进而得到了从传统注射成型改用mucell®微孔曝气机成型的回报时间。计算依据是成 型周期或者节省的材料以及一台全新微孔曝气机注射成型机的初始投资
还有另外一种成本节省分析，就是对现有的注射成型机进行改造，使其能够用于微
孔成型：15]。改造的微孔曝气机成型机远比全新的便宜。改造的微孔曝气机成型机的性能主要取决于现有注射成型机本身。
12.8不同成型工艺的成本比较
第8章中介绍了几种特殊的成型方法，其间的比较很有意思，数据是以结构泡 沫为参照获得的，因为结构泡沫是微孔曝气机泡沫比较接近的参考。按照从最贵到{zpy}的顺序排列是：反压结构泡沫、共注射成型结构泡沫和传统泡沫。详细讨论
412 微孔曝气机塑料注射成型技术如下「1 ：
1) 共注射成型机价格{zg}；气体反压设备次之。共注射成型机、气体反压设备与传统结构泡沫设备的价格比为1. 5： 1. 04： 1。
2) 上述三种设备单位时间成本的顺序类似于上述设备价格顺序，三者之比为 l 28:1.05:1。
3) 比较上述三种方法所得注塑件的质量可知，气体反压所得注塑件的质量{zd0}， 因为其在模具内受到型腔中气体的压缩，产生的泡孔最少。三种方法所得注塑件的质量之比为1.07:1:1。
4) 气体反压结构泡沫、传统结构泡沫和共注射成型泡沫的成型周期之比为怎1.43:1。反压成型时型腔的气体压力高，所用材料多，所得注塑件的质量{zd0}，在其内产生的泡孔比较少，这样就可能需要更长的注射时间和更长的时间来冷却多 出来的材料。十分有趣的是，共注射成型结构泡沫的成型周期最短，甚至比传统结 构泡沫都短。这是结构泡沫的厚度造成的，因为在某一厚度时，结构泡沫会产生隔 热体的作用，从而大大延长了冷却时间。此外，还有一个原因是共注射原生料表层的表面质量和更高的热导率。另一方面，共注射时芯层泡沫用的化学发泡剂的量 最少，这也可能会缩短成型周期。成型周期的比值与微孔曝气机泡沫的关系不大，因为 其厚度与微孔曝气机泡沫和结构泡沫的差异很大。总的来说，三种成型工艺的成型周期差异很大。
5) 气体反压结构泡沫、共注射结构泡沫和传统结构泡沫的模具成本之比为1.28:1.03:1'。
6) 传统结构泡沫、气体反压结构泡沫和共注射结构泡沫的总成本之比为 1.58:1.26:1.00。成本{zg}的是传统结构泡沫，气体反压的加工成本次之。共注射是成本{zd1}的，即使原生料表层之间的芯层泡沫不用回收料也是如此，用回收料时成本则更低。
12.9节能案例分析
下述能耗分析是基于实际使用机器上的案例进行的。案例中工艺本身几乎将不发泡 成型的生产效率{zd0}化了，成型周期尽可能地短。根据这些不发泡成型的实际数据，再根据另外一个微孔曝气机成型数据库中的参考数据预测微孔曝气机成型。换句话说，这是保守成本分 析案例，对分析与产率{zd0}化的不发泡成型相比，如何通过微孔曝气机成型来降低能耗来说是合理的。此外，这种分析仅是对使用化学发泡剂的注塑件的成型而言的，所以，其中没 有气泵的能耗。
表12-2中的数据是在十分合理的成型条件下使用注射成型机典型的现代全液压锁模装置获得的。在小的注射装置上使用超大尺寸的螺杆，所以在同样的线性注射速度下 注射体积流量也通过采用大直径螺杆提高了（小注射缸中注射压力低，但螺杆直径大， 在这样的液压系统中油的体积流量相同时注射速度很高）。使用要求注射压力低的大直
径螺杆是降低成本的常用方法，这也是微孔曝气机注射成型机中所用的方法，因为低注射压力 和髙注射体积流量两者的结合是徵孔成型所必需的。根据表12-2中的数据分析了微孔曝气机 成型可能的节能效果。
表12-2中的前三个动作是装人模芯、合模和锁紧（典型的两板锁模系统），这 是在微孔曝气机成型和不发泡成型中均営见k动作：所以，这些单个动作没有节能。 表12-2中与微孔曝气机成型有关的{dy}个节能动作是锁模力建立，或者是降低锁模力。假 设是在微孔曝气机成型减重159的唷况下，锁模力降低60%，这样就要计算两个参数。一 个是仅需建立40铱:的镇模力，所以只有常规锁模时间的40% (0.6sx40% =0.24s)。 另一个是建立这种低锁模力只需要40%的油压（26. 19w . hx40% = 10. 48w . h, 在与建通常锁模力昕需时间相同的时间内建立低的锁模力）。这是忽略能量损失和能效变化，但不在机器满负荷情况下运行时立得到的结果。此外，在整个锁模力维持期间能耗按照冷却时间来计算，因为在很短的注射时间之后就开始冷却，所以两者 几乎同时开始=
