化和其他因素的影响，正在推动对伺服压力机的需求。正如他所说，“把钢想象成一种液体，它必须流动......你不是在处理材料，而是在处理材料。”
较硬的材料需要对冲压速度进行微调命令“让材料正确流动，否则它会变得像太妃糖一样开始分崩离析。”例如，他说，用硬质合金形成一个杯子可能需要在 3 英寸（76.2 毫米）冲程的过程中以精确的（可能是变化的）变化率从 30 IPM 减慢到 15 IPM。
是 Komatsu H2FM 400 正在使用与压力机控制集成的专有自动化系统为火车油罐车生产长零件。可以根据需要调整伺服压力机的生产速度和其他参数，以实时补偿材料差异或其他变量，而无需停止压力机。 （由 Komatsu America Industries LLC 提供）考虑到调整以毫秒为单位进行，因此只有伺服控制才能做到这一点。
Landowski 表示，伺服的主要优点是可以灵活地配合使用通过拨入材料流来切割不同的金属。 “这就是为什么我们让人们进来尝试各种选择。我可以通过改变滑块的速度来制造好的零件或坏的零件。”
Southwell 同意并报告说，这些材料挑战导致伺服压力机在北美的市场份额达到大约 80%汽车制造。 “高强度和超高强度钢和明矾与 10 到 15 年前的材料相比，inum 的形成更具挑战性。事实证明，伺服系统调整成型轮廓的能力对客户群极为有利。”
Greenerd 的 Josefiak 同意伺服控制在响应时间方面与液压系统相比具有优势，液压系统的响应受到抑制，但说他还没有“看到很多应用程序在运动曲线中的控制水平对你是否制造出好的产品产生重大影响。”但他承认，“重击是纯伺服功能的一个很好的例子。到达底部然后在几分之一秒内重新启动不是你可以用液压系统做的事情。”
如果你不需要控制速度，Landowski 争辩说，你可能不需要一个
“如果你正在制造垫圈，例如，小铆钉或类似的东西，你不会放慢压力机的速度，你不会控制控制速度。你想尽可能快地制造尽可能多的零件。”他说，这就是机械压力机的闪光点。这也是液压机最不适用的地方。
装配中的伺服多功能性
伺服压力机提供有关过程的即时和详细反馈，包括在控制监视器上的可视化表示。 （由 Promess 提供）Southwell 补充说，伺服压力机能够针对不同零件轻松重新编程的能力是他们成功的另一个因素，即使在大批量汽车领域也是如此。
“大多数媒体系统旨在运行多种类型的零件。他们将使用一种工具运行一个小时，然后将其更换并使用另一种工具。几乎没有人设置一台印刷机并运行它……他们无法保持竞争力。我们通过以下方式向 OEM 销售许多系统“通过一台压力机，为包含大量不同零件或模具组的大系列制造第一层和第二层。”
Promess 的 Price 说，伺服压力机的多功能性远远超出了简单的编程，并扩展到精细的装配操作。 /p>
以汽车为例，Price 指出组装车门铰链。她解释说，伺服压力机提供高精度和能够密切监控位置和力的固有反馈回路。因此，在将铰链压在一起时，Promess 还能够测量接头中产生的阻力，这样他们就可以确保车门既不会太容易打开，也不会太硬而让车主感到不舒服。
这种激活移动部件并实时测量力的能力还提供了放宽部件公差的机会，从而降低了组件成本。正如 Price 解释的那样，在装配过程中没有反馈，工程师通常被迫设计和制造非常严格
“他们利用压力机达到一定深度这一事实，并根据严格的公差，假设零件组装正确。他们没有签名分析来验证这一点。”
使用伺服压力机，他们可以放宽公差并在装配过程中观察数据，以确定他们压在一起的东西是否确实正确就位。 Price 表示，在某些情况下，他们的伺服压力机的内置传感功能使废品率降低了 50%。
Price 还指出，如果应用需要额外的传感（除了来自伺服电机），很容易与他们的系统集成。
“我们有客户使用九到十个不同的压力传感器、位置传感器或外部称重传感器。我们可以获取所有这些信息以了解流程中发生的事情，“ 他说。 “我们可以在此过程中对此做出反应。因为一切都是电动的，所以设置起来非常简单。只需将传感器插入数字信号调节器即可。然后控制器可以接收该信号并使用它来做出决定。”
