注塑成型过程的能效基准.docx

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1、 注塑成型过程的能效基准提姆 斯拜因，史提芬 克里蒂兹，克里斯托夫 赫尔曼摘要能源和资源效率已成为制造业的一个重要战略。在汽车工业中，一个产品在使用阶段的环境影响的评估是常见的做法。相比之下，制造阶段往往缺乏详细的数据，潜在的改善变得失去了。生产要素能源在制造业中应用的分析和比较评价，可以是一种对能源、材料和加工时间效率的并行改进的一种动力。本文提出了一种系统的方法，以能源效率基准注塑成型，特别是解决的影响模具。知识库作为数据采集和评估过程的基线。此外，能源效率基准的单一流程洞察改善措施的有效性，并允许以确定最佳的实践过程和产品设计。这个概念可以扩展到预测生产厂的能源消耗。介绍了模具的能量标签

2、。关键词：制造业能源效率，能源基准，能源预测，产品和工艺设计注塑，能源效率 标识 1. 介绍能源和资源效率提升为创造一个对环境危害较小的经济 13 的主要驱动版本。作为双方，欧盟建议减少二氧化碳排放量在使用阶段，例如，汽车行业，是针对在发动机，动力总成和部分相关技术的生态创新。公司越来越意识到，一个细分市场，大大有利于环保的产品，正在快速增长。理想情况下，一个环境友好的产品不仅应该考虑使用阶段，而且还制造阶段。目前，缺乏有关制造阶段的能源效率的信息可以在许多生产过程的断言。特别是在时间的枯萎资源，随之而来的生产过程分析，也在能源效率方面，是一个重要的基础改善。生产过程中的能源消耗和资源消耗是降

3、低成本的一个重要机会。在过去，特别是输入因子的能量大多被看作是一种无形的资源和开销成本。由此产生的赤字在透明度对能源消耗的生产过程是现象称为效率差距的一个主要原因。效率差距描述了实际的差异在生产效率和技术效率水平19,26,41,43 工具和方法是必要的，允许特定的产品或过程的资源消耗的监测和基准。于是，最佳实践的例子可以识别和措施以促进效率可以评估经济和生态逻辑。促进可持续发展的变化，这样的方法或手段，需要高效的自己。这意味着，新的仪器和方法整合到现有的流程作为支撑元素在这样一种方式，这将有助于优化过程没有增加总成本。在本文中，我们提出一个方法来显著提高相对于生产的注塑成型塑料零件在汽车工业

4、能源消费的知识。该方法是基于需求驱动的监测能源消耗的单位过程和技术水平。它是反映生产环境的限制，特别是避免干扰，考虑到时间的关系。知识库作为评估和评估特定产品的能源消耗的方法的基础。该方法使厂商的基准流程设计和确定产品对能源消耗的影响最大。我们特别处理注塑模具的过程中，重点是模具。特别是关于注塑模具，模具的能量标签的概念被引入。该方法包括一个概念，建立一个长期的基准，专注于注塑成型过程的能量效率。此外，基准的单位处理水平的能源效率的基准扩展的方法，可用于评估整个成本中心的能源效率和预测总能量消耗。这有利于经济和生态可持续的生产战略的发展。2. 理论背景2.1 高效节能注塑成型为了实现更环保的生

5、产，基本上有2个选项可供选择：技术和/或工艺可以优化。第一次选择主要是为了减少能量或物质的平均需求，其次通常是减少处理时间。在注射成型中，这是最相关的制造工艺对汽车塑料部件，电能是最重要的能源。可以很容易地提供电能，并允许快速的生产周期。注塑机、冷却系统、物料干燥器、取出系统（如机器人或搬运系统）的主要驱动因素是注塑机的能量消耗。其他能源，如压缩空气进行系统，在大多数情况下，利用电能最初提供的。图1显示了前emplary如何能耗分布过程的不同组件之间。因此，把电能作为注塑成型的参数，是合理的。由于过程的预期结果是塑料件，一个好的关键绩效指标（KPI）对注射成型过程的能源效率是“电能利用好的部分

6、”。因此，重要的是强调“确定的一部分”。特别是在寻找高质量的过程中，废品率不可忽视。废料通常意味着能量和再来源的损失（包括预处理）。它是一个能源消耗的主要驱动力。在计算每“确定零件”时，计算所用的能量时，必须将其集成的废料相关的能量消耗量。于是，它可以确保KPI是比较价值创造理想的结果与整个能源使用量。显然，对注塑模具机用于生产的技术水平有显着影响工艺性能和能源效率。除了技术方面，机器操作员仍然是一个有效的成型工艺的关键因素。操作者的目标是建立一个稳定的和有效的过程，一个特定的组合的模具和机器。考虑机器和模具现有的设备，一种高效节能的生产过程的关键是结合元件（注塑机、注塑模具）的一种方式，最大

