Они также являются альтернативами коленно-рычажным системам для тех формовщиков, которые предпочитают “чувствовать” непосредственно прямое гидравлическое сжимание формы. (Говорят, что такое преимущество есть и у некоторых не коленно-рычажных электрических зажимных устройств “прямого давления”).
Гибридные конструкции начали сначала создаваться просто за счет “электрификации” шнековых пластикаторов, “наибольших поглотителей энергии”, по мнению Хикса из Sumitomo. Поставщики всех типов установок говорят, что это утверждение справедливо по-прежнему для всех видов установок. При работе на типичном гидравлическом прессе, “менее 21% энергии тратится на инжекцию. Примерно 7% идет на зажимное устройство, и еще 5% на извлечение”, - поясняет Хикс. “Таким образом, остается 66% энергии, которую можно использовать для извлечения шнека. На каждом из этапов возможна экономия при использовании электрической технологии”. Тем не менее, очевидно, что самым эффективным с точки зрения затрат отдельным этапом является “электрификация” вращения шнека, что, по мнению источников из компании Battenfeld и других производителей, повышает однородность впрыска, а также улучшает управление скоростью шнека и противодавлением.
По этим причинам компания Boy Machines, стойкий приверженец гидравлической технологии, предлагает на рынке опцию с электрическим приводом шнека. А в Husky говорят, что их гибридные прессы Hylectric и Hypac, которые являются гидравлическими за исключением привода шнека, составляют на сегодняшний день 70% продаж компании (исключая преформы из PET).
Категория гибридов расширилась, и теперь включает несколько конфигураций конструкции с различными вариантами гибридов гидравлических и электрических функций, в особенности, некоторые установки от компаний Demag, Meiki, Mitsubishi, и Sodick, которые снабжены электрическим перемещением зажимного устройства, но самостоятельно функционирующей гидравлической системой в перемещающейся плите для создания давления зажимного устройства. В них используется небольшое количество масла и зажимной цилиндр с коротким ходом для получения высокой скорости и энергоэффективности. Тем не менее, Krauss-Maffei отказалась от этой конструкции из-за ее относительной дороговизны.
В некоторых так называемых гибридных установках используется технология, которая имелась уже на протяжении 20 лет и использовалась для повышения эффективности гидравлических прессов: замена привода двигателя насоса постоянного тока с фиксированной скоростью приводом переменного тока с переменной скоростью. Благодаря этому насос работает только тогда, когда в нем есть потребность (как электрический серводвигатель), и перекачивает только необходимое количества масла. Такая технология используется в гибридных установках таких компаний, как: Mitsubishi, Milacron, Nissei, и Demag.
Фактически новая серия гибридов компании Nissei FNX представляет собой гидравлическую серию с сервоприводным насосом X. Сообщается, что в этой модификации гидравлического пресса используется на 55% меньше масла и на 40% меньше энергии, чем в традиционной гидравлической системе из серии Nissei FN. Установка дает время реагирования при инжекции 40 миллисекунд, что, по имеющимся данным, сопоставимо с высокой скоростью реагирования электрической установки, а также скорость инжекции 400 мм в секунду, что почти на 50% выше, чем у гидравлической установки. В отличие от утверждений других поставщиков, Nissei заявляет, что у ее установок есть преимуществ в области материально-технического обслуживания, поскольку она снабжена такими деталями, как шариковинтовая передача, которые изнашиваются чаще других. На долю FNX уже приходится 15% мировых продаж Nissei по сравнению с 47.5% для электрических установок и 37.5% для гидравлических. Экономика энергетики
Экономия энергии всегда приводится в качестве первого аргумента в пользу приобретения полностью электрифицированных прессов. Дэвид Бернарди, старший менеджер по продажам и маркетингу компании Ube, считает, что этот фактор за последнее время приобрел еще большее значение из-за роста цен на нефть и природные газ.
