유압식과 서보식 부스바 절곡

유압식을 사야 하는지 서보식을 사야 하는지 기계 공급사에 물으면, 그 회사가 만드는 쪽에 대한 설명이 돌아옵니다. 누구에게도 도움이 되지 않습니다.

당사는 둘 다 만듭니다. EMAC-BB-H12는 하이브리드 유압 헤드이고 EMAC-BB-S12는 순수 서보 헤드입니다. 정격은 동일합니다. 400 kN, 절곡 정밀도 ±0.1°, 가공 능력 200 × 16 mm, 전자식 스프링백 보정, 설치 동력 6.25 kW입니다. 같은 적용 범위, 같은 사양서, 다른 구동계입니다. 그래서 둘 중 무엇을 고를지는 어느 기계가 더 나은가의 문제가 아니라 공장을 어떻게 운영하는가의 문제이며, 당사는 그렇지 않은 척할 영업상의 이유가 없습니다.

구조는 둘이 아니라 셋입니다

이 비교는 보통 두 가지 선택지로 제시됩니다. 실제로는 셋이고, 지금 대부분의 혼선은 가운데 것에서 나옵니다.

재래식 유압 헤드에서는 유도 전동기에 물린 정용량 펌프가 전속으로 계속 돕니다. 기계가 쓰지 않는 유량은 릴리프 밸브를 넘어가 작동유의 열이 됩니다. 램의 움직임은 방향 제어 밸브와 비례 밸브로 제어하고, 유닛에는 어큐뮬레이터와 상당한 크기의 탱크, 그리고 대개 오일 쿨러가 붙습니다.

하이브리드, 즉 서보 펌프 헤드에서는 서보 모터가 펌프를 구동하고 펌프 회전수를 수요에 맞춰 지령합니다. 램 위치는 밸브에서 유량을 조이는 대신 펌프를 돌려 제어하므로, 릴리프 경로가 더 이상 주된 제어 요소가 아닙니다. 손실이 훨씬 작기 때문에 탱크가 작아지고 쿨러는 없어지는 경우가 많습니다. 유압 측면에서는 여전히 유압 기계입니다. 실린더, 작동유, 실, 필터가 있습니다.

순수 서보 헤드에서는 서보 모터가 볼 스크루, 롤러 스크루 또는 랙을 구동하고 작동유가 아예 없습니다. 기계 안의 기름은 감속기와 안내면의 윤활유뿐입니다.

“서보 절곡기”라고 말할 때 어떤 사람은 두 번째를, 어떤 사람은 세 번째를 뜻하며, 이 둘은 힘과 유지보수에서 매우 다르게 거동합니다. 견적서가 어느 쪽을 말하는지 물어보십시오.

전 스트로크에서의 힘

유압의 구조적 이점이며, 충분히 논의되지 않는 대목입니다.

유압 실린더는 압력 × 피스톤 면적만큼의 힘을 냅니다. 이 관계는 램이 어디에 있는지 따지지 않습니다. 정격 최대 힘을 스트로크의 시작에서도, 끝에서도, 그 사이 어디에서도 쓸 수 있습니다. 정적으로도 쓸 수 있습니다. 구동계에 열적 불이익 없이 압력을 무한정 유지할 수 있습니다.

스크루 구동 서보 축은 스크루 리드를 통해 모터 토크에서 힘을 만듭니다. 이것도 공칭상으로는 위치와 무관하게 일정하지만 실제 한계는 다릅니다. 속도 0에서 큰 힘을 유지하면 냉각을 도울 회전 없이 모터 권선에 전류가 흐르므로, 연속 정격 힘이 최대 힘보다 낮습니다. 스크루와 너트의 수명은 하중 × 거리 적분으로 정해지므로, 최대 힘 근처에서 계속 작업하면 절반의 힘으로 작업할 때보다 구동계를 빠르게 소모합니다. 그리고 스크루, 너트, 베어링, 프레임까지 구동계 전체를 최댓값에 맞춰 설계해야 합니다. 같은 힘 정격에서 서보 기계가 대체로 제작비가 더 비싼 이유가 그것입니다.

