Stampaggio à iniezione idraulicu servoidraulicu vs. cunvinziunale: paragone di i costi à 5 anni

Perchè a macchina più economica pò costà di più

Un direttore di fabbrica di stampaggio in Dongguan avia appena rimpiazzatu una pressa idraulica cunvinziunale di 250 tunnellate vechja cù una nova di zecca di listessa specificazione. A pressa di rimpiazzamentu costava menu di a mità di una macchina servo-idraulica equivalente. Diciottu mesi dopu, a fattura di l'elettricità di a fabbrica in u pianu di stampaggio era 6% più alta di l'annu precedente - a pressa cunvinziunale cunsumava notevolmente più energia chè quella più vechja ch'ella avia rimpiazzatu. À a fine di u terzu annu, u costu cumulativu di l'elettricità di a pressa cunvinziunale avia superatu u premiu di prezzu di a macchina servo equivalente, prima di tene contu di u rumore, di a dumanda di raffreddamentu è di l'intervallu di cambiamentu d'oliu. A fabbrica hà infine adattatu un sistema servo à a pressa esistente invece di rimpiazzalla - è hà vistu u cunsumu d'energia calà di a mità in u primu mese cumpletu.

A scelta trà u stampaggio à iniezione idraulica servo-idraulica è quella cunvinziunale ùn hè micca una semplice decisione di "più novu hè megliu". Hè un calculu di u costu tutale di pruprietà di 5 anni chì dipende da u tunnellaggiu di a macchina, u prufilu di u ciclu, l'ore di funziunamentu è u costu lucale di l'elettricità. Questu articulu spiega in dettagliu stu calculu - cum'è si presenta in realtà u gap energeticu, cum'è si presenta u gap di manutenzione, induve a macchina cunvinziunale guadagna sempre u so premiu è cumu mette inseme i numeri per una installazione specifica.

Cumu una pressa idraulica cunvinziunale usa a putenza

Una macchina di stampaggio à iniezione idraulica cunvinziunale à pompa fissa face funziunà un mutore elettricu à velocità costante, tipicamente cunnessu direttamente à a rete elettrica senza un azionamentu di frequenza variabile. U mutore aziona una pompa idraulica à cilindrata fissa - di solitu una pompa à palette o una pompa à pistoni assiali - chì furnisce un flussu costante di fluidu idraulicu à una pressione proporzionale à u caricu. E valvole di cuntrollu direzionale, e valvole proporzionali è e servovalvole di a macchina modulanu u flussu è a pressione per currisponde à e fasi di chiusura, iniezione, mantenimentu, plastificazione è apertura di u stampo di u ciclu.

U mutore funziona à piena velocità durante tuttu u ciclu, ancu quandu a dumanda idraulica hè bassa. Durante a fase di mantenimentu - quandu a parte hà bisognu solu di una frazione di u flussu di piccu per mantene a pressione di a cavità - u flussu in eccessu hè bypassatu per mezu di una valvula di sicurezza in daretu à u serbatoiu, dissipendu l'energia cum'è calore. Durante a fase di raffreddamentu - quandu ùn hè necessariu alcun flussu idraulicu, eccettu per una piccula quantità di tunnellata di serraggio - a pompa gira sempre à piena velocità, assorbendu sempre piena putenza, è a valvula di bypass scarica sempre u flussu in eccessu. Questa hè l'inefficienza strutturale di un sistema à pompa fissa: u mutore è a pompa funzionanu in un puntu di funziunamentu, è qualsiasi discrepanza trà quellu puntu è a dumanda idraulica effettiva si perde cum'è calore.

U calore stessu ùn hè micca gratuitu. L'oliu idraulicu deve esse raffreddato per mantene a viscosità è impedisce l'ossidazione, ciò significa chì un radiatore d'oliu separatu (raffreddato à acqua o à aria) funziona continuamente, cunsumendu energia supplementare. A dumanda di raffreddamentu di una pressa convenzionale di 250 tunnellate in un ambiente di 30 °C hè sustanziale - tipicamente in l'intervallu di 15-25% di l'input elettricu di a macchina in un'operazione di trè turni.

