Нови технологии и приложения при сервопресите

B индустриалното производство от десетилетия се използват ръчни, пневматични и хидропневматични преси, много преди сервопресите да се появят на пазара в началото на деветдесетте години на миналия век.

Въпреки че все още намират приложение в предприятия от всички промишлени отрасли за производството на изключително широк набор от изделия, при конвенционалните видове преси съществуват известни ограничения в точността, бързината, а и в комуникационните възможности, които при по-старите модели напълно отсъстват.

Сервопресите, от друга страна, през последните години се доказаха като високоефективни решения във всички изброени направления.

За разлика от традиционните преси, те осигуряват на производителите много повече възможности за контрол на производството и позволяват прецизно управление на процесите в цикъла на пресоване, както при единични бройки, така и при големи серии.

Развитие на сегмента
Повечето модели сервопреси в миналото са произвеждани за автомобилната индустрия – отрасъл, в който от десетилетия се извършва асемблиране на комплексни изделия в едросерийно производство.

Постепенно сервопресите навлизат в производствените практики и на предприятията в космическия сектор и в сферата на медицинските изделия. През последните години този тип оборудване за металообработка започна да се налага и в други индустрии, включително в производството на потребителски уреди и стоки.

Цената на сервопресите днес се е понижила значително в сравнение с моделите през 90-те, което води до още по-широкото им популяризиране в промишленото производство.

На пазара са достъпни широка гама от типоразмери частично или напълно автоматизирани сервопреси, в стандартно изпълнение, компактни, преносими, както и модели за монтаж върху роботизирани системи. Пресите за роботи обикновено са предназначени за монтиране в края на роботизирана ръка или за роботизиран портал.

Предизвикателства при формоването на AHS материали
Автомобилните производители значително са оптимизирали производствените си технологии през последните години в посока намаляване теглото на превозните средства с цел покриване на стандартите за средна икономия на гориво, същевременно спазвайки действащите норми за безопасност.

Производителите на оригинално оборудване (OEM) в аерокосмическия сектор също постоянно работят в посока олекотяване на конструкциите с цел икономия на гориво.

Редуцирането на теглото до голяма степен е възможно благодарение на разработването и налагането на т. нар. усъвършенствани материали с висока якост (advanced high-strength, AHS) в индустриалното производство. Тези материали обаче представляват сериозно предизвикателство за щамповане, формоване и други формоизменящи операции.

Освен че са предразположени към пружиниране, разкъсване, както и образуване на гънки, те увеличават и стресовото натоварване върху формовъчните преси и спомагателното оборудване. Вследствие на мощните шокови вибрационни вълни, които се получават, възникват предпоставки за пукнатини и деформации в матриците и пресите.

Предимства на сервопресите при формоването на AHS материали
Производителите на матрици непрекъснато търсят иновативни подходи и решения за формоването на AHS метали, включително и в областта на сервозадвижваните механични преси.

Днес технологиите в тази сфера са напреднали до ниво, което им позволява да отговорят на предизвикателствата, свързани с формоването на метали със супер якостни характеристики, ниска обработваемост и силно закаляване.

AHS материалите изискват преси с по-висок тонаж и енергия, отколкото тези, предназначени за материали с по-ниска якост на опън.

Сервопресите могат да прилагат голяма сила и при ниска скорост на работа, забавяне по време на формоването, последващо ускоряване в непродуктивна част на хода на буталото, повторен удар без допълнително позициониране на обекта и различни вариации във височината на хода.

Всички тези възможности ги правят много подходящи за изпълнение на различни комплексни задачи, дори в специфични и нестандартни производствени приложения.

Технологии за управление на позиционирането
Сред най-често срещаните технологии за измерване и отчитане на позиционирането, използвани в съвременните модели сервопреси, са линейните променливи диференциални трансформатори (LVDT), точковите енкодери и абсолютните енкодери.

LVDT са с относително най-ниска цена и осигуряват сигнал с ниска разделителна способност. Инкременталните енкодери типично изискват малко по-голяма инвестиция, като осигуряват импулсен изходен низ (pulse spring) според въртеливото изместване на оста.

Според много производители, абсолютните енкодери предлагат най-добра резолюция, повторяемост и прецизност при позициониране. Чрез използването на двоичен модел, който не се повтаря в рамките на един оборот, енкодерите определят точния ъгъл на завъртане по отношение на фиксирано устройство.

Разширените измервателни възможности по отношение на сила и позиция позволяват сервопресите да бъдат използвани в производството на висококачествени готово асемблирани машинни възли, като същевременно се спазват все по-строги допуски и сглобки.

