進(jìn)而得到了從傳統(tǒng)注射成型改用mucell?微孔曝氣機(jī)成型的回報(bào)時間。計(jì)算依據(jù)是成 型周期或者節(jié)省的材料以及一臺全新微孔曝氣機(jī)注射成型機(jī)的初始投資
還有另外一種成本節(jié)省分析，就是對現(xiàn)有的注射成型機(jī)進(jìn)行改造，使其能夠用于微
孔成型：15]。改造的微孔曝氣機(jī)成型機(jī)遠(yuǎn)比全新的便宜。改造的微孔曝氣機(jī)成型機(jī)的性能主要取決于現(xiàn)有注射成型機(jī)本身。
12.8不同成型工藝的成本比較
第8章中介紹了幾種特殊的成型方法，其間的比較很有意思，數(shù)據(jù)是以結(jié)構(gòu)泡 沫為參照獲得的，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)泡沫是微孔曝氣機(jī)泡沫比較接近的參考。按照從最貴到{zpy}的順序排列是：反壓結(jié)構(gòu)泡沫、共注射成型結(jié)構(gòu)泡沫和傳統(tǒng)泡沫。詳細(xì)討論
412 微孔曝氣機(jī)塑料注射成型技術(shù)如下「1 ：
1) 共注射成型機(jī)價(jià)格{zg}；氣體反壓設(shè)備次之。共注射成型機(jī)、氣體反壓設(shè)備與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)泡沫設(shè)備的價(jià)格比為1. 5： 1. 04： 1。
2) 上述三種設(shè)備單位時間成本的順序類似于上述設(shè)備價(jià)格順序，三者之比為 l 28:1.05:1。
3) 比較上述三種方法所得注塑件的質(zhì)量可知，氣體反壓所得注塑件的質(zhì)量{zd0}， 因?yàn)槠湓谀＞邇?nèi)受到型腔中氣體的壓縮，產(chǎn)生的泡孔最少。三種方法所得注塑件的質(zhì)量之比為1.07:1:1。
4) 氣體反壓結(jié)構(gòu)泡沫、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)泡沫和共注射成型泡沫的成型周期之比為怎1.43:1。反壓成型時型腔的氣體壓力高，所用材料多，所得注塑件的質(zhì)量{zd0}，在其內(nèi)產(chǎn)生的泡孔比較少，這樣就可能需要更長的注射時間和更長的時間來冷卻多 出來的材料。十分有趣的是，共注射成型結(jié)構(gòu)泡沫的成型周期最短，甚至比傳統(tǒng)結(jié) 構(gòu)泡沫都短。這是結(jié)構(gòu)泡沫的厚度造成的，因?yàn)樵谀骋缓穸葧r，結(jié)構(gòu)泡沫會產(chǎn)生隔 熱體的作用，從而大大延長了冷卻時間。此外，還有一個原因是共注射原生料表層的表面質(zhì)量和更高的熱導(dǎo)率。另一方面，共注射時芯層泡沫用的化學(xué)發(fā)泡劑的量 最少，這也可能會縮短成型周期。成型周期的比值與微孔曝氣機(jī)泡沫的關(guān)系不大，因?yàn)?其厚度與微孔曝氣機(jī)泡沫和結(jié)構(gòu)泡沫的差異很大?？偟膩碚f，三種成型工藝的成型周期差異很大。
5) 氣體反壓結(jié)構(gòu)泡沫、共注射結(jié)構(gòu)泡沫和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)泡沫的模具成本之比為1.28:1.03:1'。
