طراحی‌های نوآورانه پرس هیدرولیک برای کاربردهای پیشرفته شکل‌دهی

پرس‌های هیدرولیک سروومحرک: دقت، بازدهی و قابلیت سفارشی‌سازی

سیستم‌های سروو حلقه بسته چگونه کنترل بی‌نظیر فشار و حرکت را ممکن می‌سازند

پرس‌های هیدرولیک امروزی که با سرووموتور کار می‌کنند، به سیستم‌های کنترل حلقه بسته متکی هستند که می‌توانند دقتی در حدود 0.001 میلی‌متر را در کارهای شکل‌دهی فلزات به دست آورند. این ماشین‌ها داده‌های لحظه‌ای را از حسگرهای فشار و موقعیت دریافت می‌کنند و این امکان را فراهم می‌آورد که سرعت موتورهای سروو و خروجی پمپ‌ها به صورت پویا تنظیم شوند. این امر باعث حذف شدن جهش‌های ناخواسته فشار است که قبلاً در سیستم‌های هیدرولیک قدیمی مشاهده می‌شد. پروفایل‌های حرکت تطبیقی که در این پرس‌ها به کار گرفته شده‌اند، موجب کاهش 18 تا 22 درصدی ضایعات انرژی می‌شوند. این رقم زمانی چشمگیرتر می‌شود که در نظر بگیریم این سیستم‌ها همچنان توانسته‌اند دقت نیرو را در عملیات‌های پیچیده شکل‌دهی در حدود نیم درصد حفظ کنند. مطالعه اخیری که عملکرد این پرس‌های سرووی را بررسی کرده، ادعاهای فوق را به خوبی تأیید می‌کند.

بهره‌وری انرژی و بهبود عملکرد در کاربردهای نورد خودرو

پرس‌های هیدرولیک سروو در کارگاه‌های فلزکاری خودرو در حال حاضر پیشرفت قابل توجهی در کاهش مصرف انرژی داشته‌اند، به‌طوری که مصرف برق تا حدود ۳۰ تا شاید حتی ۴۰ درصد کاهش می‌یابد، به ویژه زمانی که از پمپ‌های متغیر سرعت استفاده شود. برخی تحقیقات اخیر صنعتی از سال گذشته که به بررسی تأمین‌کنندگان بزرگ در آمریکای شمالی پرداخته‌اند، نشان داده‌اند که تولیدکنندگان درب موتور خودرو (کاپوت) توانسته‌اند چرخه تولید خود را در مقایسه با روش‌های سنتی حدود یک‌چهارم کوتاه‌تر کنند. این بهبود عمدتاً ناشی از توقف کار پمپ‌ها در زمان توقف غیرضروری است. آنچه واقعاً جالب است، دقت بالای این سیستم‌های حلقه بسته است که منجر به کاهش ضایعات مواد نیز می‌شود. نتیجه این است که قطعات بلافاصله پس از خارج شدن از پرس، بسیار نزدیک به شکل نهایی خود شکل می‌گیرند و این امر کار با فولادهای سخت و با استحکام بالا را به‌طور کلی بسیار کارآمدتر می‌کند.

مطالعه موردی: بهینه‌سازی تنаж و حرکت میله (استروک) در فرم‌دهی پرس سروو با دقت بالا

یک تولیدکننده اروپایی پس از بازسازی یک دستگاه پرس هیدرولیک ۲۵۰۰ تنی با سیستم سروو، عیوب کشش عمیق را تا ۶۷٪ کاهش داد. با برنامه‌ریزی منحنی‌های نیروی چندمرحله‌ای و زمان‌های توقف متغیر، دستگاه پرس ضخامت یکنواخت دیواره در بدنه‌های باتری آلومینیومی را حفظ کرد و انحراف ابعادی کمتر از ۰٫۳ میلی‌متر را در ۱۰۰۰۰ سیکل به دست آورد.