Нови приложения на сервопресите
Четвърт век след пазарния им дебют, сервопресите продължават да разширяват своята приложна област. Сред производствените отрасли, в които бележи ръст използването на сервопреси през последните години, се нареждат потребителската електроника, космическите изследвания, бялата техника, медицинското уредостроене, бижутерията и производството на батерии.

Moщни сервопреси днес се използват за пълнене на химикали и прахообразни субстанции в корпусите на акумулаторните батерии, за да се гарантира, че пълнежът е с предписаната плътност. В часовникарството се използват ниско- до умереномощни мини сервопреси за прецизно сглобяване на зъбни предавки в някои от най-скъпите модели часовници.

Производителите на потребителска електроника все по-масово внедряват в производството си мощни преси, например за едновременен монтаж на голям брой щифтове върху печатни платки.

Сервопресите, с присъщата си гъвкавост, са подходящи и за най-сложните приложения в индустриалното производство, независимо от вида и обема на продукцията, включително и в аерокосмическата индустрия. Операторът има възможност ръчно или автоматично да подмени инструменталната екипировка и да зареди нова програма в интерфейса на пресата само за броени минути.

Все по-лесен става и монтажът на сервопресите, наред с оптимизирането на тяхната ефективност. Някои нови модели преси се произвеждат с комбинация от двигател и сервомотор с цел ограничаване габаритите на агрегата и обема на окабеляването.

В допълнение, доставчиците на сервомотори все по-често предлагат и различни софтуерни модули за сваляне, които дават възможност за комуникация с всеки контролер (PLC) на пазара.

Еволюция на технологиите при пресоването
Сред най-интересните новости в областта е т. нар. двойна сервотехнология (twin servo). При тези модели задвижващият агрегат вече не се намира в горната част на пресата, а е разположен отдолу. Притискателните бутала прилагат силата по краищата на работната шейна и я задвижват надолу.

Това позволява по-големи ексцентрични натоварвания и максимална сила на притискане се генерира точно по ръбовете на матрицата. Това не само повишава точността на произведените части, но и значително подобрява надеждността на процеса и удължава живота на матрицата.

В допълнение, външно монтираните притискателни бутала позволяват на сервопресата да работи с по-големи натоварвания на различни места в матрицата и значително по-големи габарити на обработваните детайли.

Двойната сервотехнология при пресоването обуславя по-голяма гъвкавост при конфигурацията на матриците. При нея има висока устойчивост срещу заклинване на притискателната шейна, което от своя страна води до намаляване на пружиниращия ефект при произвежданите детайли. В резултат е налице по-голям обем продукция с по-високо качество.

Иновации по посока скорост и производителност
В някои съвременни модели сервопреси от висок клас носачите, служещи за транспортиране на детайлите, не са монтирани на релси, а на подвижни колички със собствено задвижване. Това значително намалява дължината на релсите и следователно – на цялата обработваща линия.

Сред положителните ефекти е наличието на по-малко маса за задвижване, което води до по-добра производителност. Благодарение на подвижните колички отделните формовъчни станции могат да бъдат аранжирани на различни разстояния една от друга.

Това създава нови възможности при конструиране на матриците, защото повече формовъчни станции могат да бъдат монтирани в леглото на пресата.

Еволюцията в технологиите при сервопресите до голяма степен е съсредоточена върху необходимостта от по-голяма гъвкавост при пресоването и повишаване скоростта на обработка.

Иновативните нискоинерционни сервосистеми за задвижване в новите серии преси на пазара могат да осигурят почти същите скорости на работа като механичните преси, като в същото време запазват висока гъвкавост.

Компактният дизайн на задвижващите агрегати при тези системи позволява по-бързо ускоряване и по-рязко спиране, което води до увеличаване на продуктивността и енергийната ефективност на машината.

В обобщение, днес сервопресите са достигнали висок етап в развитието си, на който успешно съчетават програмируемостта на хидравличните преси с високата производителност на механичните преси.

Развитие на технологиите за управление и задвижване
Приложенията им и в други индустриални сегменти, като вятърната енергетика например, допринесе за развитието на технологиите при сервомоторите с висок въртящ момент и ниски обороти и направи тези системи по-достъпни в промишленото производство. Това развитие позволи на производителите на сервопреси да предложат по-широка гама от продукти и нива на производителност.

Сред интересните иновации на пазара в тази област са технологиите за трансфер на данни от сервопресите, които позволяват на производителите да използват и при този тип оборудване човеко-машинни интерфейси, които отчитат промените в профила на движение и настройките на автоматизираните системи.