Бек из компании Tessy Plastics считает, что энергосбережение от использования электрических установок, является существенным преимуществом. Его компания изготовила полипропиленовый разъем формы для 385-тонной электрической установки и сопоставимого гидравлического пресса. “Мы учли все, что имеет отношение к энергопотреблению”, - говорит Бек. “Мы проверили нагрузку, включая нагрузку для кондиционирования воздуха для нейтрализации тепла, идущего от установки. Мы учли потребление энергии установкой охлаждения, которая используется для охлаждения гидравлических насосов”. В компании Tessy установили, что гидравлическая установка затрачивает эквивалент в $8 в час на производство продукта, в то время как электрическая установка требует всего $3 в час. “Если мы осуществляем производство детали на протяжении 8400 часов в год (семь дней в неделю, 24 часа в день на протяжении 50 недель), это будет стоить нам $67,200 при использовании гидравлической установки, и всего $25,200 при использовании электрической. А это означает экономию $42,000 в год”, - заключает Бек.
Производители установок утверждают, что экономия электроэнергии может компенсировать премиальную наценку при покупке электрической машины. Дэвид Вуасар, менеджер специальных проектов компании Mitsubishi, говорит, что такая экономия образуется не только за счет более низких затрат на энергию на цикл, но также и за счет меньшей продолжительности циклов, которая позволяет закончить работу за меньший период времени, сэкономить на трудозатратах и накладных расходах точно так же, как и на энергопотреблении. Вуасар отмечает, что экономия увеличивается и за счет менее высоких требований к башням охлаждения и меньших затрат на материально-техническое обслуживание. Аналогично, график сопоставления затрат, составленный Milacron, показывает, какое влияние оказало исключение гидравлического масла, трудозатрат на замену масла, затрат на утилизацию масла, а также уменьшение количества лома из-за повышения качества деталей при использовании электрического пресса.
Другой способ, с помощью которого за счет экономии энергии можно компенсировать стоимость электрической установки, является получение возмещения за сокращение энергопотребления. Компания Apex Resource Technologies Inc., осуществляющая формование по индивидуальным заказам в Питтсфилде, Массачусетс, получила такое возмещение от своей компании по предоставлению коммунальных услуг за то, что приобрела электрическую установку. Компания Apex приобрела электрическую установку за $150,000, и получила $35,000 чек на возмещение от своей обслуживающей компании. Гидравлическая машина того же размера стоит от $110,000 до $120,000. Таким образом, эта выплата компенсировала ценовую премию. Дон Рочело, президент компании Apex, говорит: “Компенсационная выплата не являлась для нас побудительно причиной для приобретения электрической установки. Это был бонус”. Лайам Бернс, генеральный директор компании Negri Bossi USA, отмечает, что компенсационные выплаты коммунальных служб в других штатах, включая Коннектикут и Нью-Джерси, могут “свести разницу в цене между электрическими и гидравлическими установками практически к нулю”.
Бернс также отмечает, что местные цены на энергию могут иметь большое значение при выборе типа установки. “На Среднем Западе по-прежнему приобретают много гидравлических установок, поскольку цена за киловатт здесь по-прежнему низкая, в то время, как на северо-востоке и в Калифорнии стоимость электроэнергии в два-три раза выше. Эти различия в ценах на энергоносители коренным образом меняют окупаемость электрических установок”.
Боб Кох, президент компании Boy Machines, оспаривает заявления о том, что электрические машины дают существенную экономию электроэнергии, и высказывает сомнение в том, что формовщики должны платить премиальную надбавку к цене. “Мы сделали вывод, что экономия электроэнергии не является важным критерием для работы с небольшими прессами, поскольку это различие недостаточно для того, чтобы окупить премиальную наценку, которую надо платить за электрическую установку”. По словам Коха, в ходе испытаний, которые компания проводила семь лет тому назад, “ срок для получения прибыли на капиталовложение на основе одного только энергопотребления составит от 20 до 30 лет для установок в диапазоне от 60 до 100 тонн”. Компания Boy провела испытания своей 88-тонной гидравлической установки по сравнению со 110-тонным электрическим прессом. 88-тонная установка Boy имеет общее потребление электроэнергии 17.4 квт-ч в час.
