インテリジェント油圧プレスの開発動向と主要技術

インテリジェント油圧プレスはハイエンドの製造装置であり、主に設計、製造、使用プロセスを対象としています。油圧プレス本稿では、インテリジェント油圧プレスの開発動向と主要技術について紹介する。インテリジェント油圧プレスは、情報認識、意思決定、判断、安全な実行といった高度なインテリジェント技術を用いて、人間の専門家とインテリジェント機械で構成されるヒューマンマシンシステムを構築する。これにより、製品、工具、環境、作業員などの資源の最適な組織化と配分を実現し、ハイドロフォーミング製造プロセスにおける人間の肉体労働と精神労働を拡張、延長、部分的に代替する。

インテリジェント油圧プレスの開発動向

1. インテリジェント。スライダーの動作曲線は、さまざまな生産プロセスや金型要件（ブランキング、絞り加工、板材押出成形、順送金型プレス加工など）に応じてオンラインで最適化できます。特殊な動作特性曲線を設計することで、難易度の高い高精度加工を実現できます。スライダーの「自由な動き」を実現します。
2. 高効率。スライダーのストローク数は幅広い範囲で設定可能。スライダーの速度とストロークは簡単に調整できます。マルチステーション技術と自動供給技術により、生産効率が大幅に向上します。
3. 高精度。サーボ制御技術により、油圧プレスの動きを精密に制御できます。一般的に、スライダー変位検出装置が装備されており、スライダーの任意の位置を正確に制御できます。スライダーの動作特性を最適化することで、延伸、曲げ、刻印などの際に、適切なスライダー曲線によりスプリングバックを低減し、部品の精度を向上させることができます。

4．機能性複合加工。等温鍛造や超塑性成形などの新しいプロセスでは、スライダーと金型空間を利用して温度制御された加熱環境を構築します。鍛造、プレス加工、熱処理工程を組み合わせることで、1台の機械で複数の用途を実現し、製品の品質を確保します。
5. 低騒音。インテリジェント油圧プレスは、伝動システムを簡素化し、騒音を低減します。スライダーに低騒音動作曲線を設定することで、パンチング時の騒音を低減します。従来のパンチングと比較して、新しい2段階パンチングプロセスは、騒音を少なくとも10dB低減できます。
6. 高い省エネルギー効率。サーボ油圧プレスは直接伝動方式を採用しており、伝動リンクを大幅に削減し、潤滑油量を減らし、メンテナンス性にも優れています。スライダーが停止するとモーターも停止するため、エネルギー消費量が大幅に削減されます。
7. 操作が簡単。最新のソフトウェア技術により、工程の監視と品質管理を行い、製造工程全体をコンピュータ上で計画・最適化します。ユーザーによる操作はより直感的です。
インテリジェント油圧プレスは、従来の油圧プレスよりも用途が広く、付加価値が高い。金属板プレス加工、等温鍛造、粉末プレス加工、ゴム加硫、繊維板熱プレス加工、矯正、圧入、射出成形など、精密成形プロセスに使用できる。

スマート油圧プレスの主要技術

インテリジェント油圧プレスの開発における主要な技術は以下のとおりです。
1. サーボモーターは、メインオイルポンプを直接駆動するために使用されます。油圧プレス現在、高出力サーボモーターで直接駆動される油圧ポンプには、依然として多くの技術的な課題があります。油圧ポンプの速度調整範囲は非常に広くなければなりません。油圧ポンプは10rpm以下でも正常に動作する必要があります。一般的に、油圧ポンプの最低速度は600rpmであり、大規模な運転範囲での速度制御要件を満たすことは困難です。

2. 高出力ACサーボモータおよび駆動制御システム。現在、スイッチトリラクタンスモータ（SMR）が主に用いられており、シンプルかつ信頼性が高く、広い速度・トルク範囲で効率的な4象限動作が可能で、応答速度が速く、低コストであるという利点がある。一方、トルク変動が大きく振動も大きい。また、非線形特性を持ち、制御コストが高く、電力密度が低いという欠点もある。そのため、高出力ACサーボモータの制御技術および関連する応用技術の開発が必要である。

3．専用制御システム。油圧プレスの圧力と位置のクローズドループ制御技術は、サーボモータの速度変化によって実現されます。既存の油圧プレスのほとんどはPLCで制御されていますが、スマート油圧プレスは油圧と速度のクローズドループプログラム制御を採用しており、膨大な計算量が必要で、プロセスの柔軟性に対する要求を満たすことが困難です。そのため、産業用PCを用いた専用制御システムを開発する必要があります。

4．エネルギー回収およびエネルギー管理システム。エネルギー損失を可能な限り低減するためには、スライダーの重量によって生じる位置エネルギーと、油圧シリンダーの圧力解放によって発生するエネルギーを回収し、再利用する必要がある。エネルギー管理の観点からは、瞬間的な電力は平均電力の何倍も大きいため、電力網への影響を避けるために、エネルギー展開は大型のインテリジェント油圧機械で行う必要がある。

5. インテリジェント油圧プレスに基づく成形プロセスの最適化。部品の材質や形状が異なるため、製造プロセスもそれに応じて異なります。インテリジェント油圧プレスは、さまざまな成形プロセスに合わせて最適化され、最適なプロセス経路を理解することによってのみ、その優位性を発揮できます。さまざまな成形プロセスの成形メカニズムを研究し、成形プロセスに適した最適化されたパラメータを確立することは、製品の品質と生産効率を向上させ、生産コストを削減するために非常に重要です。

6. スマート油圧プレス本体の最適化設計。従来の油圧プレスと比較して、インテリジェント油圧プレスは省エネルギー、騒音低減、多機能性などの利点があり、本体設計にはより多くの要素を考慮する必要があります。主な要素としては、さまざまな熱処理効果、過酷な作業条件、作業周波数、部品の複雑さなどが挙げられます。

サーボ油圧プレスの本体設計においては、鍛造工作機械の剛性、強度、および動的性能といった制約条件の下で、設計手法と技術システムを構築する必要がある。

7. インテリジェント油圧プレスの設計・製造を支援するソフトウェア。インテリジェント油圧プレスの設計段階では、有限要素法と最適化ソフトウェアを用いて多分野連成計算を行い、熱処理工程の動作プロセスをシミュレーションして、ユーザーに直感的な操作性を提供します。運転中は、強力なインテリジェントプロセスデータベース、エキスパートライブラリ、遠隔故障診断などのソフトウェアを用いてオンラインプロセス計算をサポートし、最適なプロセスを実現します。運転後には、関連する製造情報と機器の運転情報を適時に収集し、機器の正常な動作を維持します。

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