Cumu un sistema servo-idraulicu usa a putenza

Un sistema servo-idraulicu rimpiazza u mutore à velocità costante cù un servomotore à velocità variabile - tipicamente un mutore sincronu à magneti permanenti (PMSM) - pilotatu da un azionamentu à frequenza variabile (VFD). U servomotore cuntrolla a velocità di u mutore per currisponde à a dumanda idraulica in tempu reale. Quandu u ciclu hè in fase di flussu altu (chjusura di u stampo, iniezione, plastificazione), u mutore aumenta à alta velocità. Quandu u ciclu hè in fase di flussu bassu (mantenimentu, raffreddamentu), u mutore diminuisce à una bassa velocità chì risponde ghjustu à a dumanda idraulica attuale. Quandu u ciclu hè à riposu (nisun muvimentu), u mutore pò fermà si cumpletamente o funziunà à velocità quasi nulla.

U risultatu hè chì a macchina servo-idraulica piglia solu a putenza chì hà bisognu per ogni fase di u ciclu. U mutore ùn funziona micca à velocità costante, a pompa ùn bypassa micca u flussu in eccessu, è a dissipazione di u calore di a valvula di bypass chì definisce l'inefficienza di a pressa convenzionale hè largamente eliminata.Bosch Rexroth, Yuken, è altri pruduttori di sistemi idraulici publicanu note d'applicazione cù paragoni di cunsumu energeticu misuratu trà servomotori è pompe fisse; a gamma tipica in i dati publicati hè di riduzione di l'energia di 40-80% nantu à e parti cù fasi di mantenimentu è di raffreddamentu significative, è di riduzione di 20-40% nantu à e parti cù fasi di mantenimentu è di raffreddamentu più brevi.

I risparmi ùn sò micca uniformi in tuttu u ciclu. I risparmi più grandi sò in a fase di raffreddamentu (a fase più longa à bassa dumanda in a maiò parte di i cicli), a seconda più grande in a fase di mantenimentu, è a più chjuca in a fase di iniezione (induve hè necessariu u flussu di piccu è u sistema servo funziona ancu à piccu). In una pressa tipica di 250 tunnellate chì stampa una parte ABS di 200 g cù un ciclu di 25 secondi, a fase di raffreddamentu hè circa u 50% di u ciclu, a fase di mantenimentu u 15%, e fasi di iniezione è plastificazione u 25%, è e fasi di apertura/chiusura u 10%. A fase di raffreddamentu hè induve a macchina servo risparmia di più.

U Servo Premium: Costu di Capitale vs Costu Operativu

Una macchina per stampaggio à iniezione servo-idraulica costa tipicamente da 30 à 60% di più chè una macchina convenzionale equivalente di u listessu tunnellaggiu è di a listessa dimensione di u stampu. U premiu esattu dipende da u custruttore di a macchina, da u fornitore di u sistema di servomotori è da e specifiche di a macchina. Per una pressa rappresentativa di 250 tunnellate, u premiu di servomotori in u mercatu attuale hè un incrementu di cinque cifre - significativu, ma micca trasfurmazionale per un direttore di fabbrica chì valuta l'acquistu.

A prima hè recuperata per via di i risparmi energetichi. Per dà un numeru à u ritornu di l'investimentu, sò necessarii trè input: i risparmi energetichi per ciclu, i cicli per turnu è u costu di l'elettricità. U Vickslinea di prudutti di sistemi servohè cunfiguratu per sistemi di servomotori basati nantu à pompe à palette in applicazioni di stampaggio à iniezione, cù risparmi energetichi à livellu di sistema in l'intervallu publicatu. Per una macchina di 250 tunnellate nantu à un ciclu di 25 secondi chì funziona per 6.000 ore à l'annu (circa dui turni continui), u risparmiu annuale di elettricità rientra in un intervallu significativu - abbastanza grande per rimbursà u premiu di servomotori in i primi 18-36 mesi di funziunamentu, secondu a tarifa elettrica lucale.

