Positionskontrolle vs. Druckkontrolle beim SMC-Formpressen

1. Positionsregelung und Druckregelung dienen unterschiedlichen Zwecken

Eine SMC-Presse führt nicht über den gesamten Hub hinweg die gleiche Aufgabe aus. Zu Beginn eines Zyklus erfolgt ein Großteil der Plattenbewegung durch den offenen Raum. Später berührt die Form die Ladung, das Material beginnt zu fließen und der Widerstand steigt schnell an.

Eine vereinfachte Steuerungssequenz kann daher wie folgt betrachtet werden:

Diese Signale beschreiben verschiedene Aspekte des Prozesses. Wenn Sie sie zusammen verwenden, erhalten Sie viel mehr Informationen, als wenn Sie sich nur auf eines davon allein verlassen.

2. Was ist Positionskontrolle in einer SMC-Hydraulikpresse?

Die Positionssteuerung verwendet eine Wegrückmeldung, um zu bestimmen, wo sich die bewegliche Platte oder der Schlitten innerhalb ihres Hubs befindet.

Je nach Maschinenkonstruktion können die Positionsinformationen von einem Linearencoder, einem Wegaufnehmer oder einem anderen geeigneten Positionsrückmeldesystem stammen.

Positionsinformationen können verwendet werden, um Folgendes zu definieren:

• obere Ausgangsposition;
• Schnellannäherungsdistanz;
• Verzögerungspunkt;
• langsam schließender Bereich;
• erwartete Materialkontaktzone;
• Kontrollübergangsposition;
• endgültige Formposition;
• Öffnungs- und Entladepositionen.

3. Was ist Druckkontrolle?

Die Druckregelung konzentriert sich auf die hydraulische Kraft erzeugende Seite des Prozesses. Drucksensoren liefern Feedback, sodass das Hydrauliksystem auf eine Zieldruck- oder Kraftanforderung reagieren kann.

Vereinfacht ausgedrückt:

Abhängig von der Pressenarchitektur kann die Steuerung die Pumpenleistung, Ventile oder andere hydraulische Elemente regulieren, um den erforderlichen Druck während der endgültigen Kompression und des Haltens aufrechtzuerhalten.

Der hydraulische Druck darf nicht mit dem lokalen Hohlraumdruck verwechselt werden. Der Druck innerhalb einer SMC-Komponente kann aufgrund von Materialfluss, Geometrie, Reibung, Rippen, Vorsprüngen und Ladungsverteilung innerhalb der Form variieren.

4. Position und Geschwindigkeit wirken bei der schnellen Annäherung zusammen

Bevor die Form mit der SMC-Aufladen in Kontakt kommt, besteht das Ziel in der Regel darin, sich effizient durch den Nicht-Formweg zu bewegen und gleichzeitig einen sicheren Übergang in die Materialflussphase aufrechtzuerhalten.

Die Position kann definieren, wo Geschwindigkeitsänderungen auftreten, während die Geschwindigkeit bestimmt, wie schnell sich die Platte zwischen diesen Positionen bewegt.

Die genauen Positionen und Geschwindigkeiten sind form-, teil- und materialspezifisch. Sie sollten durch Prozessvalidierung ermittelt und nicht von einem anderen Tool kopiert werden.

5. Materialkontakt ist ein kritischer Punkt im Zyklus

Vor dem Ladungskontakt ist der Hydraulikdruck relativ niedrig, da die Platte hauptsächlich die Maschine und das Werkzeug bewegt.

Sobald die Form beginnt, die SMC-Charge zu komprimieren:

• die gestapelten Bleche verdichten sich durch ihre Dicke;
• Materialwiderstand steigt;
• der seitliche Fluss beginnt;
• Luft muss in Richtung der verfügbaren Entlüftungswege strömen;
• Der hydraulische Druck beginnt anzusteigen.

Der Kontaktbereich kann anhand der Plattenposition, des Druckanstiegs oder einer Kombination von Prozesssignalen abgeleitet werden. Für die Produktionsüberwachung kann die Wiederholbarkeit dieses Punktes nützliche Informationen über die Dicke und Platzierung der Ladung liefern.