6) 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)泡沫、氣體反壓結(jié)構(gòu)泡沫和共注射結(jié)構(gòu)泡沫的總成本之比為 1.58:1.26:1.00。成本{zg}的是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)泡沫，氣體反壓的加工成本次之。共注射是成本{zd1}的，即使原生料表層之間的芯層泡沫不用回收料也是如此，用回收料時成本則更低。
12.9節(jié)能案例分析
下述能耗分析是基于實(shí)際使用機(jī)器上的案例進(jìn)行的。案例中工藝本身幾乎將不發(fā)泡 成型的生產(chǎn)效率{zd0}化了，成型周期盡可能地短。根據(jù)這些不發(fā)泡成型的實(shí)際數(shù)據(jù)，再根據(jù)另外一個微孔曝氣機(jī)成型數(shù)據(jù)庫中的參考數(shù)據(jù)預(yù)測微孔曝氣機(jī)成型。換句話說，這是保守成本分 析案例，對分析與產(chǎn)率{zd0}化的不發(fā)泡成型相比，如何通過微孔曝氣機(jī)成型來降低能耗來說是合理的。此外，這種分析僅是對使用化學(xué)發(fā)泡劑的注塑件的成型而言的，所以，其中沒 有氣泵的能耗。
表12-2中的數(shù)據(jù)是在十分合理的成型條件下使用注射成型機(jī)典型的現(xiàn)代全液壓鎖模裝置獲得的。在小的注射裝置上使用超大尺寸的螺桿，所以在同樣的線性注射速度下 注射體積流量也通過采用大直徑螺桿提高了（小注射缸中注射壓力低，但螺桿直徑大， 在這樣的液壓系統(tǒng)中油的體積流量相同時注射速度很高）。使用要求注射壓力低的大直
徑螺桿是降低成本的常用方法，這也是微孔曝氣機(jī)注射成型機(jī)中所用的方法，因?yàn)榈妥⑸鋲毫?和髙注射體積流量兩者的結(jié)合是徵孔成型所必需的。根據(jù)表12-2中的數(shù)據(jù)分析了微孔曝氣機(jī) 成型可能的節(jié)能效果。
表12-2中的前三個動作是裝人模芯、合模和鎖緊（典型的兩板鎖模系統(tǒng)），這 是在微孔曝氣機(jī)成型和不發(fā)泡成型中均営見k動作：所以，這些單個動作沒有節(jié)能。 表12-2中與微孔曝氣機(jī)成型有關(guān)的{dy}個節(jié)能動作是鎖模力建立，或者是降低鎖模力。假 設(shè)是在微孔曝氣機(jī)成型減重159的唷況下，鎖模力降低60%，這樣就要計(jì)算兩個參數(shù)。一 個是僅需建立40銥:的鎮(zhèn)模力，所以只有常規(guī)鎖模時間的40% (0.6sx40% =0.24s)。 另一個是建立這種低鎖模力只需要40%的油壓（26. 19w . hx40% = 10. 48w . h, 在與建通常鎖模力昕需時間相同的時間內(nèi)建立低的鎖模力）。這是忽略能量損失和能效變化，但不在機(jī)器滿負(fù)荷情況下運(yùn)行時立得到的結(jié)果。此外，在整個鎖模力維持期間能耗按照冷卻時間來計(jì)算，因?yàn)樵诤芏痰淖⑸鋾r間之后就開始冷卻，所以兩者 幾乎同時開始=
下—個可能的節(jié)能動作是輸送裝置向前運(yùn)動，因?yàn)槲⒖灼貧鈾C(jī)加工沒有流道斷裂。這可能節(jié)能5w.h，但不能看做是微孔曝氣機(jī)成型的節(jié)能，因?yàn)椴话l(fā)泡成型時也沒有流道斷裂。所以，表12-2中沒有這一動作（參見表7-10中整個成型周期中的不 發(fā)泡成型）。