Nutizie di plasticaèTecnulugia di i plastichianu publicatu dati d'indagine pluriennale chì mostranu chì e macchine servo-idrauliche dominanu avà e vendite di presse nove in a gamma da 50 à 800 tunnellate in America di u Nordu, Europa è Asia Orientale, cù e presse convenzionali sempre più limitate à applicazioni specifiche di altu tunnellaggio è speciali. U cambiamentu di u mercatu hè ellu stessu una indicazione di a matematica di u ritornu di l'investimentu: se u premium servo ùn fussi micca statu recuperatu in un orizzonte di 3 anni, u mercatu ùn si saria micca mossu.

Mantenimentu: Induve i dui sistemi divergenu

U prufilu di mantenimentu di un sistema servo-idraulicu hè differente da una pressa cunvinziunale in trè duminii.

Prima, u servomotore stessu hà una manutenzione più bassa chè un motore à induzione di putenza equivalente - senza spazzole, senza anelli scorrevoli, è u rotore à magneti permanenti ùn richiede micca corrente d'eccitazione. U VFD hà u so propiu prufilu di manutenzione (ventilatori di raffreddamentu, condensatori elettrolitici cù una durata di vita di 8-12 anni), ma i cumpunenti attivi di u motore stessu sò cuncepiti per una longa durata di vita senza manutenzione prugrammata.

Siconda, a pompa idraulica in un sistema servo funziona à velocità variabile è tipicamente à un RPM mediu più bassu chè una pompa fissa nantu à una pressa cunvinziunale. Un RPM mediu più bassu significa una minore usura di i cuscinetti, un ciclu termicu più bassu è una vita di tenuta più longa. Dati di campu publicati daTecnulugia di Fabbricazione di Muffaè diversi fornitori di pompe idrauliche mostranu constantemente chì e pompe à palette in serviziu à velocità variabile anu una durata di serviziu significativamente più longa chè a stessa pompa à palette in serviziu à velocità fissa nantu à una pressa paragunabile.

Terzu, u radiatore d'oliu di una pressa servo-idraulica funziona menu cuntinuamente perchè a dissipazione di u calore di a valvula di bypass hè ridutta. U ventilatore di u radiatore o a pompa di l'acqua di raffreddamentu si accende è si spegne secondu a temperatura attuale di l'oliu invece di funziunà cuntinuamente. Un tempu di funziunamentu di u radiatore più bassu significa una manutenzione più bassa di u radiatore è un cunsumu elettricu parassita più bassu da u sistema di raffreddamentu.

A pressa cunvinziunale, invece, hà una usura più elevata di i cuscinetti nantu à u mutore è a pompa, una sustituzione di e guarnizioni più frequente è una tensione termica più elevata nantu à l'oliu chì accelera l'ossidazione di l'oliu è accurta l'intervallu di cambiamentu d'oliu. In una pressa cunvinziunale à trè turni, l'intervallu di cambiamentu d'oliu hè tipicamente di 4.000 ore; in una pressa servo-idraulica nantu à u listessu ciclu di travagliu, l'intervallu si estende à 6.000-8.000 ore. U costu di l'oliu in a finestra di 5 anni hè significativu: una pressa di 250 tunnellate cuntene 400-600 litri d'oliu idraulicu, è l'oliu più u costu di smaltimentu per ogni cambiamentu hè un articulu à quattru cifre in parechji mercati.

Rumore è ambiente di travagliu

A pressa cunvinziunale face funziunà u mutore è a pompa à piena velocità in continuu, generendu una firma acustica stabile in a gamma di 78-85 dB(A) à a stazione di l'operatore. A pressa servo-idraulica diminuisce a velocità di u mutore è di a pompa durante e fasi di mantenimentu è di raffreddamentu, riducendu significativamente u cuntributu di rumore da u sistema idraulicu. U rumore tutale di a macchina diminuisce à a gamma di 65-72 dB(A), chì hè a differenza trà un livellu di rumore chì richiede una prutezzione di l'uditu per l'esposizione à tuttu u turnu è unu chì hè à a soglia di u limite regulatoriu.

