Servo Hidrolik Enjeksiyon Kalıplama ile Geleneksel Hidrolik Enjeksiyon Kalıplama Arasındaki 5 Yıllık Maliyet Karşılaştırması

Daha ucuz makinenin neden daha pahalıya mal olabileceği

Dongguan'daki bir kalıplama fabrikası müdürü, eski 250 tonluk geleneksel hidrolik presi, aynı özelliklere sahip yepyeni bir presle değiştirmişti. Yeni presin maliyeti, eşdeğer bir servo-hidrolik makinenin maliyetinin yarısından daha azdı. On sekiz ay sonra, fabrikanın kalıplama bölümündeki elektrik faturası bir önceki yıla göre %6 daha yüksekti; geleneksel pres, yerini aldığı eski presten belirgin şekilde daha fazla enerji tüketiyordu. Üçüncü yılın sonunda, gürültü, soğutma ihtiyacı ve yağ değişim aralığı hesaba katılmadan önce bile, geleneksel presin kümülatif elektrik maliyeti, eşdeğer servo makinenin fiyat farkını aşmıştı. Fabrika sonunda presi değiştirmek yerine mevcut prese bir servo sistemi entegre etti ve ilk tam ay içinde enerji tüketiminin yarı yarıya düştüğünü gördü.

Servo-hidrolik ve geleneksel hidrolik enjeksiyon kalıplama arasında seçim yapmak, basit bir "yenisi daha iyidir" kararı değildir. Bu, makinenin tonajına, çevrim profiline, çalışma saatlerine ve yerel elektrik maliyetine bağlı olarak 5 yıllık toplam sahip olma maliyeti hesaplamasıdır. Bu makale, bu hesaplamayı ayrıntılı olarak ele alıyor: enerji açığının gerçekte neye benzediği, bakım açığının neye benzediği, geleneksel makinenin hala hangi noktalarda avantajını koruduğu ve belirli bir kurulum için rakamların nasıl bir araya getirileceği.

Geleneksel bir hidrolik presin gücü nasıl kullandığı

Geleneksel sabit pompalı hidrolik enjeksiyon kalıplama makinesi, genellikle değişken frekanslı sürücü olmadan doğrudan şebekeye bağlı, sabit hızda çalışan bir elektrik motoruna sahiptir. Motor, genellikle kanatlı pompa veya eksenel pistonlu pompa olan sabit deplasmanlı bir hidrolik pompayı çalıştırır ve bu pompa, yüke orantılı bir basınçta sabit bir hidrolik sıvı akışı sağlar. Makinenin yön kontrol valfleri, oransal valfleri ve servo valfleri, döngünün kalıp kapatma, enjeksiyon, bekleme, plastikleştirme ve kalıp açma aşamalarına uyacak şekilde akış ve basıncı ayarlar.

Motor, hidrolik talebin düşük olduğu durumlarda bile, tüm çevrim boyunca tam hızda çalışır. Parçanın boşluk basıncını korumak için tepe akışının yalnızca bir kısmına ihtiyaç duyduğu bekleme aşamasında, fazla akış bir emniyet valfi aracılığıyla tekrar depoya yönlendirilir ve enerji ısı olarak dağılır. Az miktarda sıkıştırma tonajı dışında hiçbir hidrolik akışa ihtiyaç duyulmadığı soğutma aşamasında ise pompa hala tam hızda dönmekte, tam güç çekmekte ve baypas valfi hala fazla akışı boşaltmaktadır. Sabit pompa sisteminin yapısal verimsizliği budur: motor ve pompa tek bir çalışma noktasında çalışır ve bu nokta ile gerçek hidrolik talep arasındaki herhangi bir uyumsuzluk ısı olarak kaybolur.

Isının kendisi bedava değildir. Hidrolik yağın viskozitesini korumak ve oksidasyonu önlemek için soğutulması gerekir; bu da ayrı bir yağ soğutucunun (su soğutmalı veya hava soğutmalı) sürekli çalışması ve ek güç tüketmesi anlamına gelir. 30 °C ortam sıcaklığında 250 tonluk geleneksel bir presin soğutma ihtiyacı oldukça fazladır; üç vardiyalı çalışma düzeninde makinenin elektrik girişinin tipik olarak %15-25'i aralığındadır.

