W dziedzinie kształtowania metali, prasy mechaniczne, prasy hydrauliczne i prasy serwo reprezentują trzy zasadniczo różne ścieżki technologiczne. Prasy mechaniczne wyróżniają się sztywnym rytmem, prasy hydrauliczne charakteryzują się stałą wydajnością, podczas gdy istotą prasy serwo jest w pełni programowalna kontrola nad całym skokiem. Niniejszy artykuł ma na celu obiektywne porównanie wydajności tych trzech rozwiązań w praktycznych zastosowaniach, w oparciu o ich podstawowe różnice technologiczne.

1. Podstawowe zasady działania
Prasa mechaniczna (prasa wykrojnikowa):
Podstawowy mechanizm składa się z "koła zamachowego + układu korbowego" lub "mechanizmu mimośrodowego". Silnik w sposób ciągły napędza koło zamachowe, aby magazynować energię, która następnie jest przekształcana za pośrednictwem struktury mechanicznej w liniowy ruch posuwisto-zwrotny suwaka. Długość skoku i krzywa ruchu są stałe i niezmienne.

Prasa hydrauliczna (prasa olejowa):
Podstawowy mechanizm obejmuje "pompę hydrauliczną + siłownik olejowy". Silnik napędza pompę hydrauliczną, aby generować olej pod wysokim ciśnieniem, który następnie porusza suwakiem. Jej kluczową cechą jest możliwość zapewnienia znamionowego nacisku tonażowego w całym skoku, z regulowaną prędkością w określonym zakresie.

Prasa serwo:
Podstawowy mechanizm obejmuje "silnik serwo + system napędowy". Tradycyjne koło zamachowe jest eliminowane, a zasilanie jest dostarczane bezpośrednio przez silnik serwo dużej mocy. Krzywa ruchu suwaka (pozycja, prędkość i ciśnienie) jest precyzyjnie kontrolowana za pomocą programowalnego sterownika.

2. Wydajność w praktycznych zastosowaniach
Wydajność produkcji i elastyczność
Prasa serwo:
Główną zaletą prasy serwo jest jej elastyczność. Jej krzywą ruchu można zaprogramować w celu uzyskania złożonych trybów, takich jak "szybko w dół-powolne kucie-trzymanie-szybki powrót", co czyni ją idealną do procesów takich jak głębokie tłoczenie i wytłaczanie, gdzie prędkość ma kluczowe znaczenie. W zastosowaniach o krótkim skoku i niskim tonażu, liczba skoków na minutę (SPM) jest zazwyczaj wyższa niż w przypadku pras hydraulicznych i niektórych mechanicznych. Jednak w zastosowaniach o dużym tonażu (np. >2000 ton), jej ciągła praca SPM może być nadal niższa niż w przypadku porównywalnej prasy mechanicznej.

Prasa mechaniczna:
Prasy mechaniczne wyróżniają się dużą prędkością i wydajnością. W prostych procesach, takich jak wykrawanie i dziurkowanie, ich stały, duży rytm prędkości jest niezrównany, co czyni je idealnymi do masowej produkcji jednego rodzaju produktu. Brakuje im jednak elastyczności, aby dostosować się do złożonych procesów formowania, które wymagają zmiennych prędkości.

Prasa hydrauliczna:
Prasy hydrauliczne są zazwyczaj najwolniejsze, ale oferują niezrównane zalety w procesach wymagających długich skoków, dużego tonażu i ciągłego nacisku (np. formowanie tworzyw sztucznych i prasowanie proszków), co czyni je niezbędnymi w takich zastosowaniach.
Zużycie energii

Prasa serwo:
Efektywność energetyczna jest dobrze znaną zaletą pras serwo. Zużywają duże ilości energii elektrycznej tylko podczas aktywnego ruchu, przy minimalnym zużyciu energii w trybie czuwania. W przypadku tych samych zadań produkcyjnych, ich zużycie energii jest generalnie znacznie niższe niż w przypadku pras hydraulicznych i mechanicznych, które wymagają ciągłej pracy silnika (w celu napędzania pompy hydraulicznej lub koła zamachowego). Jest to często krytyczny czynnik w obliczeniach odzysku inwestycji, a oszczędności na kosztach energii elektrycznej odgrywają znaczącą rolę.