之后，是注射裝置的節(jié)能，這是要關(guān)注的巨大降耗，不僅是成型所要關(guān)注的，而且 也是機(jī)器動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)要關(guān)注的。在成型過程中，在鎖模裝置上要進(jìn)行同樣的計(jì)算。也有兩個參數(shù)要考慮。一個是注射量要減少15%，也就是只需要不發(fā)泡注射行程的85% (114.5w ? h x 85% = 96.94w ? h)。另一個是只需要50%的油壓建立低注射壓力 (85.54w ? h x50% =42.77w ? h,在短時間內(nèi)是低注射壓力）。那么，微孔曝氣機(jī)成型注射周 期內(nèi)最終節(jié)省的能耗是42. 77w ? h。
了解這一點(diǎn)很重要，即機(jī)器的總動力（液壓栗的電動機(jī)）是注射速度與壓力的 乘積。注射裝置所需的總電力一般遠(yuǎn)高于注射成型的其他裝置。如果整臺機(jī)器根據(jù) 微孔曝氣機(jī)成型所需的注射壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，機(jī)器的總動力應(yīng)該小于傳統(tǒng)注射成型機(jī)。在大多數(shù)情況下，微孔曝氣機(jī)成型是在現(xiàn)有注射成型機(jī)上進(jìn)行的，只不過用能進(jìn)行微孔曝氣機(jī)成型的 裝置對其進(jìn)行了改造。因此，微孔曝氣機(jī)成型改造項(xiàng)目最節(jié)能的途徑就是在小注射裝置上使用超大螺桿。
很明顯，微孔曝氣機(jī)注射成型過程中保壓所需的能耗為零。因?yàn)槲⒖灼貧鈾C(jī)成型時，在后壓力裝置中沒有保壓過程，因此直接節(jié)能58.09w-h。
對于能量分析而言，加料是一個非常復(fù)雜的過程。在進(jìn)行不發(fā)泡成型和微孔曝氣機(jī)成型的 節(jié)能分析時要考慮下述因素：
1) 螺桿回位過程中背壓是控制回位過程中能耗的直接參數(shù)。傳統(tǒng)成型所需的背壓一般為3. 45mpa,而微孔曝氣機(jī)成型時背壓為6. 9pma左右，是維持溶液中氣體計(jì)量壓力的最 低背壓。
2) 微孔曝氣機(jī)成型螺桿回位的產(chǎn)率一般只有不發(fā)泡時的80% ~90%，平均值為85%,這
將用于理論計(jì)算，滿足所有情況，從小螺桿到大螺桿。
3) 微孔曝氣機(jī)成型時塑化轉(zhuǎn)矩可能有10%的下降，即使培體中含有氣體后黏度降低，在螺桿回位過程中所用的背壓高時也是如此。
4) 由于維持氣體計(jì)量所需的背壓很高，因此微孔曝氣機(jī)成型時塑料的熔融主要依靠的是 機(jī)械能，因而需要從機(jī)筒的加熱圈上獲取的熱量就少得多c利用螺桿中的機(jī)械能熔融塑 料實(shí)際上是塑化最為有效的途徑：
5) 微孔曝氣機(jī)成型時單相溶液（富氣體熔體）與不含氣體熔體的黏度之比約為6.8:匕 一般來說> 富氣體熔體的黏度降低1030%，所以平均下降值在20%左右6
根據(jù)上述事實(shí)提出的計(jì)算徽孔成型時的能耗公式為
l1 0x1. 15x0. 9 (11 屬
式中em—微孔曝氣機(jī)成型財(cái)?shù)哪芎模?br />
es—不發(fā)泡成型時的能耗；
uco?--- 減重比d