5–10 mm의 얇은 평면 절곡에서는 이것이 걸리는 일이 드뭅니다. 기계 능력의 상단에서 하는 두꺼운 수직 절곡, 즉 부스바가 최대 단면이고 금형이 긴 유지 시간 동안 완전히 물려 있는 작업에서는, 유압 실린더는 설계된 대로 일하는 것이고 스크루는 힘겹게 일하는 것입니다.

에너지: 차이는 무부하 구간에 있습니다

부하 상태에서는 두 구조가 크게 다르지 않습니다. 유압 계통은 펌프와 밸브 효율, 유체 마찰에서 얼마간 잃고, 서보 스크루는 모터 효율과 스크루 마찰에서 얼마간 잃으며, 어느 쪽 손실도 전체 그림을 지배하지 않습니다.

갈라지는 곳은 무부하 구간이고, 부스바 절곡은 무부하 비중이 큰 공정입니다. 작업자는 절곡 사이에 부스바를 다시 잡고, 치수를 확인하고, 다음 소재를 가지러 랙까지 걸어갑니다. 재래식 유압 기계에서는 그동안 내내 펌프가 전속으로 돌면서 유량을 릴리프 밸브로 흘려보내고 작동유를 데웁니다. 서보 펌프에서는 모터가 느려지거나 멈춥니다. 순수 서보 축에서는 모터가 유지 전류만 소비합니다.

이것을 수치화하는 일은 홍보물이 시사하는 것보다 어렵습니다. 가변속 펌프 구동 공급사들은 정속 유닛 대비 30–60퍼센트의 에너지 절감을 흔히 주장하고, 일부는 80퍼센트까지 주장하며, 그때마다 “운전 조건에 따라”라는 단서가 많은 일을 대신 해 줍니다. 이 값들은 공급사 수치이며 여기서 독립적으로 검증된 것이 아닙니다.

독립적으로 측정된 자료에 가장 가까운 것은 인접한 기계 분류에서 나옵니다. 미국의 한 전력회사 프로그램이 유압식과 전전동식 사출성형기를 비슷한 부품으로 일주일간 나란히 계측해, 플라스틱 파운드당 유압식 0.278 kWh, 전전동식 0.073 kWh를 보고했습니다. 운전 조건이 다른 별개의 공정이므로 이 숫자를 부스바 절곡에 그대로 옮겨서는 안 됩니다. 여기에 실은 이유는 오로지 방향과 대략의 규모가 홍보가 아니라 측정으로 뒷받침된다는 점 때문입니다.

각자의 경우에는 백분율을 믿지 말고 직접 계산하십시오. 당사 두 헤드의 설치 전동기 출력은 모두 6.25 kW입니다. 근무 시간에서 램이 실제로 부하를 받으며 움직이는 시간을 빼고, 남은 시간에 산업용 전기요금을 곱하십시오. 가동률이 보통인 1교대 공장이라면 연간 차액은 대체로 구매를 좌우할 만큼 크지 않습니다. 3교대 부스덕트 공장이라면 투자 회수 계산에 나타날 만큼 크고, 여기에 사람들이 잊는 두 번째 절감이 따라옵니다. 작동유로 들어가지 않은 에너지는 쿨러로 뽑아내는 데 다시 값을 치르지 않아도 되는 에너지이고, 여름에 공장에 더하지 않아도 되는 열입니다.

정밀도와 반복 정밀도

두 헤드 모두 전자식 스프링백 보정과 함께 ±0.1°로 규정되어 있으며, 이는 홍보상의 우연이 아닙니다. 현대적인 기계에서 위치 정밀도는 램을 미는 것이 아니라 측정 계통과 제어 루프가 정합니다.

두 구조가 다른 지점은 제어 루프가 무엇과 싸워야 하는가입니다.

서보 스크루는 모터 위치와 램 위치 사이에 뻣뻣하고 거의 선형인 관계를 갖고, 주된 오차는 백래시와 스크루 비틀림이며 둘 다 안정적이어서 보정할 수 있습니다. 유압 램은 펌프와 부하 사이에 작동유 기둥이 놓여 있고, 작동유는 압축됩니다. 그 강성은 압력에 따라, 온도에 따라, 혼입 공기에 따라 달라집니다. 램 위치에 대한 폐루프가 이를 충분히 잘 처리하지만, 루프가 더 힘들게 일하고 동적 응답은 더 무릅니다.