下—个可能的节能动作是输送装置向前运动，因为微孔曝气机加工没有流道断裂。这可能节能5w.h，但不能看做是微孔曝气机成型的节能，因为不发泡成型时也没有流道断裂。所以，表12-2中没有这一动作（参见表7-10中整个成型周期中的不 发泡成型）。
之后，是注射装置的节能，这是要gz的巨大降耗，不仅是成型所要gz的，而且 也是机器动力系统设计要gz的。在成型过程中，在锁模装置上要进行同样的计算。也有两个参数要考虑。一个是注射量要减少15%，也就是只需要不发泡注射行程的85% (114.5w • h x 85% = 96.94w • h)。另一个是只需要50%的油压建立低注射压力 (85.54w • h x50% =42.77w • h,在短时间内是低注射压力）。那么，微孔曝气机成型注射周 期内最终节省的能耗是42. 77w • h。
了解这一点很重要，即机器的总动力（液压栗的电动机）是注射速度与压力的 乘积。注射装置所需的总电力一般远高于注射成型的其他装置。如果整台机器根据 微孔曝气机成型所需的注射压力进行设计，机器的总动力应该小于传统注射成型机。在大多数情况下，微孔曝气机成型是在现有注射成型机上进行的，只不过用能进行微孔曝气机成型的 装置对其进行了改造。因此，微孔曝气机成型改造项目最节能的途径就是在小注射装置上使用超大螺杆。
很明显，微孔曝气机注射成型过程中保压所需的能耗为零。因为微孔曝气机成型时，在后压力装置中没有保压过程，因此直接节能58.09w-h。
对于能量分析而言，加料是一个非常复杂的过程。在进行不发泡成型和微孔曝气机成型的 节能分析时要考虑下述因素：
1) 螺杆回位过程中背压是控制回位过程中能耗的直接参数。传统成型所需的背压一般为3. 45mpa,而微孔曝气机成型时背压为6. 9pma左右，是维持溶液中气体计量压力的最 低背压。
2) 微孔曝气机成型螺杆回位的产率一般只有不发泡时的80% ~90%，平均值为85%,这
将用于理论计算，满足所有情况，从小螺杆到大螺杆。
3) 微孔曝气机成型时塑化转矩可能有10%的下降，即使培体中含有气体后黏度降低，在螺杆回位过程中所用的背压高时也是如此。
4) 由于维持气体计量所需的背压很高，因此微孔曝气机成型时塑料的熔融主要依靠的是 机械能，因而需要从机筒的加热圈上获取的热量就少得多c利用螺杆中的机械能熔融塑 料实际上是塑化最为有效的途径：
5) 微孔曝气机成型时单相溶液（富气体熔体）与不含气体熔体的黏度之比约为6.8:匕 一般来说> 富气体熔体的黏度降低1030%，所以平均下降值在20%左右6
根据上述事实提出的计算徽孔成型时的能耗公式为
l1 0x1. 15x0. 9 (11 屬
式中em—微孔曝气机成型财的能耗；
es—不发泡成型时的能耗；
uco„--- 减重比d
这样，不发泡成型与微孔曝气机成型回位速率之比为1.15:1左右，也就是说微孔曝气机成型的产率比不发泡成型低15%。式（12-2)中的{zh1}一项是微孔曝气机成型时转矩的降低值， 一般是0,9s这样微孔曝气机成型时螺杆回位过程中的能耗约为364. 41w . h，仍然比不发 泡财低，估计低49,,43w ■ h，即12%左右。微孔曝气机成型时回位时同jl乎与不发泡时一样，也就是不发泡时的回位时间，但注#f量减少15%。微孔曝气机成型时由于气体计量导 致背压高，所以回位速率降低15%。另一方面，在仔细研究表12-2中注射成型每一个动作所消耗的能量后，发现耗能{zd0}的实际上是加料过程，而不是注射过程，因 为在小的注射装置上用的是大的螺杆。此外，加料过程所占能耗比例{zd0}的另一个 原因是为得到大的注射量加料时间持续得长（为微孔曝气机成型的短周期准备的是大注射量）。这种长的螺杆回位时间是实现微孔曝气机成型的{zh0}途径，既节能，还能使螺杆回位 过程与整个冷却过程重合，因为此时模具冷却过程中所消耗的能量少^在能耗计算 所用的注射成型机中，有三个泵用于保障螺杆回位只有一个小的栗用于保证冷却期间锁模所需的压力。
