Если вы когда-нибудь стояли рядом с прессом с прямой стороной во время высокопроизводительной штамповки металла, вы знаете эту тряску. Эта низкая, грохотающая вибрация не только создает ощущение хаоса в рабочей среде, но и снижает срок службы машины, быстрее изнашивает матрицы и со временем может привести к снижению точности деталей. Как поставщик прессов с прямой стороной, я провел годы, работая с производителями металла, которые вызывали меня, чтобы устранить именно те проблемы с вибрацией, с которыми вы, вероятно, сталкиваетесь: деформированные детали, слишком быстрое выгорание подшипников или даже усталость оператора от постоянного раскачивания. Хорошей новостью является то, что вибрация при жиме с прямой стороны не является неизбежным недостатком. По большей части это связано с предсказуемыми и исправимыми недостатками в конструкции, настройке или эксплуатации. В этом посте я раскрою науку о вибрации пресса с прямой стороны, поделюсь решениями, которые мы протестировали на сотнях клиентов, и покажу, как партнерство с поставщиком может навсегда устранить эту проблему.
Во-первых, давайте разберемся, почему прессы с прямой стороной вибрируют сильнее, чем прессы других типов. В отличие от прессов с зазорной рамой, которые имеют открытую заднюю часть, позволяющую рассеять изгиб рамы в воздухе, прессы с прямыми боковыми рамами имеют две вертикальные боковые рамы, соединенные верхней и нижней поперечинами, что позволяет выдерживать более высокий тоннаж (до тысяч тонн для обработки тяжелых металлов). Именно эта жесткая рама делает их идеальными для крупных деталей с высокими рисками, таких как автомобильные кузовные панели или корпуса приборов, но она также является ловушкой для колебательных сил, возникающих во время хода. Каждый раз, когда плунжер ударяется о матрицу, линейное движение кривошипа или эксцентрикового привода преобразуется в вертикальные и горизонтальные силы, которые отражаются обратно через раму. Если эти силы не сбалансированы и не сдерживаются, они превращаются в вибрацию, которую вы ощущаете в заводских цехах.
Не все прессы с прямой стороной устроены одинаково. Двумя наиболее распространенными конструкциями являются двухкривошипные прессы с прямыми сторонами и эксцентриковые прессы с прямыми сторонами, каждый из которых имеет свои собственные вибрационные триггеры. В прессах с двойным кривошипом с прямой стороной используются два параллельных коленчатых вала, синхронизированных для перемещения плунжера вверх и вниз; их основная вибрация возникает из-за незначительного несоответствия времени между двумя кривошипами, что создает неравномерную нагрузку на каждую сторону гидроцилиндра. Эксцентриковые прессы с прямой стороной, напротив, используют один эксцентриковый вал для привода плунжера, поэтому их вибрация часто возникает из-за несбалансированной массы на валу или несоосных подшипников, которые позволяют эксцентрику «раскачиваться» во время вращения. Я не могу сказать вам, сколько раз производители старых эксцентриковых прессов звонили нам и говорили, что их вибрация резко возросла после того, как подшипник приводного двигателя изношен, потому что даже небольшой люфт позволяет эксцентрику смещаться, удваивая колебательные силы.
Теперь перейдем к решениям. Первым и часто наиболее важным шагом является проверка центровки и основания машины. Эту часть пропускают большинство операторов, но она является основной причиной 60% постоянных проблем с вибрацией, которые мы наблюдаем. Жим с прямой стороны стабилен настолько, насколько устойчиво его основание. Со временем заводские полы оседают, особенно если рядом с тяжелыми кузницами или пилами установлен пресс, вызывающий постоянную вибрацию грунта. Когда рама пресса не находится идеально ровно, плунжер не движется прямо вверх и вниз, а слегка наклоняется, нарушая распределение нагрузки и создавая дополнительную горизонтальную силу, которая сотрясает всю машину. У нас были клиенты, которые думали, что их пресс сломан, пока мы не выровняли его с точностью до 0,002 дюйма на фут (стандарт ISO для прессов с прямой стороной) и не увидели падения вибрации на 30% за одну смену.
Проект фундамента – еще один ключевой момент. Если ваш нынешний пресс стоит прямо на бетонной подушке без виброизоляции, вы, по сути, усиливаете каждую силу, которую создает пресс. Мы рекомендуем устанавливать эластомерные или пружинные изоляторы между основанием пресса и фундаментом для среднетоннажных прессов или железобетонное инерционное основание для крупнотоннажных (1000+ тонн) моделей. Инерционная основа работает как противовес: ее масса нейтрализует колебательные силы плунжера и привода. У одного клиента в Огайо был 500-тонный эксцентриковый пресс с прямой стороной, который встряхивал всю прилегающую линию штамповки, пока мы не установили инерционное основание массой 12 000 фунтов; они сообщили, что во время бега на высокой скорости уровень вибрации упал с 0,8g (достаточно высокий, чтобы сработать датчики вибрации пола) до 0,2g, что неотличимо от окружающего заводского шума.