“При цене 10¢/квт-ч, часовое потребление составит $1.74. При работе установки в течение 16 часов в день пять дней в неделю, 50 недель в год, затраты на электроэнергию составят $6960, а начальная цена пресса составит $69,100. 110-тонный электрический пресс имеет общее потребление электроэнергии 13.4 квт-ч в час, стоимость составит $1.34/час. Если такая установка будет работать 16 часов в день, пять дней в неделю в течение 50 недель, общие затраты на электроэнергию составят $5360. “Первоначальные затраты на приобретение электрической машины составят $119,750”, - говорит Кох. Он говорит, что экономия электроэнергии составит примерно $1600 в год, и потребуется 31 год для того, чтобы окупить премиальную наценку в $50,650, которую заплатили за электрическую установку. Кох также сообщает, что проведенные всего год тому назад испытания, показали, что срок получения прибыли на инвестиции составит 10 – 15 лет.
“При том, что затраты на смолу составляют обычно 50% общих затрат на формованием, а затраты на электроэнергию обычно менее 4%, основное внимание следует уделять сведению к минимуму потребления смолы и затрат на смолу при получении максимального количества качественных изделий к концу рабочего дня”, - говорит Джим Стюарт, менеджер внутренних продаж гибридных установок Hylectric компании Husky. Отсюда премиальная наценка для установок, обеспечивающих точное формование и высокую скорость инжекции.
Еще одним важным преимуществом электрических установок, о котором заявляется, считаются более высокая скорость и возобновляемость. Заказчик компании Toshiba из США осуществляет формование потребительских товаров из найлона с использованием пресс-формы на 48 гнезд с продолжительностью цикла 8.3 секунды и 12% брака, эксплуатируя последнюю модель, 120-тонный гидравлический пресс. Майкл Вернер, технический коммерческий директор компании Toshiba, сообщает, что этому заказчику удалось получить продолжительность цикла 5.8 секунд и менее 2% лома, при производстве детали на 110-тонной гибридной установке Toshiba. “Сокращение продолжительности цикла, в основном, создается за счет более быстрого впрыска, а сокращение количества лома происходит благодаря более точным движениям зажимного устройства”, - говорит он. Меньшая продолжительность цикла и меньшее количество лома заставляют формовщика рассматривать вопрос о замене 40 гидравлических машин 27 электрическими установками.
Но более быстрое функционирование может не означать способности выполнять все виды формовочных работ. “Если у меня деталь с тонкими стенками, и мне надо заполнить гнездо в течение определенного времени, это может определять тип установки, который я буду использовать”, - говорит Марк Элсасс, директор по технологии компании Milacron. Если мне надо произвести стаканчик для йогурта на пресс-форме с числом гнезд от 32 до 48 и на 400-тонной установке, мне может понадобиться большая доза впрыска, а также способность заполнять пресс-форму в течение 0.3 - 0.4 секунд. А это может оказаться невозможным с использованием полностью электрифицированной установки. А вот с использованием гидравлической с аккумуляторной поддержкой, это уже совсем другое дело”.
Элсасс приводит следующий пример: “У нас был заказчик, который производил емкости для деликатесов с тонкими стенками с толщиной 0.024 - 0.026 дюйма на полностью электрифицированном прессе. Пресс-форма заполнялась за 0.5 секунды, но формовщик понимал, что пресс работает на пределе своих возможностей. Мы провели испытания для этой детали на гибридном прессе, у которого устройство для инжекции работало от аккумуляторного гидравлического привода. Гнездо заполнялось менее, чем за 0.3 секунды.