راهبردهای سفارشی‌سازی برای سرعت، نیرو و انعطاف‌پذیری فرآیند

پارامترهای کلیدی سفارشی‌سازی شامل:

• مدولاسیون سرعت : تنظیم سرعت دمپر از ۱ تا ۳۰۰ میلی‌متر بر ثانیه برای مواد مختلف از جمله تیتانیوم تا کامپوزیت‌های پلیمری
• پروفایل‌بندی نیرو : ایجاد منحنی‌های فشار غیرخطی برای فرم‌دهی مرحله‌ای و عملیات نوع برجسته‌سازی
• ادغام ابزارها : رابط‌های PLC قابل برنامه‌ریزی برای قالب‌های تعویض سریع و پیگیری فرآیند مجهز به اینترنت اشیا (IoT)

روندهای آینده: حرکت به سمت ادغام کامل سروو الکتریکی در پرس‌های هیدرولیک

تولیدکنندگان پیشرو در حال توسعه دستگاه‌های تزریق هیبریدی الکترو-سروو هیدرولیک هستند که از موتورهای بی‌جرقه با سیلندرهای هیدرولیک فشرده ترکیب می‌کنند. این معماری مصرف روغن را به میزان ۵۵ تا ۶۰ درصد کاهش می‌دهد و در عین حال امکان زمان پاسخگویی کمتر از ۱۰ میلی‌ثانیه را برای کاربردهای ریزقالب‌زنی که تلورانسی کمتر از ۰٫۱ میلی‌متر نیاز دارند، فراهم می‌کند.

پرس‌های هیبریدی الکترو-هیدرولیک: تعادل بین توان، بازدهی و امکان ارتقاء

دنیای تولید امروزه به تجهیزاتی نیاز دارد که قدرت زیاد را با مدیریت هوشمند انرژی ترکیب کنند. به عنوان مثال، پرس‌های ترکیبی الکتریکی-هیدرولیکی را در نظر بگیرید. این ماشین‌آلات تعادل خوبی بین دقت موتورهای سروو و قدرت سنتی سیستم‌های هیدرولیکی ایجاد می‌کنند. طبق گفتهٔ مجله Fabricating & Metalworking در سال ۲۰۲۳، این ماشین‌ها می‌توانند مصرف انرژی را در مقایسه با سیستم‌های قدیمی حدود ۷۰٪ کاهش دهند. چه چیزی این سیستم‌ها را خاص می‌کند؟ آن‌ها شامل درایوهای فرکانس متغیر و مدارهای بازیافتی هستند که در واقع هنگام کاهش سرعت، انرژی را جمع‌آوری می‌کنند. این ویژگی به ویژه برای عملیات‌هایی که شامل شروع و توقف مکرر هستند، مانند کارهای استمپینگ و شکل‌دهی، بسیار مؤثر است. بسیاری از پرس‌های قدیمی امروزه قابل ارتقا به این تکنیک‌های پیشرفتهٔ ترکیبی شکل‌دهی هستند. فرآیندهایی مانند برجسته‌کاری و شکل‌دهی افزایشی نقطه‌ای (SPIF) اکنون حتی روی ماشین‌آلات موجود نیز امکان‌پذیر شده‌اند. هنگامی که این روش‌ها روی قطعات آلومینیومی و اجزای فولاد با استحکام بالا اعمال می‌شوند، ضخامت ورق را بین ۱۵٪ تا ۲۲٪ کاهش می‌دهند. علاوه بر این، تولیدکنندگان گزارش داده‌اند که در حجم‌های متوسط تولید، بین ۳۰٪ تا حدود ۵۰٪ از هزینه‌های انرژی خود صرفه‌جویی کرده‌اند.

پرس‌های هیدرولیک هوشمند: ادغام هوش داده و کنترل‌های پیش‌بینی‌کننده

ادغام PLC، صفحه لمسی و سنسور برای نظارت آنی فرآیند

پرس‌های هیدرولیک مدرن امروزه مجهز به کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌ریزی‌شده یا PLC، نمایشگرهای لمسی و سنسورهای متصل به اینترنت هستند که اطلاعاتی نظیر سطح فشار، تغییرات دما و مدت زمان هر چرخه پرس را ثبت می‌کنند. این سیستم‌های PLC تمام تنظیمات خودکار فشار و دنباله حرکتی را مدیریت می‌کنند و در نتیجه دیگر مشکلات ناشی از خطاهای دستی در کالیبراسیون هنگام انجام کارهای پیچیده شکل‌دهی پیش نمی‌آید. این پرس‌ها همچنین دارای سلول‌های بار چند محوره و دوربین‌های مادون قرمز هستند که اطلاعات دقیقی از آنچه در داخل رخ می‌دهد جمع‌آوری می‌کنند. تمام این داده‌ها روی صفحه‌های اپراتور نمایش داده می‌شوند تا بتوانند بدون قربانی کردن کیفیت، زمان‌بندی عملیات را تنظیم کنند. اکثر ماشین‌ها قادر به حفظ مشخصات بسیار دقیق هستند و اغلب حتی در طول تولیدهای با حجم بالا نیز در محدوده تغییرات ۰٫۱ میلی‌متر باقی می‌مانند.