7、限度地减少目标函数的“能源使用生产计划”。2.2 高效节能注塑模具在注塑成型中，塑料材料的使用对所需的能源总量有很大的影响。材料使用的是塑料件的设计主要是相关的，但它也受注塑模具。如上所述，废品率是不必要的材料使用的主要因素。一般是由材料、工艺、模具和零件要求所驱动的。考虑到定义部分的要求和塑料材料，其余参数的影响材料使用每个“好的部分”：过程。当零件与特定的注塑模具产生时，镜头的重量就已经被定义了。在生产水平、材料的使用只能通过降低废品率和影响如果可能的塑料材料的加工废料的再利用。注塑模具。模具的设计对材料的使用有着直接的影响。根据型腔数和喷射系统的设计，镜头的重量可以高于部分重量由于盖茨和

8、冷流道，从而只需转移的熔料进入型腔。使用热流道和如果可能的话直接浇注帮助节省材料等相关要素设计模具浇口。塑料零件壁厚公差可导致附加材料使用，这种公差与模具几何。装饰塑料件与标称的3毫米壁厚公差0.2毫米，通常是允许的。如果模具充分利用允许的公差，每部分的材料使用量将增加6%以上。此外，废品率是直接链接到参数的“尺寸精度在给定的公差”，“机械性能的塑料零件”和“所需的表面外观”。这些参数中的每一个都直接连接到模具本身。模具的特点是满足质量目标，以避免废料（当然，材料和工艺保持足够的先决条件）。对于尺寸精度、高效率的模具设计应与“调整”的方式，所有功能的措施，部分质量相关调整到给定的公差带的中间。

9、这样，任何过程相关的偏差进行补偿，如调整模具允许更大的过程相关的公差相对于模具不被调整。废品率因尺寸问题可以最小化。从模具热平衡的去除是避免不必要的翘曲的重要部分。模具的冷却系统，因此对均匀收缩的关键因素，为避免翘曲。结晶性塑料材料的机械性能是高度依赖于冷却过程，因此，在模具内的温度分布和传热能力。冷却系统和模具用的材料是主要的模具相关因素。零件表面的视觉外观受模具表面温度的强烈影响。局部不适当的温度下的空腔表面可能会导致废料，由于局部视觉缺陷，如一个（局部）错误的光泽度水平。3. 注塑模具能效标识关于一个能源效率标签，在注塑成型的产品和能源消耗之间的强烈依赖过程进行了分类，同样为家电、难 8

10、 。使用的方法中所描述的先例部分，它是可以客观地比较给定的工艺，可比原材料使用。相对于欧洲60标准，不仅注塑机但整个过程评价。通过对注射成型机的分类，通过这种方法的评估，一个注塑机因此可以证明如果他如使用节能机在高效节能的方式。这也意味着，该方法允许的“秒机”的过程中，注塑模具的能量效率的评估。更有效的注塑模具可以大大提高效率的一个过程。例如，更有效的冷却系统可以提高能源效率的一个过程，但往往会导致更高的模具成本。类似的关系也通常适用于在第2.2节所提到的效率技术。这些效率措施的有效性往往是相关的专业设计。作为一个注塑机，这是不容易估计的效率技术应包括在一个特定的产品由于缺少经验，一个缺乏系统

11、分析模。的注塑机是依靠模具生产厂家，建立一个高效的模具。然而，如果一个更高效的模具不能效率的潜力是OB的模具制造商客观相通，很可能会失去一个有效的模具价格竞争对效率较低的能源。在模具和零件设计的早期阶段，效率的潜在损失，其中大部分的成本和环境的影响，由于生产过程中被定义。注射机和模具制造商将因此从方法的好处，它允许评估注塑模具的质量特性。注塑模具通常是独特的对象，这意味着一个模具通常足以产生终身的产品需要。注塑模具的能量效率标签因此需要至少部分适用于模具制造前。否则会对注射机的购买决策没有影响。这将降低模具制造商的动机，以提供更高的价格提供更有效的模具。为此，根据注塑模具的生命周期，将注塑模具

12、的标签概念分为三个不同的阶段：报价阶段（模具采购决定）。制造阶段。使用期（塑料件生产）。在每个阶段中，预测或测量的注塑模具的能量效率。标签之间的比较将允许评估，如果效率技术是有效的，并正在使用有效。4. 应用及结论4.1 价值创造的直接能耗预测在基准个体过程和整个成本中心的方法，证实了来自能量测量真实地反映直接消耗能源的生产厂的曲线。双可比注塑成本中心安装的能量测量装置，以监测的能源消耗的间接消费者可以用来作为一个参考，这一目的。在这个数据的基础上，评价值能耗照明、冷却装置、集中的原料烘干机，集会场所和办公区域可以得出我们的用例。为了得到一个评估值的能量消耗，由于机器在空闲或待机状态，我们进行