A riduzione di u rumore ùn hè micca un risparmiu direttu di costi, ma hè un veru benefiziu in i mercati cù regulamenti stretti nantu à u rumore occupazionale (Direttiva EU OSH 2003/10/EC, US OSHA 29 CFR 1910.95, China GBZ 2.2) induve a stampa convenzionale richiede una prutezzione di l'uditu per l'operatori. U costu di a prutezzione di l'uditu, di i testi audiometrichi è di l'infrastruttura di cuntrollu di u rumore in u pianu di a fabbrica ùn hè generalmente micca cunsideratu in u calculu di u rimborsu solu energeticu - ma hè un costu reale in un orizzonte di 5 anni.

Precisione è Ripetibilità

U sistema servo-idraulicu hà un vantaghju di precisione chì ùn appare micca sempre in u calculu di u rimborsu energeticu, ma si manifesta in u tassu di scarto. U cuntrollu di a pressione in circuitu chjusu cù un sensore di pressione è una pompa à velocità variabile mantene a pressione di a cavità in una banda più stretta chè un sistema à pompa fissa cù valvole proporzionali. Nantu à e parti à tolleranza stretta - ottiche, mediche, imballaggi - u miglioramentu di u tassu di scarto da solu pò pagà u premiu servo in un orizzonte di 5 anni, indipendentemente da u risparmiu energeticu.

Società di l'Ingegneri Plastichipublica articuli tecnichi nantu à a precisione di u stampaggio à iniezione servo-idraulica, cumprese a variazione di u pesu da colpu à colpu è i dati di ripetibilità dimensionale. U vantaghju di precisione publicatu hè chjucu nantu à e parti cù tolleranze rilassate (tipicamente una riduzione di u 10-20% in a variazione da colpu à colpu) è significativu nantu à e parti cù tolleranze strette (una riduzione di u 30-50%).

Induve l'idraulica cunvinziunale vince sempre

A pressa idraulica cunvinziunale à pompa fissa ùn hè micca obsoleta. Trè categurie d'applicazione a favuriscenu sempre.

• Macchine di assai altu tunnellaggiu (sopra à 1.500 tunnellate).U premiu di u sistema di servo scala in modu approssimativamente lineare cù a putenza di u mutore; à un tunnellaggiu assai altu, u premiu di servo assolutu diventa abbastanza grande da allungà u periodu di rimborsu. Alcune applicazioni specializate di altu tunnellaggiu richiedenu ancu caratteristiche di risposta dinamica specifiche chì un sistema à velocità variabile ùn furnisce micca cusì pulitamente cum'è un sistema à pompa fissa cù un grande accumulatore.
• Applicazioni à ciclu longu è à serviziu cuntinuu.Sè a pressa esegue un ciclu di 90 secondi nantu à una parte à pareti spesse cù una fase di mantenimentu longa è un funziunamentu continuu di trè turni, a macchina servo risparmia sempre energia, ma i risparmi sò ammortizzati annantu à un numeru più chjucu di cicli à l'annu. U periodu di rimborsu si allunga, è a macchina cunvinziunale diventa più cumpetitiva.
• Installazioni cù vincoli di capitale.Una fabbrica cù un budget di capitale limitatu è un orizzonte d'investimentu cortu pò sceglie razionalmente a pressa convenzionale solu per via di u costu di capitale, in particulare se u costu lucale di l'elettricità hè bassu.

Fora di queste trè categurie, u sistema servo-idraulicu hè a scelta dominante nantu à una basa di costu tutale di pruprietà di 5 anni. I dati di u mercatu cunfermanu questu: a parte di servo di e nuove installazioni di presse hè a maiurità in a maiò parte di e regioni è in a maiò parte di e classi di tunnellaggiu, cù l'eccezzione di l'applicazioni speciali di altu tunnellaggiu citate sopra.

Custruisce a Scheda di Travagliu TCO di 5 Anni

Una paragone di u costu tutale di pruprietà di 5 anni trà una pressa servo-idraulica è una pressa cunvinziunale hà quattru cumpunenti di costu: capitale, energia, manutenzione è rottami / tempi di inattività. Ognunu hè calculatu in modu diversu.