실질적인 차이는 최종 정밀도가 아니라 짧고 빠른 이동에서 나타납니다. 서보 축은 작은 지령 증분에서 더 빨리 안정되며, 프로그램이 작은 각도 수정을 여러 번 하는 경우에 의미가 있습니다. 스토퍼까지 가는 90° 절곡 하나만 놓고 보면 각도기로는 둘을 구별할 수 없습니다.

스프링백 보정은 제어 기능이며 두 기종 모두 CNC 안에 있습니다. 재질·질별·금형 조합마다 저장한 수정값으로 동작하며, 이는 액추에이터의 문제가 아니라 소재의 문제입니다. 부스바 절곡의 스프링백 보정에서 따로 다뤘습니다.

소음

재래식 유압 유닛은 대부분의 부스바 공장에서 가장 시끄러운 물건입니다. 소음은 펌프가 지배하며 연속적이고, 같은 크기의 간헐 소음보다 사람을 더 지치게 합니다.

가변속 유압과 순수 서보 모두 이것을 크게 줄이며, 이유도 같습니다. 펌프가 느려지거나 아예 없기 때문입니다. 순수 서보 기계는 무부하에서 사실상 무음이고, 부하 시의 소음은 금형이 부스바에 닿으면서 나는 기계적 소음입니다. 그것은 어느 기계에서나 같습니다.

데시벨 수치는 제시하지 않겠습니다. 그 값은 커버, 설치 방식, 탱크, 방의 조건, 그리고 서 있는 위치에 좌우되므로 단일 수치는 아무 의미가 없습니다. 소음이 제약 조건이시라면 어느 공급사에든 명시된 거리와 명시된 운전 조건에서의 측정값을 요구하시고, 거절도 하나의 답으로 받아들이십시오.

작동유, 그리고 실제 비용

유압은 절곡과 아무 상관이 없는 유지보수 항목을 함께 가져옵니다. 주기에 따른 필터 교환. 오일 분석, 최소한 주기에 따른 오일 교환. 호스와 실 교체는 계획할 수 없고, 그래서 항상 불편한 시점에 옵니다. 보충하고, 청결을 유지하고, 결국 지정 폐기물로 처리해야 하는 탱크.

이 업종에 고유한 관리 문제도 있습니다. 부스바는 이후에 절연되거나 도금되거나 분체 도장되거나 몰딩되며, 구리 표면에 앉은 유압유 미스트는 도장 밀착 불량 문제가 됩니다. 도장 라인 옆에서 유압 절곡을 돌리는 공장은 이미 이것을 알고 탈지 공정을 두고 있습니다. 괜찮겠거니 하는 공장은 부풀어 오른 부스바가 처음 나오는 배치에서 알게 됩니다.

하이브리드 구조는 이를 줄이지만 없애지는 않습니다. 작동유에 들어가는 열이 적으면 유체 수명이 길어지고 교환할 탱크도 작아지지만, 실과 호스와 필터는 여전히 있습니다.

순수 서보 기계는 이것을 더 짧은 다른 목록으로 바꿉니다. 스크루와 안내면 윤활, 주기적인 백래시 점검, 그리고 언젠가 하게 될 구동계 재정비입니다. 그 재정비는 어떤 유압 정비보다 큰 단일 작업이지만 훨씬 드물게 옵니다.

냉간 시동

난방이 없는 공장에서 과소평가되는 차이입니다.

유압유의 점도는 온도에 강하게 좌우됩니다. 차가운 작동유는 느리게 움직이고, 겨울 아침 5 °C에서 시동한 기계는 정상 온도에 도달한 같은 기계와 다르게 거동합니다. 사이클 타임이 길어지고, 작동유 기둥과 프레임이 평형에 이를 때까지 근무 초반의 부품은 각도가 흔들릴 수 있습니다. 통상의 대응은 워밍업 사이클이며, 근무 시간과 에너지를 소모합니다. 유압 공장이 휴게 시간에도 기계를 켜 두는 경향의 이유 중 하나가 그것입니다.