這樣，不發(fā)泡成型與微孔曝氣機(jī)成型回位速率之比為1.15:1左右，也就是說微孔曝氣機(jī)成型的產(chǎn)率比不發(fā)泡成型低15%。式（12-2)中的{zh1}一項(xiàng)是微孔曝氣機(jī)成型時轉(zhuǎn)矩的降低值， 一般是0,9s這樣微孔曝氣機(jī)成型時螺桿回位過程中的能耗約為364. 41w . h，仍然比不發(fā) 泡財(cái)?shù)停烙?jì)低49,,43w ■ h，即12%左右。微孔曝氣機(jī)成型時回位時同jl乎與不發(fā)泡時一樣，也就是不發(fā)泡時的回位時間，但注#f量減少15%。微孔曝氣機(jī)成型時由于氣體計(jì)量導(dǎo) 致背壓高，所以回位速率降低15%。另一方面，在仔細(xì)研究表12-2中注射成型每一個動作所消耗的能量后，發(fā)現(xiàn)耗能{zd0}的實(shí)際上是加料過程，而不是注射過程，因 為在小的注射裝置上用的是大的螺桿。此外，加料過程所占能耗比例{zd0}的另一個 原因是為得到大的注射量加料時間持續(xù)得長（為微孔曝氣機(jī)成型的短周期準(zhǔn)備的是大注射量）。這種長的螺桿回位時間是實(shí)現(xiàn)微孔曝氣機(jī)成型的{zh0}途徑，既節(jié)能，還能使螺桿回位 過程與整個冷卻過程重合，因?yàn)榇藭r模具冷卻過程中所消耗的能量少^在能耗計(jì)算 所用的注射成型機(jī)中，有三個泵用于保障螺桿回位只有一個小的栗用于保證冷卻期間鎖模所需的壓力。
下一個計(jì)算冷卻過程的能耗。這很簡單，油流回油箱，在冷卻過程中只有很少的池流補(bǔ)償為雒持鎖模力而造成的漏油。對于微孔曝氣機(jī)成型來說，數(shù)據(jù)表明，節(jié)省50%肘冷卻 時間是非常合理的，所以最終計(jì)算的冷卻能耗是10w . h左右。
鎖模力下降節(jié)省的能耗更多，這源于短時鎖模力下降，因?yàn)樗面i模力低，而且與滿載鎖模力要減少的鎖模力相比，其所要減少的鎖模力要小得多。最終鎖模力所節(jié)省的 能耗約為5,.83w-t。
{zh1}，考慮到微孔曝氣機(jī)成型件的質(zhì)量小，機(jī)械手垂直移動注塑件的移動載荷減小，由移動載荷與垂直移動距離的乘積等于功，所以脫模能有15%的節(jié)能。不過，機(jī)械手脫 模不能節(jié)省時同。
在該案側(cè)中預(yù)測的微孔曝氣機(jī)成邀機(jī)節(jié)能巨大。表12-2中的總成型周期和總能耗都有很大的降低。所以，與不發(fā)泡成型注塑件相比，對于每一個微孔曝氣機(jī)成型注塑件來說在加.工 條件十分合理的情況卞,，大型微孔曝氣機(jī)注射成型機(jī)節(jié)能高達(dá)26%。但是，比較大的節(jié)省還 是源于成型周期的縮短，與不發(fā)泡成型相比，成型周期縮短了 29%?？偰芎牡慕档捅仨毰c成型周期縮短相聯(lián)系，因?yàn)椴徽撌遣话l(fā)泡成型還是微孔曝氣機(jī)成型，螺桿回位都將滿足短 周期所需的能耗{zd0}化了s
這是計(jì)算微孔曝氣機(jī)或型過程中每一個動作所用能量的正確方法。通過上述分析，能夠找 到注射成型機(jī)聽有動作中所用時間最長和能耗{zd0}的動作。這樣，研究的重點(diǎn)就是所用時間最長和能耗{zd0}的動作，并設(shè)法將其減少。
在能量分析中還需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是注射能耗所占的高比例與鎖模能耗所占的低 比例，兩者能耗之比大于4:1。在肘桿式注射成型機(jī)中這一比例可能高于4:1,這就 意味著注射（即使時間很短）所需的能耗至少4倍于建立鎖模力所需的能耗。在該 案例中,加料能耗的持殊之處在于其幾乎占總能耗的一半。對于常見尺寸的螺桿則 只占總能耗的20% ,薄壁包裝注射成型機(jī)也是如此，因其要求有很高的加料能耗以滿足成型周期的要求.這是滎孔成型機(jī)中大尺寸螺桿必須滿足的要求。一般來說，冷卻是注射成型過程中最長的過程，幾乎占整個成型周期的50%左右。微孔曝氣機(jī) 成型大大縮短了冷卻時間，一般在10q -40% :除非使用電動螺桿，否則，這對注射成型機(jī)加料螺桿來說是一個挑戰(zhàn)，因其要具有很高的產(chǎn)率以滿足下述要求：在成 型冷卻完成之前螺桿必須完成回位。根據(jù)表12-2中的數(shù)據(jù)對注射成型機(jī)的進(jìn)一步節(jié) 能提出了建議：螺桿回位時有高產(chǎn)率要求時，使用電動螺桿；在改進(jìn)型液壓系統(tǒng)中 使用蓄能器以節(jié)省更多的能量。