Prasy hydrauliczne i mechaniczne:
Obie te tradycyjne technologie są znane z wysokiego zużycia energii. Jednak ostatnie zmiany doprowadziły do powstania "pras serwo-hydraulicznych" i "hybrydowych pras mechanicznych", które, choć droższe, znacznie poprawiły efektywność energetyczną.
Jakość formowania i precyzja kontroli

Prasa serwo:
Prasy serwo mają wyraźną przewagę w formowaniu jakości skomplikowanych części. Dzięki precyzyjnej kontroli prędkości mogą skutecznie zarządzać przepływem materiału, zmniejszając ryzyko powstawania zmarszczek i rozdarć, poprawiając tym samym dokładność i spójność produktu. Ta elastyczność jest szczególnie cenna w badaniach i rozwoju prototypów.

Prasa mechaniczna:
W przypadku prostych części tłoczonych, prasy mechaniczne zapewniają stabilną i niezawodną jakość formowania. Jednak w procesach takich jak głębokie tłoczenie, stały, szybki ruch w dół może prowadzić do niekontrolowanego przepływu materiału, powodując wady.

Prasa hydrauliczna:
Suwak prasy hydraulicznej nie ma "twardych punktów", a ciśnienie pozostaje stałe w całym skoku, co sprawia, że nadaje się do głębokiego tłoczenia z długimi skokami. Jednak na jej precyzję kontroli i stabilność mogą wpływać czynniki takie jak temperatura oleju i uszczelnienie, a wiele tradycyjnych modeli ma niższą precyzję kontroli pozycji w porównaniu z prasami serwo.

Kompleksowa analiza kosztów
Inwestycja początkowa:

Prasa serwo > Prasa mechaniczna ≈ Prasa hydrauliczna
Ze względu na koszt silnika serwo i systemu sterowania, prasy serwo mają zazwyczaj najwyższą cenę zakupu.

Koszty utrzymania:
Prasy mechaniczne mają prostą strukturę, z dojrzałą technologią konserwacji, ale elementy takie jak sprzęgła i hamulce są podatne na zużycie.
Systemy hydrauliczne są najbardziej złożone, z ryzykiem wycieku oleju, a elementy takie jak zawory hydrauliczne i uszczelnienia wymagają regularnej konserwacji, co prowadzi do wyższych kosztów utrzymania.
Prasy serwo upraszczają konstrukcję mechaniczną, eliminując sprzęgła i układy hydrauliczne, a tym samym wymagają mniej codziennej konserwacji. Jednak naprawy lub wymiany napędów serwo i silników mogą być dość kosztowne.

Koszty matryc i materiałów:
Ze względu na ich adaptacyjność, prasy serwo często zmniejszają złożoność i ilość matryc poprzez optymalizację procesów, co z kolei poprawia wykorzystanie materiału i obniża ogólne koszty.

3. Wpływ na środowisko
Prasa hydrauliczna:
Głównym zagrożeniem dla środowiska jest wyciek oleju hydraulicznego, który może zanieczyścić glebę i wody gruntowe. Dodatkowo, poziom hałasu podczas pracy ma tendencję do bycia wyższym.

Prasa mechaniczna:
Hałas i wibracje to główne problemy środowiskowe związane z prasami mechanicznymi.

Prasa serwo:
Prasy serwo praktycznie nie niosą ryzyka zanieczyszczenia olejem, a ich hałas i wibracje są znacznie niższe niż w przypadku pras hydraulicznych i mechanicznych. Skutkuje to czystszym, cichszym środowiskiem pracy, zgodnym z trendem w kierunku ekologicznej produkcji.