13、了额外的测量和合并这些数据从操作数据记录的机器状态信息。在考虑成本中心，通风和一个小的油漆店，剩余的能源消费者，直接测量。我们将所有这些值来获得一个已经完成的业务今年预计总能源消耗的成本中心。在今年的实测值比较，偏差低1%。与此相关的，可以先证明该方法是能够获得一个非常精确的估计，由于一个特定的生产组合的直接能源消耗。在即将到来的6年，它的成本中心来评估其关于改进能源效率的监测指标的总结，也可以向管理委员会的发展现在是可能的。与基准年相比，该指标应降低至少25%，以满足公司的目标。5.2 确定过程的弱点和效率的措施，通过基准处理基准个别过程的方法，使识别效率更高的过程，并有利于节能产品和工艺设

14、计。在用聚丙烯与玻璃纤维部件的注塑成型工艺（PPGF）显示。过程相互媲美，但不同的关于能源效率突出。在图12中，新机器代的成本节约潜力，更昂贵，但更节能的驱动进行评估。此外，它变得可见，小于型腔的最大数量会导致较低的能源效率在生产运行模。这些结果可以用于购买新的机器或设计新的模具时。一个扩展的解决方案如何使用这种能量来推导和计算效率的措施分析由蒂德等人提出的。6. 前景和致谢未来的工作将集中在进一步提高知识基础，特别是测量数据库，这将允许进一步详细评估的塑料材料组的产品使用。我们将进一步整合自动化能源计量在新机器和其他媒体一样，冷却液或压缩空气测量。这将允许一个更详细的验证的方法为个别过程的基

15、准，并有助于评估整个成本中心的能源效率。在这方面，我们将扩大我们的方法对注塑模具的能源效率标签。特别是对于报价阶段，基于特征的分析，考虑到效率的技术和服务的有效性，可以提高标签的概念。进一步的工作也将重点放在整合和分析的三个阶段（报价阶段，制造阶段和使用阶段的模具）之间的依赖关系。一般可以说，设计是整个方法的示范应用于制造塑料部件在汽车行业；今后的工作中要测试其他的产品组合和其他生产过程中的应用，如铝压铸件。导致这些结果的研究已从欧盟第七框架计划资助社区（FP7 / 2007-2013年）赐号协议下获得不少资金。参考文献1 bizee能量透镜2 G. Bogdanski，T. Spiering

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17、ben，M BRlhart，燃油厄恩斯特，生产管理一体化节能性能。差距分析与产业需求和科学文献，J.清洁。产品19（67）（2011）6676795 R.纽介堡，Bundesministerium f R教化和Forschung（主编），联合国tersuchung夙energieeffizienz德公司，开姆尼茨6 G. dimmler，J.霍克赖特GIE在，E，energieeinsparung在zeitgemE antriebslsungen和optimierte prozessf省，在VDI wissensforum（主编），spritzgieEN 2010，该，VDI Verlag，D

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19、第三版，VDMA出版社，法兰克福，2013（60.1号）12 欧洲委员会，能源2020：一项具有竞争力、可持续和安全的能源战略，卢森堡。13 eSight能源管理和计量14 J. fresner，能源和ressourceneffizienz IM企业umsetzen，nachhalt。产品2（2）（2011）586115 GWK，综合发展tecovario16 海因，艾卡特temperieren，plastverarbeiter 63（10）（2012）11211317 C.赫尔曼，L.伯格曼，S.蒂德和A.玉米醇溶蛋白，生产机器的能源标签。一种在生产系统中促进能源效率的方法，在制造系统的国际

20、研讨会上，5月30日- 6月1日，利物浦18A.加菲，能源效率差距。能源政策22（10）（1994）804 - 81019 P.雅恩，我menssen，ressourceneffizienz在produzierenden企业。德澳beratungsprogrammen NRW UWF umweltwirtschafts论坛18（34）（2010）16517020 美国卡拉，W. Li，材料去除过程的工序能耗模型，结合人工神经网络。制造技术。60（1）（2011）37 - 4021 美国卡拉，G. Bogdanski，W. Li，电能计量和监测在制造系统：J.海氏，C.赫尔曼（主编），为面向制造业可持续性的全球解决方案：第十八的国际会议CIRP生命周期工程，施普林格出版社的诉讼，柏林和海德尔堡，2011，页11022凯斯勒，美国匹兹，短周期脉冲冷却？现代化92（11）（2002）525623 凯特尔、风暴或空气.现代化101（10）（2011）283024科尔比，strahlschmelzenlasercusings集成IM机床和Formenbau，rtejournal快速技术论坛 11