計(jì)算總計(jì)節(jié)省的成本就很簡單了。如果用表12-2中的數(shù)據(jù)對100萬件注塑件進(jìn)行 計(jì)算，則將從以下幾個方面節(jié)省開支。
1) 人工費(fèi)為15美元/h左右。100萬件注塑件的成型周期縮短29%，就能節(jié)省 71 340美元（在人工費(fèi)用為15美元/h時，100萬件注塑件所節(jié)省的總時間為4 756h)。
2) 節(jié)省電費(fèi)17343.2美元（每一注塑件節(jié)電216. 79w . h, 100萬件就節(jié)省 216 790kw ? h,電價(jià)為 0. 08 美元/kw ? h)o
3}節(jié)省pe— hd材料費(fèi)用2 457 000美元（對于9. 1 kg的pe- hd注塑件，每件節(jié)省 15%的材料，100萬件節(jié)省材料1 365 000kg, pe-hd售價(jià)為1. 8美元/kg)。
1) 設(shè)備維修費(fèi)用降低4 756美元左右〈每100萬件注塑件縮短成型周期4 756h， 維修費(fèi)用為1美元/h)。
2) 其他節(jié)省包括水、監(jiān)制、管理、模具、設(shè)備載荷降低以及因質(zhì)量輕而帶來的注塑件壽命延長等。另一方面，機(jī)器的4 756h可以進(jìn)行另一個合同的成型，進(jìn)而使生產(chǎn) 更為靈活，產(chǎn)品可以比合同到期日提前4 756h交貨，這會使用戶高興，在用戶間建立起更好的信任關(guān)系。
此外，從表12-2中的數(shù)據(jù)還可以看出，用it臺注射成型機(jī)在lh內(nèi)成型微孔曝氣機(jī)注塑件
的總量為83件、而未發(fā)泡注塑件只有59件，這是成本的又一種巨大降低，因?yàn)檫@實(shí)際 上是單位產(chǎn)品的生產(chǎn)率提高了。
附錄a壓力降速率咖/也公式（第7章)
根據(jù)噴嘴孔或澆口直徑ds、螺桿直徑d等幾何參數(shù)和螺桿線性注射速度可以很容易導(dǎo)出壓力降速率辦/d^假設(shè)注射速度〃是線性的,而且是常數(shù)，那么，恒定的注射體積流量
? ttvd2 ,.,
q=-^r~ (a-i
假設(shè)有n.g個噴嘴（澆口）同時打開，那么，其內(nèi)的平均流動速度％ (單位為m/i 坷以表示為
那么，通過長為的噴嘴孔（淺o)的平均時間士（單位為s)定義為
dt == — (a-3
用式（a-2)代替式（a-3)中的&，式（在-3)變?yōu)?br />
dt =穿 (a-4
用式^1)代替式（a-4)中的
dt = f (a-5 假設(shè)熔體黏度為#的材料為牛頓流體，等溫，那為霄以導(dǎo)出辦（單位為pa):
,128 狀
如 f 一 -j— (a-6
用式(a-1)代替式(a-6)中的
1 32寧』 舊
dp= zr- (a-7
na
式(a-7)與式（a-5)之比為
dp yiwo if /ao
i=⑶ （a_8
式（a-8)與式（7-2)相同。當(dāng)?等于1時，就變成了式（7-1)。