نگهداری پیش‌بینانه و تحلیل داده‌ها برای بیشینه‌سازی زمان کارکرد و بهره

الگوریتم‌های نگهداری پیش‌بینانه با بررسی داده‌های عملکرد گذشته، زمانی را که قطعات ممکن است شروع به فرسودگی کنند پیش‌بینی می‌کنند، به طوری که شرکت‌ها بتوانند واشرها و شیرآلات را قبل از خرابی واقعی آنها تعویض کنند. گزارش اخیر سال ۲۰۲۴ نشان داد که کارخانه‌هایی که این سیستم‌های هوش مصنوعی را اجرا کرده‌اند، حدود ۳۷ درصد کاهش در توقف‌های غیرمنتظره در مناطق پر تولید خود تجربه کرده‌اند. برای کسانی که با اصطلاحات تولید آشنا نیستند، این بدان معناست که ماشین‌آلات مدت طولانی‌تری بدون توقف‌های ناگهانی کار می‌کنند. ویژگی مهم دیگر، بخش تحلیل ارتعاش در این سیستم‌ها است. این سیستم‌ها مشکلات را در زمان فرآیند کشش عمیق در ترازبندی قاب تشخیص می‌دهند که هزینه را صرفه‌جویی می‌کند، زیرا از آسیب‌های گران‌قیمت به ابزارها که در غیر این صورت نیاز به تعویض داشتند، جلوگیری می‌کند.

مطالعه موردی: کاهش توقف‌ها در خطوط کشش عمیق با سیستم‌های نظارت هوشمند

یک تولیدکنندهٔ بزرگ قطعات خودرو پس از پیاده‌سازی نظارت بلادرنگ بر کرنش و همراه با هشدارهای هوشمند روغنکاری، شاهد کاهش ۳۲ درصدی توقف‌های تولید در فرآیندهای کشش عمیق بود. این سیستم حرکت نامنظم مواد را در هنگام شکل‌دهی پنل‌های کاپوت تشخیص داد و سپس ماشین‌ها را به‌صورت خودکار وادار به تنظیم سرعت دماغه کرد. این امر باعث کاهش چین‌وچروک‌ها و ترک‌های آزاردهنده‌ای شد که قبلاً کنترل کیفیت را تحت تأثیر قرار می‌دادند. با ترکیب تکنیک‌های پیشرفته تحلیل داده و الگوریتم‌های یادگیری ماشین، کارخانه خروجی سالانه خود را حدود ۸۵۰۰ واحد اضافی افزایش داد. در عین حال، موفق شدند مصرف انرژی هر قطعهٔ تولیدی را تقریباً ۱۸ درصد کاهش دهند؛ کاهشی که از دیدگاه محیط زیستی و مالی برای مدیران عملیات که به دنبال بهینه‌سازی کارایی بدون قربانی کردن کیفیت محصول هستند، معنا دارد.

فعال‌سازی شکل‌دهی پیشرفته مواد از طریق نوآوری در پرس‌های هیدرولیک

شکل‌دهی مواد دشوار به پردازش با کنترل تطبیقی فشار هیدرولیک

پرس‌های هیدرولیک مدرن که مجهز به کنترل‌های تطبیقی فشار هستند، می‌توانند آلیاژهای سختی مانند تیتانیوم و آلیاژهای نیکلی پیشرفته را با حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد عیب کمتر نسبت به سیستم‌های قدیمی ثابت شکل‌دهی کنند. این پرس‌ها به شیوه‌ای متفاوت کار می‌کنند زیرا دارای مکانیسم‌های بازخورد حلقه بسته هستند که به طور مداوم مقدار نیروی اعمال‌شده را تنظیم می‌کنند. این تنظیم لحظه‌ای به جلوگیری از تشکیل ترک در موادی که تمایل به شکستن دارند کمک می‌کند. سیستم با تغییر مداوم در شیرها و استفاده از آنچه «مدارهای تنظیم متناسب فشار» نامیده می‌شود، سطح تنش را در حین فرآیند شکل‌دهی در حد مناسب نگه می‌دارد.