У Tessy plastics все было по-другому. “Для выполнения некоторых видов работ наши электрические установки развивают такую же высокую скорость, что и аккумуляторные гидравлические”, - говорит Бек. Tessy приобрела 385-тонную полностью электрифицированную установку Niigata для производства полипропиленовых электрических разъемов на пресс-форме с множеством гнезд. “Это очень тонкие детали, у каждой 50 штырьков по 0.011 дюйма в ширину, здесь воспроизводимость впрыска должна быть чрезвычайно точной”, - говорит Бек. “У нас получалась довольно приличная доза впрыска и отличная продолжительность цикла: менее 6 секунд”. Компании Tessy удалось формовать детали на гидравлическом прессе аналогичного размера, но достижения были скромные. “При использовании электрической установки мы могли производить более сложные разъемы с большим количеством штырьков и более тонкими стенками”, - рассказывает Бек.
Литье под давлением это не единственная область, где скорость имеет значение. “Закрытие формы инструмента является мертвой зоной технологии, поскольку здесь ничего не происходит ни с материалом, ни с деталью”, - отмечает Бетше из компании Krauss-Maffei. “Если удается сократить время закрытия зажимного устройства, это плюс. Наши электрические установки осуществляют смыкание формы на 60% быстрее, чем предыдущие установки”.
Об электрических установках часто говорят, что у них более быстрые циклы за счет того, что они способны производить некоторые операции одновременно. Но Кох из компании Boy Machines отвечает, что взаимное наложение функций установки является преимуществом только в том случае, когда небольшое время охлаждения. “Если охлаждение требует большего времени, чем срок удаления шнека, то никакого преимущества не образуется от такого наложения, все, как и при одной операции за один раз”, - отмечает он.
Но Боб Хэр, генеральный директор отделения в США компании Ferromatik Milacron Europe, считает, что имеется растущая тенденция использовать преимущество, которое дает наложение операций установки. “Рост действий по повышению стоимости между поперечными планками: нанесение этикеток в процессе формования, декорирование и сборка, повышают ценность таких независимых операций”.
Можно оспорить утверждение о том, что ни одно из заявленных для одного из видов прессов преимущество не является более, принадлежащим только этому виду. Прессы большой массы более не являются недоступными для электрических сервоприводов. Даже такой специалист по крупным установкам, как компания Ube, продает 40% полностью электрифицированных установок (30% в США) с размерами до 3300 тонн. В настоящее время можно рассматривать электрические прессы для многокомпонентного формования. А производители гидравлических прессов оспаривают утверждение о том, что не использующие масла электрические установки лучше приспособлены для работы в чистой комнате. Ременные приводы электрических установок со временем по мере своего изнашивания выделяют в воздух частицы. Этот аргумент также приводится создателями безременных электрических установок с прямым приводом.
Если так сложно определить в наши дни различия в эксплуатационных характеристиках между различными типами прессов, то каковы же критерии, позволяющие формовщику отличить одну установку от другой? “Каждый формовщик дает свой ответ на этот вопрос”, - говорит Вуасар из Mitsubishi. “Некоторым из них приходится нелегко, когда они пытаются оправдать авансовые затраты на электрическую установку, и они выбирают гидравлическую установку, потому что она укладывается в их бюджет, даже если это означает отказ от более быстрых циклов и меньшего энергопотребления на протяжении всего срока эксплуатации установки”.
“Не существует четкого разграничения при выборе того или иного типа установок”, - соглашается Боб Стрикли, менеджер по маркетингу компании Milacron. “Многие формовщики просто обожают гидравлические коленно-рычажные установки, но они не могут точно сформулировать, за что именно”.