U costu di capitale hè u prezzu d'acquistu di a macchina più l'installazione, u trasportu, a furmazione è a messa in serviziu. U premiu di servo hè a differenza trà u costu di capitale di e duie macchine.

U costu energeticu hè u kWh cumulativu annantu à 5 anni, multiplicatu per a tarifa lucale di l'electricità. U risparmiu energeticu di a macchina servo hè a differenza trà l'energia di a pressa cunvinziunale è l'energia di a pressa servo durante u listessu periodu.

U costu di mantenimentu hè u costu cumulativu di e parti è di a manodopera annantu à 5 anni. A macchina servo hà tipicamente una manutenzione più bassa ligata à a pompa, una frequenza di cambiamentu d'oliu più bassa è una manutenzione più bassa di u radiatore. A macchina cunvinziunale hà una usura più alta di i cuscinetti di u mutore è di a pompa è un cunsumu d'oliu più altu.

U costu di i rottami è di i tempi di inattività hè u valore di i pezzi rottamati è u valore di a pruduzzione persa durante i tempi di inattività imprevisti. A macchina servo hà un cuntrollu di pressione più strettu è un tassu di rottami più bassu; a macchina cunvinziunale hà un tassu di rottami più altu nantu à i pezzi à tolleranza stretta, ma nisun svantaghju nantu à i pezzi à tolleranza rilassata.

U risparmiu nettu di 5 anni di a macchina servo hè a somma di u risparmiu energeticu più u risparmiu di manutenzione più u risparmiu di rottami / tempi di inattività, menu u premiu di servo. Se u risultatu hè pusitivu, a macchina servo vince. Se negativu, a macchina convenzionale vince à un orizzonte di 5 anni.

U Quadru di Decisione: Cinque Dumande da Fà Prima di Specificà

Per una stallazione specifica, a decisione trà servomotori è cunvinziunali pò esse ridutta à cinque dumande.

1. Chì ghjè u prufilu di u ciclu?E fasi lunghe di mantenimentu è di raffreddamentu favuriscenu u servomotore. I cicli corti cù una alta dumanda di flussu in tuttu u ciclu favuriscenu u servomotore cunvinziunale o cù poca differenza.
2. Chì ghjè u calendariu operativu?U funziunamentu cuntinuu in trè turni amplifica i risparmii energetichi. U funziunamentu in un solu turnu cù longhi periodi di inattività diluisce i risparmii perchè a pressa hè spenta per a maiò parte di a ghjurnata.
3. Quantu hè u costu lucale di l'elettricità ?I mercati à tariffe elevate (Europa, Giappone, gran parte di l'Asia orientale) acceleranu u ritornu di l'investimentu. I mercati à tariffe basse (parti di u Mediu Oriente, America di u Nordu cù gasu naturale abbundante) rallentanu u ritornu di l'investimentu.
4. Chì ghjè a tolleranza di parte?I pezzi cù tolleranze strette (medicali, ottiche, certi imballaggi) amplificanu u vantaghju di i servomotori per via di scarti più bassi. I pezzi cù tolleranze rilassate neutralizanu sta cumpunente di u risparmiu.
5. Chì ghjè a restrizione di capitale?Sè a prima di capitale ùn pò esse finanziata à un tassu raghjonevule, u periodu di rimborsu hè impurtante ancu s'è l'ecunumia à livellu di prughjettu hè pusitiva.

Per una pressa tipica di 250 tunnellate nantu à un ciclu di 25 secondi chì funziona in dui turni continui in un mercatu à tariffe moderate, u ritornu di l'investimentu hè in l'intervallu di 18-36 mesi. Per una pressa di 100 tunnellate nantu à un ciclu di 12 secondi chì funziona in un solu turnu in un mercatu à tariffe basse, u ritornu di l'investimentu pò estende si à 4 anni o più. U Vicksfogliu di travagliu di rimborsu di u prugettuincorpora tutte e cinque variabili è produce una raccomandazione specifica per u prugettu.

FAQ: Servo vs Stampaggio à iniezione idraulica convenzionale