Други иновативни функции включват технологии за интелигентна защита на матриците, които спомагат за подобряване на производителността и намаляване на ефекта на вредните въздействия на работната среда върху матрицата.

Тези решения включват възможности за отдалечена диагностика, способстващи дистанционното регистриране, локализиране и отстраняване на проблеми с оборудването в рамките на няколко минути.

Друга новост в областта на операторските интерфейси са генераторите на сервокрива, които гарантират висока надеждност на процеса чрез подобрена координация на кинематиката на плъзгане и параметрите за автоматизация. Това улеснява и ускорява настройката на захранващата бобина, системата за трансфер, както и параметрите на сервопресата.

Енергийна ефективност на съвременните сервопреси
Ключът към управлението на енергията при сервопресите е подобряването на енергийната ефективност на оборудването и процесите чрез кинетично буфериране. За да е възможно това, се генерират оптимални сервокриви чрез интегриране на критериите за енергийна ефективност с теоретичното потребление на енергия.

Разработването и интеграцията на уникални общи кинетични буфери за тандемни линии от сервопреси е сред големите технологични подобрения в областта.

При първото поколение тандемни линии сервопреси в миналото всяка преса има своя самостоятелна система за управление на енергията. Това прави линията по-малко рентабилна както в работно, така и в производствено отношение, тъй като потреблението на енергия не е оптимизирано.

Споделените системи за управление на енергията в по-новите модели подобряват показателите на сервопресите в двете направления.

В сравнение с конвенционалните преси с маховик, сервопресите поначало са проектирани да пестят енергия и ресурси. Един от начините да се подобри ефективността на пресата е използването на системи за енергийно управление.

Тези системи съхраняват енергията, регенерирана по време на спирачната фаза на цикъла на пресата, а след това я насочват за използване в следващата фаза на ускорение. Това намалява свързаното натоварване и изглажда пиковете в напрежението.

Някои модели преси от висок клас на пазара днес са оборудвани с енергоспестяващи задвижващи системи, позволяващи управление на скоростта, технологии за обратна връзка с оператора, отчитащи енергопотреблението, интелигентни режими на готовност, електрически вериги за режим на покой и т. н.

Технологии за енергиен мениджмънт
Сред най-креативните решения в сегмента са системите за енергиен мениджмънт, създадени на базата на кондензаторни банки, които са монтирани в конструкцията на сервопресите.

Те позволяват мигновена доставка на допълнителна енергия с минимални загуби и ниски разходи за поддръжка, защото не се нуждаят от допълнителни двигатели или преобразуване на механичната енергия в електрическа и не търпят свързаните с това загуби.

Този тип системи за управление на енергията пестят енергия чрез намаляване на пиковия ампераж и потреблението с 30 до 40%. Това се постига отчасти чрез регенериране на излишната енергия и съхранението й в кондензаторните банки.

Сред съвременните нововъведения в областта на сервопресите са смарт системите за енергиен мениджмънт, които следят консумацията на енергия и помагат на пресовчиците да коригират пиковите натоварвания, както и да регенерират енергията по-ефективно.

Моделите сервопреси, в които не са интегрирани въобще или само частично са заложени функции за енергиен мениджмънт, логично са по-евтини за производство, но се оказват по-неефективни в редица приложения.

Тези системи осигуряват редица ползи за производителите, като управляват необходимата енергия за задвижване на пресата, регенерират, запазват и утилизират експлоатацията на източниците на механична енергия, а именно - спирачната система, пружините, възглавниците и т. н.

Подобно на хибридните автомобили, и тук всички налични източници на енергия следва да се проследяват и циркулират в система със затворен контур. Този оптимален подход осигурява постоянна производителност с по-ниска нетна потребявана мощност на подвижен компонент.

Еволюция при мощността и гамата типоразмери
Развитието на технологиите при сервопресите през последните години позволи по-голямо разнообразие по отношение на предлаганите типоразмери преси. Съвременните сервомотори са по-мощни и с по-висок въртящ момент.

Производителите днес предлагат модели в широк работен диапазон от порядъка на 45- до 4500-тонни преси. Най-важното условия за генерирането на висок въртящ момент, необходим както за високата мощност, така и за високата производителност на пресата, е възможността за синхронизация на няколко сервомотора.

Доскоро сервопресите, конструирани само с един мотор, търпяха ограничения в размера и приложенията. Днешните високопроизводителни сервопреси могат да синхронизират до шест сервомотора и в резултат да създават мощност и скорост почти на същото ниво като механична преса, но с много по-висока степен на гъвкавост.

