有效节约注塑成型过程中的能耗

作者：WOLFGANG ROTH

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 尽管许多企业已经实施措施以提高能源效率，但仍然有很多地方有待改进。企业负责人往往在购买新设备的高投资成本 面前望而却步，或者怀疑新设备的实际节能潜力。这个想法不够长远。 如果希望有效节约注塑成型过程中的能耗，就必须首先通盘考虑所有相关因素。不但要考虑注塑机本身的能耗，还要考虑到从给料到成品的整个系统，当然厂房建筑和其他基建也不能忽视。惟有如此，方能采取一体化的节能措施，创造竞争力。 如果我们从整个液压机械的角度来考虑生产操作，就会发现45%-50%的能耗是在机械传动上，10%-15%是在料筒加热上，还有大约20%是用在模具的温控和冷却上。通常注塑所要求的空气压缩、材料运输、干燥和照明所占能耗是10%。 不考虑零部件和加工条件的情况下，注塑成型的能耗占比在3%（技术部分）到7%（包装）之间。由于数值较低，过去加工商并没有充分考虑这部分的节能问题。考虑到原材料和能源成本的飙升，降低生产过程中每个环节的能耗都有利于加工商提高盈利率。 过程控制的要求 节能要从操作人员调试好机器开始，也就是说，机器能够稳定运行，在保持零部件质量的前提下做到加工周期短、能耗低。节能的重点在于零部件的特性和加工过程。我们可以通过调整机器设定、了解参数变量的因果关系等来实现能耗的最优化。举个例子，功率表（外置或者内置）可以显示能耗情况。表的读数必须与生产周期（产能计划）和零部件质量等联系起来综合权衡。 下文将举例说明同样的原材料和成品，在不同机器设置情况下加工的能耗情况。 不同设置条件下，加工时间几乎是一样的。上图显示，螺旋转速提高会导致能耗瞬间增加，但是整个生产周期的能耗比标准设置下的低。高背压设置有利于注塑原料的均匀融化，并且可以根据融化的同质性和融化过程的均匀性来进行调整。如果背压过高，可能会增加用电时间，导致能耗增加。 动力成本的分配 今天，如果说到注塑成型的节能问题，就不能不提到全电动注塑机。与液压机械相比，这种机器的节能潜力一般在50%，个别情况下可以达到70%。虽然购机成本高，但是考虑到当下的高位电价，投资在短期内就可以收回。另外，标准模式的电机可以实现平行运动，这个是液压机械所不能及的。 就液压机械而言，伺服驱动技术与恒流泵正在取代电控泵驱动。也就是说，原本能耗取决于机械的尺寸，现在则可以降低30%。奥地利Wittmann Battenfeld公司的一项内部研究显示，与液压机械相比（HM 240/750 DFEE），伺服驱动（HM 240/750伺服动力）的应用将能耗降低了三分之一。如果是机电机(EcoPower 240/750)的话，能耗则减少了57%。 尽管ServoPower 和EcoPower两个系列的购机成本较高，但是由于能耗较低，两个驱动的投资可以分别在使用35个月和28个月之后收回。下表的计算是基于机器运行10年来考虑的。本例中，采用伺服驱动的液压机械和全电动机械的边际收益分别可提高2.37万欧元和4.56万欧元。 螺旋滚筒和注塑模具的绝缘 螺旋滚筒的盖板降低了热量的散发和对流，同时也避免工人在与加热带直接接触时被烫伤。在加热和操作过程中，螺旋滚筒的相当一部分热量会释放到周围环境中，这也是能量的损失，而安装或者改装绝缘套管能够改善情形。这其中的优势包括： 节能40%； 增强工作环境的安全性； 缩短加热时间； 延长机械的使用寿命； 易于安装和改装。 温控模具通过单个模具板来将热量传递到模具固定板。针对这个，用户可以将绝热板安装在定模和动模上。总而言之，模具和机械安装板之间的绝热板可以在零下10°C到零下80°C,的之间的工况下实现节能。从节能的角度来看，应该实现全面绝热，也就是说像硅胶和橡胶的加工一样进行绝热。 模具的部分温控 注塑模具的加热需要相当大的热量。如果热量是传递给本体，实际吸收的热能（Q）与重量（m）和本体实际的温度增加值（△T）是关联的。假设材料常数是Cp, 以 J/(g ?K)计算, 则得出如下公式： 如果我们考虑从模具加热到保持一定温度所需的热能，很快就会想到，主要的参数是模具的重量m。将1个4吨的注塑模具从室温加热到80 °C，需要的热量是110.4 MJ（如下图所示）。加热一个小时，所需的电量是30.7千瓦时。 如果不是全部，而是部分加热模具，那么所需电量就会直线下降（如下图所示）。要想部分加热模具，可以在空腔区和模具成型区之间安装绝热板。在单班生产的情况下，节电效果尤为突出，因为在这种情况下，模具在工作日结束时冷却，第二天工作开始的时候又要重新加热。 设置不求最高值 详细研究注塑成型的每一个细节是有价值的，这样可以在短期内减少过去认为不可避免的能源损失。从长远的角度来看，同样的重要的是，减少或者可能的话，取消能耗高的工艺流程。为了优化生产过程中的能耗，分析从投入粒料到塑料部件包装的整个物料流程是很有必要的。 注塑成型生产的能源消耗取决于生产系统的配置。采用节能型的驱动，尤其是用在直接驱动电子轴上，与传统液压系统相比，通常能够将能耗减半。这其中起到重要作用的因素是机器规格的选择。合模装置必须与注塑装置、驱动技术相配套，这样才能实现高效运行、工艺准确。在辅助设备方面，当然也要注意尺寸和能耗问题。 流程控制能够减少能耗。也就是说，机械优化必然受制于相应计量设备的设置。任何人只要仔细观察设置，都会经常发现锁模力和注射压力被调到了最大值。料筒温度设在最大值，模具运动速度也很高。总的来说，这样会大幅度增加能耗。这其中的关联显而易见：压力数值确定，比如说用液压泵，会要求一定量的能源。如果压力值调高，自然就会消耗较多的能源。如果要设在最高值，必须要先考虑，这样做是否合理。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/2/2013)