서보 축에는 이에 해당하는 것이 없습니다. 그리스 점도가 조금 달라지고 프레임은 여느 공작기계처럼 열적으로 움직이지만, 체적 탄성계수와 점도가 제어 루프 안에 들어 있는 작동유가 없습니다. 첫 부품이 정답에 더 가깝게 나옵니다.

하이브리드는 그 사이에 있고, 이 항목에서는 재래식 유압 쪽에 더 가깝습니다. 여전히 작동유가 있기 때문입니다. 다만 양이 더 적고, 뜨거운 상태로 보내는 시간도 더 짧습니다.

비용

가격은 공개하지 않겠습니다. 가격 비율을 제시하는 글은 무엇이든 귀사의 사양, 국가, 연도를 추측하고 있는 것입니다. 여기서 드릴 수 있는 것은 비용의 형태입니다.

같은 힘 정격에서 구매 가격은 보통 순수 서보, 하이브리드 유압, 재래식 유압 순으로 높습니다. 최대 힘에 맞춰 설계한 스크루 구동계가 비싼 쇳덩이이기 때문입니다.

에너지 비용은 그 반대이며, 가동률과 전기요금에 비례합니다. 가동률이 낮으면 회계상 잡음이고, 3교대 가동에 유럽이나 일본의 전기요금이면 잡음이 아닙니다.

유지보수 비용은 유압에서는 계획된 소액의 반복 지출이고, 서보에서는 계획되지 않은 큰 금액의 드문 지출입니다. 어느 쪽을 선호하는지는 일부는 재무의 문제이고 일부는 보전 부서가 있는지의 문제입니다.

돈이 걸리는 곳은 대개 비가동 시간이고, 여기서는 어느 구조도 일관되게 유리하지 않습니다. 유압 기계는 서서히 고장 나 미리 잡을 수 있는 항목이 더 많습니다. 서보 기계는 고장 모드가 적지만, 드라이브나 스크루가 실제로 나가면 부품 리드 타임이 더 깁니다.

판단 기준

다음 중 하나라도 해당하면 순수 서보 헤드를 선택하십시오. 2교대나 3교대로 가동률이 높은 경우. 사이클 타임과 정정 시간이 중요한 소·중형 반복 절곡이 품목 구성을 지배하는 경우. 기름이 성가신 청정 환경이나 도장 라인 인접 환경인 경우. 소음이 제약 조건인 경우. 또는 가공 범위의 얇은 쪽에 있어 기계를 힘 한계 근처에서 쓸 일이 결코 없는 경우입니다.

다음의 경우에는 하이브리드 유압 헤드를 선택하십시오. 능력의 상단에서 정기적으로 작업하는 경우, 특히 두꺼운 수직 절곡과 긴 유지 시간이 있는 경우. 무거운 작업 구간이 무부하 시간으로 나뉘는 불규칙한 운전 조건인 경우로, 서보 펌프가 바로 그것을 위해 설계된 것입니다. 유압에 이미 능숙한 보전 인력을 갖춘 경우. 또는 재래식 유압 유닛의 상시 전기요금 없이 유압의 힘 거동을 원하는 경우입니다.

기계를 가볍게 쓰고, 자본 예산이 결정적 제약이며, 위의 어느 것도 해당하지 않는다면 재래식 유압을 선택하십시오.

가장 자주 보는 실패는 구조를 잘못 고르는 것이 아닙니다. 힘 정격만 보고 고른 뒤, 소재 편차가 예상보다 넓었다는 것을 뒤늦게 알고, 소둔 구리에서는 여유 있던 기계가 경질 질별에서는 한계에 가 있는 경우입니다. EN 13601은 경질 구리의 인장강도를 290–360 N/mm², 연질 소둔재를 220–260 N/mm²로 두며, 이는 절곡이 요구하는 힘에서 상당한 차이입니다. 구동계를 비교하기 전에, 실제로 구매하는 가장 단단한 소재와 가장 두꺼운 단면이 무엇을 요구하는지부터 계산하십시오. 절곡력 계산기를 쓰시되 공칭 부스바가 아니라 각자의 최악 조건 부스바로 계산하십시오.