Servo-Hidrolik Sistem Gücü Nasıl Kullanır?

Servo-hidrolik sistem, sabit hızlı motorun yerine, genellikle kalıcı mıknatıslı senkron motor (PMSM) olan ve değişken frekanslı sürücü (VFD) tarafından tahrik edilen değişken hızlı bir servo motor kullanır. Servo sürücü, hidrolik talebe gerçek zamanlı olarak uyacak şekilde motor hızını kontrol eder. Döngü yüksek akış fazındayken (kalıp kapatma, enjeksiyon, plastikleştirme), motor yüksek hıza çıkar. Döngü düşük akış fazındayken (bekletme, soğutma), motor gerçek hidrolik talebi karşılayacak düşük bir hıza iner. Döngü durduğunda (hareket yok), motor tamamen durabilir veya sıfıra yakın hızda çalışabilir.

Sonuç olarak, servo-hidrolik makine, çevrimin her aşaması için yalnızca ihtiyaç duyduğu gücü çeker. Motor sabit hızda çalışmaz, pompa fazla akışı baypas etmez ve geleneksel preslerin verimsizliğini tanımlayan baypas vanası ısı dağılımı büyük ölçüde ortadan kalkar.Bosch Rexroth, YukenDiğer hidrolik sistem üreticileri, servo pompa ile sabit pompa arasındaki enerji tüketimi karşılaştırmalarını içeren uygulama notları yayınlamaktadır; yayınlanan verilerdeki tipik aralık, önemli bekleme ve soğutma aşamalarına sahip parçalarda %40-80, daha kısa bekleme ve soğutma aşamalarına sahip parçalarda ise %20-40 enerji tasarrufudur.

Tasarruflar döngü boyunca eşit değildir. En büyük tasarruf soğutma aşamasında (çoğu döngüde en uzun düşük talep aşaması), ikinci en büyük tasarruf bekleme aşamasında ve en küçük tasarruf ise enjeksiyon aşamasında (pik akışın gerekli olduğu ve servo sisteminin de pik kapasitede çalıştığı aşama) gerçekleşir. Tipik bir 250 tonluk presin 25 saniyelik bir döngüyle 200 g ABS parçayı kalıplamasında, soğutma aşaması döngünün yaklaşık %50'sini, bekleme aşaması %15'ini, enjeksiyon ve plastikleştirme aşamaları %25'ini ve açma/kapama aşamaları %10'unu oluşturur. Servo makinesi en fazla tasarrufu soğutma aşamasında sağlar.

Servo Primi: Sermaye Maliyeti ve İşletme Maliyeti Arasındaki Fark

Servo-hidrolik enjeksiyon kalıplama makineleri, aynı tonaj ve enjeksiyon hacmine sahip eşdeğer geleneksel makinelere göre genellikle %30-60 daha pahalıdır. Tam fiyat farkı, makine üreticisine, servo sistem tedarikçisine ve makine özelliklerine bağlıdır. Temsili bir 250 tonluk pres için, mevcut piyasada servo sistem fiyat farkı beş haneli bir artıştır; bu, anlamlıdır ancak satın almayı değerlendiren bir fabrika yöneticisi için dönüştürücü değildir.

Prim, enerji tasarrufu yoluyla geri kazanılır. Geri ödeme süresini rakamlarla ifade etmek için üç girdiye ihtiyaç vardır: döngü başına enerji tasarrufu, vardiya başına döngü sayısı ve elektrik maliyeti. Vicksservo sistem ürün serisiEnjeksiyon kalıplama uygulamalarında kanatlı pompa tabanlı servo sistemler için yapılandırılmıştır ve sistem düzeyinde enerji tasarrufu yayınlanan aralıktadır. Yılda 6.000 saat çalışan (yaklaşık iki vardiya kesintisiz) 25 saniyelik bir çevrimde 250 tonluk bir makine için yıllık elektrik tasarrufu anlamlı bir aralıktadır; yerel elektrik tarifesine bağlı olarak, servo primini ilk 18-36 ay içinde geri ödeyecek kadar büyüktür.