С другой стороны, говорит Хэр из Мilacron, стремление получить все возможные конкурентные преимущества—экономию энергии, отсутствие масла в цеху, меньшую страховку и меньшее материально-техническое обслуживание—заставляет все большее количество формовщиков в США переходить на то, что они воспринимают как новейшую технологию,— т. е. электрические установки. Некоторые компании, осуществляющие формование по индивидуальным заказам, приобретают электрические установки отчасти потому, что они хотят, чтобы их заказчики видели, что у них оборудование самого высокого качества, какое только можно достать на рынке. Придерживаясь использования гидравлических установок
Bemis Manufacturing Co., Шебойган Фоллс, Висконсин, твердо стоит за свои гидравлические установки. Bemis является одним из основных поставщиков деталей среднего и крупного размера для внешнего косметического оформления грузовиков, автомобилей, транспортных средств для отдыха, судов, тракторов, оборудования для садово-паркового использования и бытовой техники. Более 75% их производства приходится на долю применений, состоящих из многих материалов. У Bemis имеется 28 многоцилиндровых прессов от Milacron от 55 до 6600-тонного (самого крупного в отрасли).
Это область, в которую электрические установки еще только начинают проникать. Возможно, они еще не совсем то, что нужно для сложной обработки, которая является основным источником дохода для Bemis, говорит Гэри Ван де Берг, директор по инжинирингу. “Многие из выполняемых нами видов работ включают, по крайней мере, три серии выталкивания дорна, и их может быть до шести. И большинство наших инструментов снабжено задвижками клапанов. Эти системы управляются и контролируются гидравлическими приводами, поэтому естественно использовать здесь гидравлические установки. Оба устройства для литьевого формования работают от одной общей гидравлической системы с использованием дополнительных задвижек, что делает весь технологический процесс более управляемым”, - говорит Ван де Берг.
Другой проблемой является узкое технологическое окно, причем даже для крупных деталей. “У нас может быть доза впрыска в 50 фунтов материала конструкционной марки. И скорость инжекции должна оставаться достаточно однородной. У нас может быть время заполнения для одной детали 15 секунд, но отступление может составлять всего 1-2 секунды. Если заполнение происходит слишком быстро, сдвиг в результате даст ухудшение физических свойств. Если же впрыск происходит слишком медленно, то не происходит наполнения детали. А это означает возможную утрату большой дозы впрыска. Гидравлическая установка с аккумуляторной поддержкой позволяет нам доставлять расплав в пресс-форму при устойчивых давлении, скорости и температуре”, - говорит он. Сторонники электрических установок
В компании Tessy Plastics все в восторге от электрических установок на основе своего собственного опыта общения с ними на головном предприятии компании в Элбридже, Нью-Йорк. Компания планирует использовать электрические установки при расширении, когда на новых производственных площадях будет производиться микроформование, и будет чистая комната класса А на 100,000, а также отдельная новая установка, посвященная контрактному медицинскому формованию. На других предприятиях Tessy в Линчбурге, Виргиния, и в Шанхае, Китай, работают гидравлические прессы, но там формуют детали с менее критическими допусками. И, тем не менее, по словам Бека, компания, в конце концов, будет прекращать пользоваться гидравлическими установками.
Рочело из компании Apex говорит: “Мы продолжаем приобретать только электрические машины, поскольку они хорошо зарекомендовали себя на наших предприятиях: точность, энергосбережение и чистота”. Компания начала работать с полностью электрифицированными установками еще в 1999 году, когда был приобретен 55-тонный пресс от Niigata для повышения качества при формовании заливкой подвижного узла для камеры. У нее было узкое технологическое окно. Использование электрического пресса сокращало необходимость проверки качества по образцам до одной детали раз в три часа по сравнению с 25 деталями, которые проверяли каждый час при использовании гидравлической машины того же размера.
На сегодняшний день более половины из 20 установок Apex это электрические установки. “Мы используем гидравлические установки для изготовления не медицинских и прочих, не требующих таких точных параметров продуктов”, - говорит Рочело. Компания участвует в тендерах, чтобы получить больше медицинских заказов, и расширяет свои формовочные мощности в чистой комнате. “Некоторые заказчики из медицинской отрасли заявляют, что не будут работать с нами, если не будут использоваться электрические установки”, - отмечает он.
Микелл Найтс, старший редактор
Источник: Plastics Technology
|
