許多企業(yè)已經(jīng)實施措施以提高能源效率,卻往往在購買新設(shè)備的高投資成本面前望而卻步,或者懷疑新設(shè)備的實際節(jié)能潛力。如果希望有效節(jié)約注塑成型過程中的能耗,就必須首先通盤考慮所有相關(guān)因素。不但要考慮注塑機本身的能耗,還要考慮到從給料到成品的整個系統(tǒng),當然廠房建筑和其他基建也不能忽視。惟有如此,方能采取一體化的節(jié)能措施,創(chuàng)造競爭力。
如果我們從整個液壓機械的角度來考慮生產(chǎn)操作,就會發(fā)現(xiàn)45%-50%的能耗是在機械傳動上,10%-15%是在料筒加熱上,還有大約20%是用在模具的溫控和冷卻上。通常注塑所要求的空氣壓縮、材料運輸、干燥和照明所占能耗是10%。
不考慮零部件和加工條件的情況下,注塑成型的能耗占比在3%(技術(shù)部分)到7%(包裝)之間。由于數(shù)值較低,過去加工商并沒有充分考慮這部分的節(jié)能問題??紤]到原材料和能源成本的飆升,降低生產(chǎn)過程中每個環(huán)節(jié)的能耗都有利于加工商提高盈利率。
過程控制的要求
節(jié)能要從操作人員調(diào)試好機器開始,也就是說,機器能夠穩(wěn)定運行,在保持零部件質(zhì)量的前提下做到加工周期短、能耗低。節(jié)能的重點在于零部件的特性和加工過程。我們可以通過調(diào)整機器設(shè)定、了解參數(shù)變量的因果關(guān)系等來實現(xiàn)能耗的*化。舉個例子,功率表(外置或者內(nèi)置)可以顯示能耗情況。表的讀數(shù)必須與生產(chǎn)周期(產(chǎn)能計劃)和零部件質(zhì)量等起來綜合權(quán)衡。
下文將舉例說明同樣的原材料和成品,在不同機器設(shè)置情況下加工的能耗情況。
不同設(shè)置條件下,加工時間幾乎是一樣的。下圖顯示,螺旋轉(zhuǎn)速提高會導(dǎo)致能耗瞬間增加,但是整個生產(chǎn)周期的能耗比標準設(shè)置下的低。高背壓設(shè)置有利于注塑原料的均勻融化,并且可以根據(jù)融化的同質(zhì)性和融化過程的均勻性來進行調(diào)整。如果背壓過高,可能會增加用電時間,導(dǎo)致能耗增加。
動力成本的分配
今天,如果說到注塑成型的節(jié)能問題,就不能不提到全電動注塑機。與液壓機械相比,這種機器的節(jié)能潛力一般在50%,個別情況下可以達到70%。雖然購機成本高,但是考慮到當下的高位電價,投資在短期內(nèi)就可以收回。另外,標準模式的電機可以實現(xiàn)平行運動,這個是液壓機械所不能及的。
就液壓機械而言,伺服驅(qū)動技術(shù)與恒流泵正在取代電控泵驅(qū)動。也就是說,原本能耗取決于機械的尺寸,現(xiàn)在則可以降低30%。奧地利wittmannbattenfeld公司的一項內(nèi)部研究顯示,與液壓機械相比(hm240/750dfee),伺服驅(qū)動(hm240/750伺服動力)的應(yīng)用將能耗降低了三分之一。如果是機電機(ecopower240/750)的話,能耗則減少了57%。
盡管servopower和ecopower兩個系列的購機成本較高,但是由于能耗較低,兩個驅(qū)動的投資可以分別在使用35個月和28個月之后收回。下表的計算是基于機器運行10年來考慮的。本例中,采用伺服驅(qū)動的液壓機械和全電動機械的邊際收益分別可提高2.37萬歐元和4.56萬歐元。
螺旋滾筒和注塑模具的絕緣
螺旋滾筒的蓋板降低了熱量的散發(fā)和對流,同時也避免工人在與加熱帶直接接觸時被燙傷。在加熱和操作過程中,螺旋滾筒的相當一部分熱量會釋放到周圍環(huán)境中,這也是能量的損失,而安裝或者改裝絕緣套管能夠改善情形。這其中的優(yōu)勢包括:
節(jié)能40%;
增強工作環(huán)境的安全性;
縮短加熱時間;
延長機械的使用壽命;
易于安裝和改裝。
溫控模具通過單個模具板來將熱量傳遞到模具固定板。針對這個,用戶可以將絕熱板安裝在定模和動模上??偠灾?,模具和機械安裝板之間的絕熱板可以在零下10°c到零下80°c,的之間的工況下實現(xiàn)節(jié)能。從節(jié)能的角度來看,應(yīng)該實現(xiàn)全面絕熱,也就是說像硅膠和橡膠的加工一樣進行絕熱。
模具的部分溫控
注塑模具的加熱需要相當大的熱量。如果熱量是傳遞給本體,實際吸收的熱能(q)與重量(m)和本體實際的溫度增加值(△t)是關(guān)聯(lián)的。假設(shè)材料常數(shù)是cp,以j/(g?k)計算,則得出如下公式:
如果我們考慮從模具加熱到保持一定溫度所需的熱能,很快就會想到,主要的參數(shù)是模具的重量m。將1個4噸的注塑模具從室溫加熱到80°c,需要的熱量是110.4mj(如下圖所示)。加熱一個小時,所需的電量是30.7千瓦時。
如果不是全部,而是部分加熱模具,那么所需電量就會直線下降(如下圖所示)。要想部分加熱模具,可以在空腔區(qū)和模具成型區(qū)之間安裝絕熱板。在單班生產(chǎn)的情況下,節(jié)電效果尤為突出,因為在這種情況下,模具在工作日結(jié)束時冷卻,第二天工作開始的時候又要重新加熱。
設(shè)置不求zui高值
詳細研究注塑成型的每一個細節(jié)是有價值的,這樣可以在短期內(nèi)減少過去認為不可避免的能源損失。從長遠的角度來看,同樣的重要的是,減少或者可能的話,取消能耗高的工藝流程。為了優(yōu)化生產(chǎn)過程中的能耗,分析從投入粒料到塑料部件包裝的整個物料流程是很有必要的。
注塑成型生產(chǎn)的能源消耗取決于生產(chǎn)系統(tǒng)的配置。采用節(jié)能型的驅(qū)動,尤其是用在直接驅(qū)動電子軸上,與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)相比,通常能夠?qū)⒛芎臏p半。這其中起到重要作用的因素是機器規(guī)格的選擇。合模裝置必須與注塑裝置、驅(qū)動技術(shù)相配套,這樣才能實現(xiàn)運行、工藝準確。在輔助設(shè)備方面,當然也要注意尺寸和能耗問題。
流程控制能夠減少能耗。也就是說,機械優(yōu)化必然受制于相應(yīng)計量設(shè)備的設(shè)置。任何人只要仔細觀察設(shè)置,都會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鎖模力和注射壓力被調(diào)到了zui大值。料筒溫度設(shè)在zui大值,模具運動速度也很高??偟膩碚f,這樣會大幅度增加能耗。這其中的關(guān)聯(lián)顯而易見:壓力數(shù)值確定,比如說用液壓泵,會要求一定量的能源。如果壓力值調(diào)高,自然就會消耗較多的能源。如果要設(shè)在zui高值,必須要先考慮,這樣做是否合理。