Plastik HaberleriVePlastik TeknolojisiÇok yıllık anket verileri yayınlandı ve bu veriler, Kuzey Amerika, Avrupa ve Doğu Asya'da 50 ila 800 ton aralığındaki yeni pres satışlarında servo-hidrolik makinelerin artık hakim olduğunu, geleneksel preslerin ise giderek belirli yüksek tonajlı ve özel uygulamalarla sınırlı kaldığını gösteriyor. Piyasadaki bu değişim, geri ödeme matematiğinin de bir göstergesidir: Eğer servo makinelerin prim maliyeti 3 yıllık bir süre içinde geri kazanılmasaydı, piyasa bu şekilde değişmezdi.

Bakım: İki Sistemin Ayrıldığı Nokta

Servo-hidrolik sistemin bakım profili, geleneksel bir presten üç alanda farklılık gösterir.

Öncelikle, servo motorun kendisi, eşdeğer güçteki bir indüksiyon motoruna göre daha az bakım gerektirir; fırça yok, kayma halkası yok ve kalıcı mıknatıslı rotor uyarma akımına ihtiyaç duymaz. VFD'nin kendine özgü bir bakım profili vardır (soğutma fanları, 8-12 yıl kullanım ömrüne sahip elektrolitik kondansatörler), ancak motorun aktif bileşenleri, planlı bakım gerektirmeden uzun bir kullanım ömrü için tasarlanmıştır.

İkinci olarak, servo sistemdeki hidrolik pompa değişken hızda ve genellikle geleneksel bir pres üzerindeki sabit bir pompaya göre daha düşük ortalama devirde çalışır. Daha düşük ortalama devir, daha düşük yatak aşınması, daha düşük termal döngü ve daha uzun conta ömrü anlamına gelir. Saha verileri şu kaynaktan yayınlanmıştır:Kalıp Üretim TeknolojisiÇeşitli hidrolik pompa tedarikçileri, değişken hızda çalışan kanatlı pompaların, aynı pres üzerinde sabit hızda çalışan aynı kanatlı pompaya göre anlamlı derecede daha uzun bir kullanım ömrüne sahip olduğunu sürekli olarak göstermektedir.

Üçüncüsü, servo-hidrolik preslerdeki yağ soğutucu, baypas valfinin ısı dağılımı azaldığı için daha az sürekli çalışır. Soğutucu fanı veya soğutma suyu pompası, sürekli çalışmak yerine, gerçek yağ sıcaklığına bağlı olarak açılıp kapanır. Daha düşük soğutucu çalışma süresi, daha düşük soğutucu bakımı ve soğutma sisteminden daha düşük parazitik elektrik tüketimi anlamına gelir.

Geleneksel preslerde ise motor ve pompa üzerinde daha yüksek yatak aşınması, daha sık conta değişimi ve yağ oksidasyonunu hızlandıran ve yağ değişim aralığını kısaltan daha yüksek termal stres söz konusudur. Üç vardiyalı geleneksel bir preste yağ değişim aralığı tipik olarak 4.000 saattir; aynı çalışma döngüsündeki servo-hidrolik bir preste ise bu aralık 6.000-8.000 saate kadar uzar. 5 yıllık süre zarfındaki yağ maliyeti oldukça önemlidir; 250 tonluk bir pres 400-600 litre hidrolik yağ içerir ve her değişimde yağ ve atık bertaraf maliyeti birçok pazarda dört haneli bir rakama ulaşır.

Gürültü ve Çalışma Ortamı

Geleneksel pres, motoru ve pompayı sürekli olarak tam hızda çalıştırarak operatör kabininde 78-85 dB(A) aralığında sabit bir akustik imza oluşturur. Servo-hidrolik pres, bekleme ve soğutma aşamalarında motor ve pompa hızını düşürerek hidrolik sistemden kaynaklanan gürültüyü önemli ölçüde azaltır. Toplam makine gürültüsü 65-72 dB(A) aralığına düşer; bu da tüm vardiya boyunca maruz kalma için işitme koruması gerektiren gürültü seviyesi ile yasal sınırın eşiğinde olan seviye arasındaki farktır.