کاهش نازک‌شدگی ورق در فرآیندهای شکل‌دهی افزایشی

پیشرفت‌های اخیر در پرس‌های هیدرولیک توانسته‌اند میزان نازک‌شدگی ورق فلزی در فرآیندهای شکل‌دهی تدریجی را برحسب کنترل‌های چندمحوره ابزار پیشرفته، حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد کاهش دهند. از لحاظ حفظ ساختار مواد، این ماشین‌ها با تنظیم همزمان فشار در نقاط مختلف، به حفظ کیفیت ساختاری کمک شایانی می‌کنند که این امر به‌ویژه برای قطعاتی مانند بدنه خودروها و سطوح بیرونی هواپیماها که استحکام در آن‌ها اهمیت بالایی دارد، بسیار مهم است. حدود سال ۲۰۰۹، برخی محققان یافته‌های خود را در مجله CIRP Annals منتشر کردند که نشان می‌داد ترکیب سیستم‌های هیدرولیکی با سیستم‌های الکترومکانیکی می‌تواند در قطعات آلومینیومی نیز دیواره‌هایی با ضخامت یکنواخت تولید کند، به‌طوری‌که در صورت نظارت مداوم بر ضخامت در طول تولید، تغییرات کمتر از نیم میلی‌متر باقی می‌ماند.

مطالعه موردی: پرس‌های هیدرولیک دمای بالا برای شکل‌دهی داغ آلیاژهای هوافضا

یکی از تولیدکنندگان بزرگ قطعات هوافضا با استفاده از پرس‌های هیدرولیکی که قادر به تحمل دماهای حدود 850 درجه سانتی‌گراد هستند، زمان چرخه شکل‌دهی ریب‌ها را نصف کرد. این ماشین‌ها مجهز به سیلندرهای دارای لایه سرامیکی خاص و سیستم‌های خنک‌کننده هوشمند هستند که در عملیات شکل‌دهی داغ تیتانیوم، دما را در محدوده پنج درجه‌ای دقیق نگه می‌دارند. آنچه واقعاً برجسته است، کاهش حدود دو سومی نیاز به ماشین‌کاری اضافی پس از شکل‌دهی با این روش جدید است. قطعات همچنان تمام مشخصات مورد نیاز AS9100 را برآورده می‌کنند، چیزی که در یک مطالعه در سال 2021 در مورد فرآیندهای شکل‌دهی حرارتی تأیید شده است.

فناوری پایدار پرس هیدرولیک: صرفه‌جویی در انرژی و تحلیل هزینه چرخه عمر

معیارهای طراحی کارآمد از نظر مصرف انرژی: درایوهای فرکانس متغیر (VFD)، مدارهای بازیافتی و تولید سبز

امروزه پرس‌های هیدرولیکی بسته به استفاده از درایوهای فرکانس متغیر و سیستم‌های مدار بازیابی انرژی، می‌توانند بین ۲۰ تا ۳۵ درصد در هزینه‌های انرژی صرفه‌جویی کنند. فناوری VFD با تنظیم سرعت موتور بر اساس نیاز واقعی در هر لحظه عمل می‌کند و این امر باعث کاهش مصرف برق اتلافی در زمانی می‌شود که ماشین‌ها تحت بار سنگین کار نمی‌کنند. برخی آزمایش‌ها نشان داده‌اند که تنها این روش می‌تواند مصرف انرژی در حالت بی‌کاری را تقریباً به نصف کاهش دهد. علاوه بر این، مدارهای بازیابی (ری‌جنراتیو) وجود دارند که انرژی جنبشی تولید شده هنگام کاهش سرعت را جمع‌آوری می‌کنند. مطالعه اخیری که توسط MDPI منتشر شده است، نشان می‌دهد که در عملیات آهنگری به‌طور خاص، این روش مصرف کلی انرژی را حدود ۲۸ درصد کاهش می‌دهد. شرکت‌های هوشمند یک قدم فراتر رفته‌اند و این صرفه‌جویی‌های کارایی را با روغن‌های هیدرولیکی سازگار با محیط زیست و طراحی‌های بدنه‌ای که ارتقاءهای بعدی را آسان‌تر می‌کنند، ترکیب می‌کنند. این ترکیب نه تنها از نظر تجاری منطقی است، بلکه به رعایت استانداردهای زیست‌محیطی در حال افزایش در بخش‌های تولیدی نیز کمک می‌کند.