压力机、控制和权衡
液压机在这个领域并不是盲目的。 Josefiak 说，有专用于液压系统的运动控制器具有“极快的扫描时间，可以查看液压执行器两侧的压力。然后使用快速作用的压力传感器，我们可以显示施加到工件上的实际力。”一个这样的系统会在一毫秒内更新力测量值。在他看来，需要更快的力测量的应用“很少见”。
在 AIDA 压力机上冲压的安全气囊部件。AIDA 的 Southwell 报告说，材料挑战导致伺服压力机在北美汽车制造中的市场份额约为 80%。（由AIDA-America Corp.)根据 Southwell 的说法，在制造需要一系列模具的复杂零件时，伺服压力机比液压机好得多。多年前，这只能通过手动将零件从压力机转移到压力机来完成，他解释说。但现在“唯一的竞争方式”是在一台压力机内将零件从一个阶段机械地转移到另一个阶段。但是“当你使用多个工位制造一个零件时，你会出现偏心加载，这对液压传动系统。”
Josefiak 反驳说，“偏心负载对机械和液压系统都是有害的。两者都通过适当的钢框架结构和引导来处理这些偏心负载。我们有 s使用多个液压缸的系统允许偏心负载比现成的伺服机械压力机大得多。”
关于需要使用食品级油作为压力的应用也存在一些争议润滑剂。 Landowski 报告说，“一些客户已经从液压机转向伺服机械压力机，这仅仅是因为汽缸漏水和滑槽滴到材料上。所有部件在成型后都需要清洁，以去除任何和所有可能的污染物。客户还告诉我们，根据 FDA 或 EPA 法规，清洁食品级润滑剂的成本低于非食品级润滑剂。”
Josefiak 表示，他们在许多项目中都满足了医疗和食品安全标准“通过修改压力机的密封，使用食品级油代替标准工业油。” Landowski 表示他们的标准现成伺服压力机不需要任何修改，“只是 foo用于压力机驱动和滑动润滑油的 d 级油。”一位客户“为试管制造橡胶塞。压力机的每次冲程都会产生 65 到 75 个橡胶塞，非食品级润滑剂会使这一特定过程失效。”
液压征服深拉
两台 AIDA DSF-S4-20000 2,000 吨伺服多工位压力机，全行程长度为 750 毫米，可编程至 200 毫米，最大速度为 40 冲程/分钟，可编程至 1 冲程/分钟。 （由 AIDA-America Corp. 提供）根据 Southwell 的说法，“液压机的优势在于您在整个冲程中拥有完整的吨位或力能力。所以，如果它是一台 200 吨的压力机并且你有一个 12 英寸的冲程，你可以在整个冲程中施加 200 吨的压力。使用伺服压力机，ha它与原始机械压力机具有相同的机械偏心传动系统，具有齿轮传动装置、曲轴或中心轴以及中心齿轮传动装置。有一个吨位或扭矩曲线，你可以施加的力取决于电机轴与底部的角度。”对于像 Promess 制造的直接驱动伺服压力机来说情况并非如此，但随着吨位的增加，这些系统变得非常昂贵。例如，Promess 的单缸力最高可达 1 MN（约 100 吨）。
在整个冲程中施加全部力的能力使液压机非常适合深拉应用，而 Josefiak 做到了这一点甚至可以说这是“唯一真正有意义的选择”。
他最近引用的一个例子是一个生产“相对较大的压力罐”的项目。我们安装了一个自动化系统，可以将大的扁平坯料装入工作冲程为 5 英尺的深拉压力机。”系统有多个操作，他解释。第一个使用 170 吨压力机绘制两半罐。接下来是自动冲压机和下游的修整和焊接。 Josefiak 说，这里的关键是这样的工作冲程“不是用伺服压力机轻易复制的东西。因此，深拉伸是液压技术仍然占主导地位的领域。这涉及很多行业。与其说是行业，不如说是过程。”
Josefiak 说，液压也“在循环时间很长的情况下表现非常好，在这种情况下，我们可以在整个床区域和一致的压力下管理非常低的功耗从资本成本的角度来看相对便宜。”模压成型就是一个重要的例子。 “通常，压缩成型是时间、温度和压力的结合，将材料成型，”Josefiak 解释说。压力机会将相对较薄的材料固定在阳模或阴模上在压力之下。 “持续时间短则五秒，长则两小时。而且很多时候……我们试图在 300 到 700 度左右的任何地方的工作区域保持恒定的压板温度，并试图在整个工作区域控制非常一致的压力。”这确保了正在形成的材料在整个过程中是均匀的。该技术用于汽车床衬（包括新型复合床衬）和用类似地毯的材料制成的汽车车顶内衬。他列举的另一个例子是“用于制造氧化铝砂轮的粉末压制”。