Gürültü azaltımı doğrudan bir maliyet tasarrufu sağlamaz, ancak geleneksel pres makinelerinin operatörler için işitme koruması gerektirdiği, katı iş yeri gürültü düzenlemelerinin (AB İş Sağlığı ve Güvenliği Direktifi 2003/10/EC, ABD OSHA 29 CFR 1910.95, Çin GBZ 2.2) bulunduğu pazarlarda gerçek bir fayda sağlar. İşitme koruması, odyometrik test ve fabrika zeminindeki gürültü kontrol altyapısının maliyeti genellikle yalnızca enerjiye dayalı geri ödeme hesaplamasında hesaba katılmaz, ancak 5 yıllık bir ufukta gerçek bir maliyettir.

Hassasiyet ve Tekrarlanabilirlik

Servo-hidrolik sistem, enerji geri ödeme hesaplamasında her zaman görünmeyen ancak hurda oranında kendini gösteren bir hassasiyet avantajına sahiptir. Basınç sensörü ve değişken hızlı pompa ile kapalı devre basınç kontrolü, oransal valfli sabit pompa sistemine göre boşluk basıncını daha dar bir aralıkta tutar. Optik, tıbbi, ambalaj gibi hassas toleranslı parçalarda, hurda oranındaki iyileşme tek başına, enerji tasarrufundan bağımsız olarak, 5 yıllık bir süre içinde servo sisteminin maliyetini karşılayabilir.

Plastik Mühendisleri DerneğiServo-hidrolik enjeksiyon kalıplama hassasiyeti üzerine, kalıptan kalıplamaya ağırlık değişimi ve boyut tekrarlanabilirliği verileri de dahil olmak üzere teknik makaleler yayınlamaktadır. Yayınlanan hassasiyet avantajı, gevşek toleranslı parçalarda küçüktür (tipik olarak kalıptan kalıplamaya değişimde %10-20 azalma), ancak sıkı toleranslı parçalarda anlamlıdır (%30-50 azalma).

Geleneksel Hidrolik Sistemlerin Hala Kazandığı Noktalar

Geleneksel sabit pompalı hidrolik presler eskimiş değildir. Üç uygulama kategorisinde hala tercih edilmektedir.

• Çok yüksek tonajlı makineler (1.500 tonun üzerinde).Servo sistem primi, motor gücüyle yaklaşık olarak doğrusal bir şekilde artar; çok yüksek tonajlarda, mutlak servo primi o kadar büyük olur ki, geri ödeme süresi uzar. Bazı özel yüksek tonajlı uygulamalar ayrıca, değişken hızlı bir sistemin, büyük bir akümülatöre sahip sabit pompalı bir sistem kadar temiz bir şekilde sağlayamadığı belirli dinamik tepki özelliklerini de gerektirir.
• Uzun döngülü, sürekli çalışma gerektiren uygulamalar.Kalın duvarlı bir parça üzerinde uzun bekleme fazı ve sürekli üç vardiya çalışmasıyla 90 saniyelik bir çevrim gerçekleştiren preslerde, servo makine yine de enerji tasarrufu sağlar ancak bu tasarruf yılda daha az sayıda çevrim üzerinden amorti edilir. Geri ödeme süresi uzar ve geleneksel makine daha rekabetçi hale gelir.
• Sermaye kısıtlı tesisler.Sınırlı sermaye bütçesine ve kısa yatırım ufkuna sahip bir tesis, özellikle yerel elektrik maliyetinin düşük olması durumunda, yalnızca sermaye maliyetini göz önünde bulundurarak geleneksel presleme yöntemini rasyonel bir şekilde tercih edebilir.

Bu üç kategori dışında, servo-hidrolik sistem, 5 yıllık toplam sahip olma maliyeti bazında baskın tercih konumundadır. Piyasa verileri bunu doğrulamaktadır: Yeni pres kurulumlarında servo sistemlerin payı, yukarıda belirtilen yüksek tonajlı özel uygulamalar hariç, çoğu bölgede ve çoğu tonaj sınıfında çoğunluğu oluşturmaktadır.

5 Yıllık Toplam Sahip Olma Maliyeti (TCO) Çalışma Sayfasının Oluşturulması

Servo-hidrolik ve geleneksel bir pres arasında 5 yıllık toplam sahip olma maliyeti karşılaştırması dört maliyet bileşeninden oluşur: sermaye, enerji, bakım ve hurda/arıza süresi. Her biri farklı şekilde hesaplanır.