Големите сили, необходими при формоването, пробиването и рязането на новоразработените високоякостни технологични стомани (AHSS) в автомобилната индустрия, създават огромни предизвикателства пред производителите на преси и инструментална екипировка.

Необходими са по-голяма мощност, по-големи системи от мотори и задвижвания и по-големи размери на леглата и шейните с цел монтиране на по-големи матрици, особено в автомобилната индустрия.

Сервопреси се използват в съвременното производство и за фино оформяне на листови заготовки. Сред най-масово прилаганите решения в тези приложения са високотонажните (високомощни) едноточкови сервопреси.

Интегриране с устройства за външни допълнителни операции
В управлението на сервопресите в съвременното индустриално производство все по-често се използват функции за интегриране с допълнително или спомагателно оборудване.

Поради възможността сервопресата да бъде програмирана за движение с различна скорост в един цикъл и след това за реверс на движението на шейната, в много модели е предвидена възможност управлението да комуникира със захранващите бункери и трансферни линии с цел поддържане на постоянна скорост, независимо от скоростта на шейната и посоката й.

Чрез оптимизиране на броя и размерите на двигателите, някои производители осигуряват максимална производителност на обработващата линия, като уеднаквяват скоростта на пресата с максимална скорост на допълнителното оборудване.

Ключът към интегрирането на сервопресите с устройства за външни, допълнителни операции, по мнение на някои производители, е в комплексното, но гъвкаво управление, което е лесно за настройка и работа.

В зависимост от вида на спомагателното оборудване - бункери, транспортни линии, повдигачи, разтоварващи механизми, роботи и т.н. – са необходими различни параметри за синхронизиране на операциите и позиционирането.

Наличието на достатъчно гъвкаво управление, способно да осигури 360-градусова виртуална ос на въртене, съчетана с линейно позициониране на шейната, опростява много оптимизирането на процесите.

Някои модели съвременни сервопреси са конструирани така, че позволяват синхронизиране с произволен брой устройства за спомагателни операции, като захранване на машината с лентов или прътов материал, разтоварване на готовия детайл от гнездото, както и за оптимизиране на циклите за трансфер и операциите по преместване.

Усъвършенстваните системи за управление на сервопреси позволяват всички периферни направления да бъдат синхронизирани с главната виртуална ос. 
Често производството на компоненти и изделия включва стъпки, които отнемат време и намаляват производителността, когато се извършват поотделно.

С цел повишаване производителността, високодинамичните серводвигатели в някои от най-новите модели сервопреси интегрирано извършват в цикъла пресоване последващите процеси по веригата, като например заваряване, отрязване и монтиране на шпилки и гайки.

Това е възможно чрез прилагането на програмируеми от потребителя времеви и дистанционни процедури, както и задаване на периоди на изчакване в цикъла на пресоване.

Очаквани бъдещи иновации в сегмента
Тъй като пазарът за сервопреси продължава да расте, този тип оборудване се очаква безпроблемно да се интегрира във фабриките на бъдещето.

Пазарните анализатори смятат, че през следващите години ще се превърне в масова практика отдалеченото управление на сервопресите през мобилни устройства като смартофни и таблети, както и трансферирането на програми от една машина на друга и от един цех в друг.

Във все повече модели ще бъдат влагани функции за самодиагностика, мониторинг на работата и изготвяне на детайлни справки от програмното упрвление на машината, които пресовчиците ще използват за оптимизация на поточните линии в дългосрочен план.

Според експерти, технологиите ще продължават да се развиват по посока все по-висока скорост и ефективност.

Някои от най-иновативните сервопреси днес са проектирани да работят с прогресивни или трансферни матрици, ползвайки система за сервотрансфер, така че пресовчиците да могат да настройват оптимални параметри на процеса, без да жертват скоростта на производство.

Възможността на сервопресите да осигуряват високо ниво на гъвкавост без компромис с производителността са сред конкурентните им предимства, които ще бъдат в центъра на технологичните разработки и в бъдеще.

Темповете на развитие на сервотехнологията днес са обещаващи. Налице е голям потенциал за допълнително оптимизиране на енергийната ефективност, конструиране по-големи и по-динамични сервомотори и разширяване на тяхното приложение в приложения като топъл печат, коване и т. н.

В допълнение, напредъкът в технологиите за автоматизация е фактор, който обещава още по-висока производителност и по-бърза възвраъщаемост на инвестициите на серопресите в бъдеще.