6. Der kritische Übergang: Von der Bewegungssteuerung zur Drucksteuerung

Eine der wichtigsten Steuerungsentscheidungen beim SMC-Formpressen ist die Bestimmung, wann die Presse ihre Priorität von der Plattenbewegung auf die Formkraft verlagern soll.

Abhängig von der Steuerungsarchitektur kann dies wie folgt beschrieben werden:

• Position-zu-Druck-Übergang;
• Übergang von Geschwindigkeit zu Druck;
• Übergang von Bewegung zu Kraft.

Die Terminologie kann variieren, das Verfahrensprinzip ist jedoch ähnlich.

Es gibt keine universelle Übergangsposition, die für jedes SMC-Bauteil geeignet ist.

Es kommt darauf an:

• Ladungsdicke;
• Gebührendeckung;
• Teilegeometrie;
• Formenbau;
• Materialrheologie;
• Formtemperatur;
• Schließgeschwindigkeit;
• erforderlicher Formdruck.

7. Was passiert, wenn die Druckregelung zu früh beginnt?

Wenn die Steuerstrategie stark druckdominiert wird, während das SMC noch einen erheblichen seitlichen Fluss erfordert, kann sich eine Kraft entwickeln, bevor das Material den Hohlraum vollständig gefüllt hat.

Dies kann das Risiko erhöhen:

8. Was passiert, wenn die Druckregelung zu spät beginnt?

Auch der umgekehrte Zustand kann zu Problemen führen.

Wenn die Presse zu lange auf Position oder Geschwindigkeit fokussiert bleibt und nicht genügend Kraft entwickelt wird, wenn die Kavität ihre endgültige Füllphase erreicht, kann es zu Folgendem kommen:

• unzureichende Endverdichtung;
• schlechte Füllung von Rippen oder detaillierten Merkmalen;
• erhöhtes Void-Risiko;
• später Druckaufbau;
• Short-Shot-Risiko;
• Material beginnt auszuhärten, bevor es vollständig gefüllt ist.

9. Der Druck wird wichtiger, je mehr sich die Kavität der vollständigen Füllung nähert

Mit kleiner werdendem Formspalt nimmt der verfügbare Strömungsraum ab und der Materialwiderstand nimmt generell zu.

Die Kontrollfrage ändert sich allmählich von:

Beim endgültigen Füllen und Verdichten des Hohlraums wird die Druckkontrolle immer wichtiger, um die erforderliche Kraft zu entwickeln und gleichzeitig unnötige Überlastungen zu vermeiden.

Das Ziel sollte der Druck sein, der für den validierten Formprozess erforderlich ist – und nicht einfach der maximale Druck, den das Hydrauliksystem erzeugen kann.

10. Die Position ist immer noch wichtig, nachdem die Druckmaschine in die Druckregelung eintritt

Durch die Umstellung auf Druckregelung werden Positionsdaten nicht irrelevant.

Die endgültige Plattenposition kann wichtige Informationen darüber liefern, ob sich die Form und das Material wie erwartet verhalten haben.

Betrachten Sie zwei beispielhafte Zyklen:

Beide Zyklen erreichen die gleiche angezeigte Kraft, der zweite Zyklus bleibt jedoch weiter von der normalen Endposition entfernt.

Zu den möglichen Untersuchungsbereichen gehören:

• zu hohes Ladungsgewicht;
• Ladungsstapel zu dick;
• falsche Ladungsplatzierung;
• mechanische Behinderung;
• Materialflussänderung;
• Temperaturschwankungen.

11. Der richtige Druck bedeutet nicht automatisch die richtige Teiledicke

Eine Presse kann die angegebene Kraft erreichen, während sich die Form noch in einer abnormalen Position befindet.

Aus diesem Grund kann eine einzelne Druckzahl nicht vollständig bestätigen, dass sich der Prozess normal verhält.

Die oben genannten Zahlen dienen der Veranschaulichung. Tatsächlich akzeptable Kraft- und Positionsfenster müssen für die spezifische Form und den SMC-Prozess ermittelt werden.

12. Die richtige Position bedeutet nicht automatisch den richtigen Formdruck

Das Gegenteil ist auch der Fall.

Zwei Zyklen können die gleiche Plattenposition erreichen und dabei unterschiedliche Widerstands- und Druckverhalten erzeugen.