成本考虑因素
从广义上讲，伺服压力机的资本投资超过了传统的机械或液压压力机按。但是需要考虑运营成本和相关因素，使得这种比较几乎毫无用处。更重要的是，并非所有给定类型的印刷机都是平等的，即使是相同的吨位/额定扭矩。
让我们从能耗开始。液压机必须保持管路中的压力以按需移动柱塞，这意味着要循环运行泵。这与伺服压力机相比不利，伺服压力机仅在滑块移动时才用电。根据 Landowski 的说法，这会产生大约“使用伺服压力机节省 50% 的电力，具体取决于机器的大小。” Price 提到了卡塞尔大学的一项研究，该研究发现伺服压力机的能量转换效率为 90%，而同类液压系统的效率为 57%。 Southwell 说，本田研究了他们自己的系统，并公布了伺服压力机实际功耗节省 30% 的发现。
这个 Greenerd 1,000 吨液压 press 用于锻件的压印操作。 1,000 吨压力机的尺寸为每平方英尺 110 吨，床身尺寸为 30" × 30"。压力机采用导杆导向处理偏心加载。还提供安全光幕包。 （由 Greenerd Press & Machine Co. 提供）Southwell 还表示，一些 AIDA 印刷机使用“100% 基于电容器的能源管理系统”。这将所需的工作能量存储在电容器中，电容器在行程的非工作部分期间充电。他解释说，这“大大降低了峰值负载”，而机械压力机或液压机则“在首次接合时会出现巨大的尖峰”。 AIDA 电流消耗“相当平稳。因此，您的实际峰值流量可能仅为机械或液压系统峰值负载的 20% 到 30%。这很关键，因为电力公司必须根据峰值负载来调整向客户输送的电力。”
Josefiak反驳说，在高生产率环境中，几乎没有或根本没有空闲时间，因此液压泵连续运行“真的无关紧要”。并且“在我们有 10 分钟或更长时间空闲时间的系统中，我们可以安装一个‘软启动’电机控制来关闭电机以节省能源。”有趣的是，尽管此选项仅增加了 2% 到 3% 的系统成本，但 Josefiak 报告说从来没有强烈的需求。他补充说，从固定排量泵切换到可变排量泵还可以“显着降低我们的闲置功耗”。但这又是一个在美国尚未成为常态的选择。
液压技术的所有泵、阀门、管道和软管，往往因比伺服更复杂、维护更密集而受到指责基于系统。 Price 说他们的伺服压力机只需要每年两次r 滚珠丝杠的润滑——甚至是非常谨慎的。相反，将液压管路保持在高压下数月，循环又循环，迟早会出现泄漏或子组件出现故障。 Josefiak 说，反对意见是“没有人再使用 NPT 配件了。有一系列金属对金属和 O 形环式密封件，采用更好的材料制成，在控制泄漏方面做得更好。”此外，他说，单个组件相对便宜且易于维修，而“维修伺服系统的费用要高得多。”
最后一点将我们带到了正确调整组件尺寸的主题为了工作。确实，如果您在几年内烧坏了伺服电机，您将需要支付巨额维修费用。但 Price 表示，他们的系统通常可以运行 20 年而不会出现任何此类故障，因为它们的设计安全系数为 2.5 倍;.驱动器的大小适合在伺服电机的连续电流下运行，而不是在峰值电流下运行，因此压力机可以无限期地保持零件而不会过热和失效。
同样，滚珠丝杠将具有动态负载能力2.5 倍压力额定值。例如，Promess 40-kN 压力机中的滚珠丝杠具有 134 kN 的动态负载能力和 320 kN 的静态负载能力。 Price 表示，当以平均 30 kN 的力运行一项工作时，这样的系统预计可以无故障地运行 22 年以上，每天 14 小时内以 16 个周期/分钟的速度运行。相比之下，额定动态负载为 40 kN 的滚珠丝杠仅需 32 周；即使在 80 kN 的额定值下，该系统也只能使用不到五年。