تعادل بین سرمایه‌گذاری اولیه و صرفه‌جویی درازمدت در به‌روزرسانی پرس‌های هیدرولیک مدرن

به‌روزرسانی‌های پیشرفته پرس هیدرولیکی دارای هزینه اولیه ۱۵ تا ۳۰ درصد بالاتر هستند، اما تحلیل چرخه عمر نشان می‌دهد بازگشت سرمایه ظرف مدت ۲ تا ۴ سال به دلایل زیر حاصل می‌شود:

• هزینه‌های انرژی ۱۸ تا ۲۵ درصد کمتر
• نیاز به نگهداری ۶۰ درصد کمتر بخاطر سیستم‌های پیش‌بینی‌کننده
• زمان چرخه ۲۲ درصد سریع‌تر بخاطر کنترل دقیق

یک پرس ۱۰۰۰۰ کیلونیوتنی که با اجزای ترکیبی الکترو-هیدرولیکی بازسازی شده بود، ظرف سه سال سودآوری خود را به دست آورد و در عین حال انتشار سالانه دی‌اکسید کربن را به میزان ۴۲ تن کاهش داد.

نقش طراحی پرس پایدار در زنجیره‌های تأمین صنعتی B2B

با توجه به اولویت‌دهی تولیدکنندگان خودروسازی و هوافضا به کاهش انتشارات دسته ۳، اکنون ۷۸ درصد از تأمین‌کنندگان سطح اول مجهز به تجهیزات هیدرولیکی مورد تأیید ISO 50001 را الزامی می‌دانند. طراحی‌های پرس پایدار از طریق موارد زیر به اهداف اقتصاد چرخشی کمک می‌کنند:

• بهبود کارایی مواد (کاهش ضخامت ورق به میزان ≥۰٫۲ میلی‌متر در مقابل ۰٫۵ میلی‌متر در پرس‌های قدیمی)
• قابلیت بازیافت ۹۵ درصدی قطعات فولادی
• هماهنگی با تعرفه‌های نوظهور کربن

این تغییر در سال ۲۰۲۳ منجر به ایجاد یک بازار ۲٫۱ میلیارد دلاری برای فناوری‌های شکل‌دهی انرژی‌کارآمد شده است که توسط ابتکارات جهانی کاهش کربن در صنایع مختلف هدایت می‌شود.

‫سوالات متداول‬

پرس هیدرولیک سرووموتوری چیست؟

یک پرس هیدرولیک سرووموتوری از یک سیستم سروو حلقه‌بسته برای کنترل دقیق فشار و حرکت استفاده می‌کند و کارایی و قابلیت سفارشی‌سازی را در فرآیندهای شکل‌دهی بهبود می‌بخشد.

پرس‌های ترکیبی الکتروهیدرولیک چگونه بهره‌وری فراهم می‌کنند؟

این پرس‌ها با ترکیب سرووموتورها و سیستم‌های هیدرولیک، تعادلی بین توان و دقت ایجاد می‌کنند که منجر به صرفه‌جویی قابل توجه در انرژی و بهبود عملکرد شکل‌دهی می‌شود.

نقش هوش تحلیلی داده در پرس‌های هوشمند هیدرولیک چیست؟

هوش تحلیلی داده در پایش لحظه‌ای و نگهداری پیش‌بینانه کمک می‌کند، زمان توقف را کاهش می‌دهد و عملیات پرس هیدرولیک را بهینه می‌سازد.

طراحی‌های هیدرولیکی کارآمد از نظر انرژی چگونه به تولیدکنندگان کمک می‌کنند؟

آن‌ها صرفه‌جویی در انرژی بین ۲۰ تا ۳۵ درصد را ارائه می‌دهند و با استانداردهای محیط‌زیستی سازگار هستند و در نهایت هزینه‌های چرخه حیات را کاهش داده و بازده سرمایه (ROI) را افزایش می‌دهند.