Das Erreichen der gleichen Position beweist nicht, dass die lokale Füllung, Materialverfestigung oder Prozessbeständigkeit identisch waren.

13. Die stärkste Strategie nutzt Position, Geschwindigkeit und Druck zusammen

Anstatt Positionssteuerung und Drucksteuerung als Konkurrenten zu behandeln, sollte ein SMC-Prozess die von den einzelnen Variablen bereitgestellten Informationen kombinieren.

Doch Maschinendaten allein beschreiben nicht den gesamten Prozess.

14. Die Formtemperatur kann die Reaktion der Regelung verändern

Die Verwendung derselben Maschinenrezeptur garantiert nicht das identische Materialverhalten, wenn sich die Formtemperatur ändert.

Die SMC-Rheologie und die Härtungsreaktion sind temperaturabhängig. Eine Temperaturänderung kann daher den Widerstand verändern, den das Material bei einer bestimmten Plattenposition und Geschwindigkeit erzeugt.

Temperaturschwankungen können beispielsweise Folgendes beeinflussen:

• anfänglicher Materialwiderstand;
• Fließverhalten;
• Druckanstiegsposition;
• verfügbare Zeit, bevor die Heilung voranschreitet;
• endgültiges Füllverhalten.

Aus diesem Grund sollten Positions-Druck-Beziehungen innerhalb eines validierten Temperaturfensters bewertet und nicht als rein mechanische Einstellungen behandelt werden.

15. Das Ladungsmuster verändert das Verhältnis von Position zu Druck

Ladungsgeometrie und -platzierung bestimmen, wie weit das SMC fließen muss, bevor der Hohlraum gefüllt ist.

Eine Änderung des Ladungsgewichts, der Stapelhöhe oder der Reichweite kann daher folgende Auswirkungen haben:

• die Position, an der Widerstand zum ersten Mal auftritt;
• das Druckanstiegsprofil;
• die erforderliche Fließstrecke;
• der optimale Steuerübergangsbereich.

16. Praxisbeispiel: Gleicher Druck, andere Position

Betrachten Sie den folgenden vereinfachten Referenzzyklus:

Nehmen wir nun an, dass sich der nächste Zyklus anders verhält:

• Materialwiderstand beginnt bei 120 mm;
• der Druck steigt früher;
• die Presse erreicht 1000 Tonnen bei 18 mm;
• Die Platte erreicht nicht die normale Referenzposition von 10 mm.

Die Presse hat technisch gesehen die Zielkraft erreicht, der Vorgang ist jedoch nicht automatisch als normal zu betrachten.

Zu den ersten Kontrollen können gehören:

• Ladungsgewicht;
• Dicke des Ladungsstapels;
• Ladeposition;
• Formtemperatur;
• Fremdkörper oder mechanische Störungen.

17. Verwenden Sie ein Prozessfenster anstelle einer perfekten Zahl

Eine stabile Industrieproduktion hängt selten von einem theoretisch perfekten Wert ab. Ein sinnvollerer Ansatz besteht darin, ein akzeptables Prozessfenster zu definieren.

Wenn ein wichtiger Parameter seine validierten Grenzen überschreitet, hat der Bediener oder das Steuerungssystem einen Grund, dies zu untersuchen, bevor er mit der Produktion großer Mengen fortfährt.

18. Bauen Sie einen goldenen SMC-Zyklus auf

Sobald eine Form konsistent konforme Komponenten produziert, kann der erfolgreiche Produktionszyklus als Referenz gespeichert werden.

Ein nützlicher goldener Kreislauf kann Folgendes umfassen:

Mit dieser Referenz können dann zukünftige Zyklen verglichen werden.

19. Fehlerbehebung bei Position und Druck gemeinsam

20. Was sollten Käufer bei der Spezifikation einer SMC-Presse fragen?

Die maximale Tonnage bleibt wichtig, sollte aber nicht die einzige Frage zum Steuerungssystem sein, die beim Kauf einer SMC-Hydraulikpresse gestellt wird.

Positionsregelung vs. Druckregelung: Was ist wichtiger?

Keiner der Steuermodi allein reicht aus, um den gesamten SMC-Formzyklus zu verstehen.