Sermaye maliyeti, makinenin satın alma fiyatına kurulum, nakliye, eğitim ve devreye alma masraflarının eklenmesiyle oluşur. Servo primi ise iki makinenin sermaye maliyeti arasındaki farktır.

Enerji maliyeti, 5 yıl boyunca biriken kWh değerinin yerel elektrik tarifesiyle çarpılmasıyla elde edilir. Servo makinenin enerji tasarrufu ise aynı dönemde geleneksel pres enerjisi ile servo pres enerjisi arasındaki farktır.

Bakım maliyeti, 5 yıl boyunca toplam parça ve işçilik maliyetidir. Servo makinelerde genellikle pompa ile ilgili bakım, yağ değişim sıklığı ve soğutucu bakımı daha düşüktür. Geleneksel makinelerde ise motor ve pompadaki yatak aşınması daha fazladır ve yağ tüketimi daha yüksektir.

Hurda ve arıza süresi maliyeti, hurdaya ayrılan parçaların değeri ve planlanmamış arıza süresi boyunca kaybedilen üretimin değeridir. Servo makine daha sıkı basınç kontrolüne ve daha düşük hurda oranına sahiptir; geleneksel makine ise sıkı toleranslı parçalarda daha yüksek hurda oranına sahipken, gevşek toleranslı parçalarda herhangi bir dezavantajı yoktur.

Servo makinenin 5 yıllık net tasarrufu, enerji tasarrufu, bakım tasarrufu ve hurda/arıza tasarrufunun toplamından servo priminin çıkarılmasıyla elde edilir. Sonuç pozitif ise servo makine kazanır. Negatif ise, 5 yıllık süre zarfında geleneksel makine kazanır.

Karar Verme Çerçevesi: Belirlemeden Önce Sorulması Gereken Beş Soru

Belirli bir kurulum için, servo mu yoksa geleneksel mi sorusu beş soruya indirgenebilir.

1. Döngü profili nedir?Uzun bekleme ve soğutma aşamaları servo sistemleri destekler. Yüksek akış talebinin olduğu kısa çevrimlerde ise geleneksel veya servo sistemler arasında çok az fark vardır.
2. Çalışma programı nedir?Sürekli üç vardiyalı çalışma, enerji tasarrufunu artırır. Uzun bekleme süreleriyle tek vardiyalı çalışma ise, presin günün büyük bölümünde kapalı olması nedeniyle tasarrufu azaltır.
3. Bölgedeki elektrik maliyeti ne kadar?Yüksek gümrük vergisi uygulanan pazarlar (Avrupa, Japonya, Doğu Asya'nın büyük bir kısmı) geri ödemeyi hızlandırır. Düşük gümrük vergisi uygulanan pazarlar (Orta Doğu'nun bazı bölgeleri, bol doğal gaz bulunan Kuzey Amerika) geri ödemeyi yavaşlatır.
4. Parça toleransı nedir?Sıkı toleranslı parçalar (tıbbi, optik, bazı ambalajlar) daha düşük hurda oranı sayesinde servo avantajını artırır. Gevşek toleranslı parçalar ise bu tasarruf bileşenini ortadan kaldırır.
5. Sermaye kısıtlaması nedir?Sermaye primi makul bir faiz oranıyla finanse edilemiyorsa, proje düzeyindeki ekonomik veriler olumlu olsa bile geri ödeme süresi önem kazanır.

Tipik bir 250 tonluk presin, orta düzeyde gümrük vergisi uygulanan bir pazarda, iki vardiya halinde sürekli olarak 25 saniyelik bir döngüde çalışması durumunda, geri ödeme süresi 18-36 ay aralığındadır. Düşük gümrük vergisi uygulanan bir pazarda, 100 tonluk bir presin, tek vardiya halinde 12 saniyelik bir döngüde çalışması durumunda ise geri ödeme süresi 4 yıl veya daha fazla olabilir. Vicksproje geri ödeme çalışma sayfasıBeş değişkenin tamamını dikkate alarak projeye özel bir öneri sunar.

Sıkça Sorulan Sorular: Servo ve Geleneksel Hidrolik Enjeksiyon Kalıplama Karşılaştırması