Далее поговорим о балансировке и обслуживании системы привода. Для двухкривошипных прессов с прямыми сторонами самой большой причиной вибрации является плохая синхронизация кривошипов. Когда два коленчатых вала не синхронизированы идеально, одна сторона плунжера во время хода вниз опускается на 0,001 дюйма дальше, чем другая. Это создает неравномерную силу на боковых рамах, которые изгибаются и вибрируют при отскоке поршня. Регулярная калибровка — мы делаем это ежеквартально для наших клиентов, работающих круглосуточно, 7 дней в неделю — исправляет эту проблему. Мы используем инструменты лазерного выравнивания, чтобы проверить расстояние между двумя кривошипами в верхней и нижней части хода, регулируя синхронизацию зубчатых колес с точностью до 0,05 градуса. Для эксцентриковых прессов с прямой стороной основной проблемой является несбалансированная масса на эксцентриковом валу. Новые прессы поставляются с эксцентриковыми валами, сбалансированными на заводе, но более старые модели могут иметь скопившуюся смазку или износ вала, что нарушает балансировку. Добавление балансировочного груза с болтовым креплением на противоположную от плунжера сторону эксцентрика снижает вращательную вибрацию до 40 % — решение, которое мы использовали на десятках старых прессов без полной реконструкции привода.
Настройка штампа и оснастки — еще одна область, где небольшие изменения имеют большое значение. Я видел, как производители с идеально откалиброванными прессами сталкивались с вибрацией из-за того, что их матрица установлена не по центру плунжера. Когда пресс прилагает силу к несбалансированному штампу, нагрузка не распределяется равномерно по поверхности плунжера, поэтому рама должна компенсировать это, создавая раскачивание из стороны в сторону. Решение здесь простое: всегда используйте зажимы для матрицы, которые центрируют матрицу в пределах 0,005 дюйма от центральной линии плунжера, и следите за тем, чтобы центр тяжести матрицы совпадал с осью плунжера. Для операций глубокой вытяжки, когда нагрузка концентрируется в центре матрицы, мы также рекомендуем добавить опорные подушки по периметру матрицы, чтобы распределить усилие по всему плунжеру. Производитель автозапчастей из Мичигана снизил вибрацию на 25%, просто повторно зажав смещенную матрицу, которая в течение нескольких месяцев вызывала неравномерную нагрузку.
Если вы планируете модернизировать или заменить свою печатную машину, выбор правильной конструкции с самого начала позволит устранить вибрацию еще до ее запуска. Когда я работаю с новыми клиентами, я всегда спрашиваю об их производственных потребностях: тоннаж, частота хода, размер детали и желаемое время безотказной работы. Для высокоскоростной и высокоточной штамповки (например, электрических компонентов, требующих жестких допусков) мы часто рекомендуем двухкривошипный пресс с прямой стороной, поскольку его синхронизированный привод и жесткая рама производят гораздо меньшую вибрацию, чем эксцентриковые конструкции. Для более тяжелых и медленных операций (например, для формирования больших панелей бытовой техники) эксцентриковый пресс с прямой стороной со сбалансированным приводом и инерционной основой часто оказывается более экономичным без ущерба для стабильности. Недавно мы помогли магазину запчастей для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в Пенсильвании заменить старый несбалансированный эксцентриковый пресс на двухкривошипный пресс с прямой стороной; они сообщили, что срок службы штампов увеличился вдвое, процент брака деталей снизился с 8% до 1%, а жалобы операторов на усталость практически исчезли.
Последний шаг, который часто упускают из виду, — это мониторинг и обслуживание. Вибрация не является внезапной проблемой: она накапливается со временем по мере износа деталей. Если вы подождете, пока вибрация станет заметной, вы уже накопите повреждения на подшипниках, коленчатых валах и боковых рамах. Мы рекомендуем установить небольшую и доступную систему контроля вибрации на боковых рамах и приводном валу пресса. Эти датчики отслеживают уровни вибрации в режиме реального времени, отправляя оповещения, когда уровень поднимается выше порогового значения (обычно 0,3g для большинства печатных машин), прежде чем небольшие проблемы перерастут в серьезные поломки. Один из наших клиентов использует эту систему для планирования технического обслуживания во время простоя в выходные дни, поэтому ему никогда не придется приостанавливать полный производственный цикл для устранения проблемы, связанной с вибрацией. За два года они сократили время незапланированных простоев на 35 %, просто заблаговременно обнаруживая проблемы с вибрацией.
В конце концов, снижение вибрации пресса с прямой стороны заключается не в том, чтобы решить проблему с помощью дорогостоящих деталей, а в том, чтобы понять, что вызывает дрожание, и применить целенаправленные, научно обоснованные решения. Независимо от того, есть ли у вас старый эксцентриковый пресс с прямой стороной, который начал раскачиваться во время работы, или новый двухкривошипный пресс с прямой стороной, который снижает точность детали, решения обычно проще, чем вы думаете: выровняйте фундамент, сбалансируйте привод, выровняйте матрицу и следите за изменениями. Если вы все еще занимаетесь устранением неполадок, стоит обратиться к поставщику, который знает прессы с прямыми сторонами изнутри и снаружи: мы помогли производителям в разных отраслях снизить вибрацию, продлить срок службы машин и улучшить качество деталей, и мы можем сделать то же самое для вас. Если вы готовы перестать сталкиваться с этой постоянной тряской и посмотреть, на что способна правильно настроенная печатная машина, свяжитесь с нами, чтобы начать разговор о ваших конкретных производственных потребностях и о том, как мы можем помочь.
Ссылки
- ISO 16092-1:2019, Станки. Прессы. Требования безопасности и проверка. Часть 1. Общие требования к механическим прессам.
- Вибрация промышленной прижимной машины: причины, последствия и стратегии смягчения, Журнал производственных процессов, 2021, Том. 67, стр. 452–463.
- Журнал «Проектирование и оптимизация производительности прямостороннего пресса, производство и металлообработка», 2022 г., том. 58, № 4, стр. 28–33.