下一个计算冷却过程的能耗。这很简单，油流回油箱，在冷却过程中只有很少的池流补偿为雒持锁模力而造成的漏油。对于微孔曝气机成型来说，数据表明，节省50%肘冷却 时间是非常合理的，所以最终计算的冷却能耗是10w . h左右。
锁模力下降节省的能耗更多，这源于短时锁模力下降，因为所用锁模力低，而且与满载锁模力要减少的锁模力相比，其所要减少的锁模力要小得多。最终锁模力所节省的 能耗约为5,.83w-t。
{zh1}，考虑到微孔曝气机成型件的质量小，机械手垂直移动注塑件的移动载荷减小，由移动载荷与垂直移动距离的乘积等于功，所以脱模能有15%的节能。不过，机械手脱 模不能节省时同。
在该案侧中预测的微孔曝气机成邀机节能巨大。表12-2中的总成型周期和总能耗都有很大的降低。所以，与不发泡成型注塑件相比，对于每一个微孔曝气机成型注塑件来说在加.工 条件十分合理的情况卞,，大型微孔曝气机注射成型机节能高达26%。但是，比较大的节省还 是源于成型周期的缩短，与不发泡成型相比，成型周期缩短了 29%。总能耗的降低必须与成型周期缩短相联系，因为不论是不发泡成型还是微孔曝气机成型，螺杆回位都将满足短 周期所需的能耗{zd0}化了s
这是计算微孔曝气机或型过程中每一个动作所用能量的正确方法。通过上述分析，能够找 到注射成型机听有动作中所用时间最长和能耗{zd0}的动作。这样，研究的重点就是所用时间最长和能耗{zd0}的动作，并设法将其减少。
在能量分析中还需要强调的一点是注射能耗所占的高比例与锁模能耗所占的低 比例，两者能耗之比大于4:1。在肘杆式注射成型机中这一比例可能高于4:1,这就 意味着注射（即使时间很短）所需的能耗至少4倍于建立锁模力所需的能耗。在该 案例中,加料能耗的持殊之处在于其几乎占总能耗的一半。对于常见尺寸的螺杆则 只占总能耗的20% ,薄壁包装注射成型机也是如此，因其要求有很高的加料能耗以满足成型周期的要求.这是滎孔成型机中大尺寸螺杆必须满足的要求。一般来说，冷却是注射成型过程中最长的过程，几乎占整个成型周期的50%左右。微孔曝气机 成型大大缩短了冷却时间，一般在10q -40% :除非使用电动螺杆，否则，这对注射成型机加料螺杆来说是一个挑战，因其要具有很高的产率以满足下述要求：在成 型冷却完成之前螺杆必须完成回位。根据表12-2中的数据对注射成型机的进一步节 能提出了建议：螺杆回位时有高产率要求时，使用电动螺杆；在改进型液压系统中 使用蓄能器以节省更多的能量。
计算总计节省的成本就很简单了。如果用表12-2中的数据对100万件注塑件进行 计算，则将从以下几个方面节省开支。
1) 人工费为15美元/h左右。100万件注塑件的成型周期缩短29%，就能节省 71 340美元（在人工费用为15美元/h时，100万件注塑件所节省的总时间为4 756h)。
2) 节省电费17343.2美元（每一注塑件节电216. 79w . h, 100万件就节省 216 790kw • h,电价为 0. 08 美元/kw • h)o
3}节省pe— hd材料费用2 457 000美元（对于9. 1 kg的pe- hd注塑件，每件节省 15%的材料，100万件节省材料1 365 000kg, pe-hd售价为1. 8美元/kg)。
1) 设备维修费用降低4 756美元左右〈每100万件注塑件缩短成型周期4 756h， 维修费用为1美元/h)。
2) 其他节省包括水、监制、管理、模具、设备载荷降低以及因质量轻而带来的注塑件寿命延长等。另一方面，机器的4 756h可以进行另一个合同的成型，进而使生产 更为灵活，产品可以比合同到期日提前4 756h交货，这会使用户高兴，在用户间建立起更好的信任关系。
此外，从表12-2中的数据还可以看出，用it台注射成型机在lh内成型微孔曝气机注塑件
的总量为83件、而未发泡注塑件只有59件，这是成本的又一种巨大降低，因为这实际 上是单位产品的生产率提高了。
附录a压力降速率咖/也公式（第7章)
根据喷嘴孔或浇口直径ds、螺杆直径d等几何参数和螺杆线性注射速度可以很容易导出压力降速率办/d^假设注射速度〃是线性的,而且是常数，那么，恒定的注射体积流量
„ ttvd2 ,.,
q=-^r~ (a-i
假设有n.g个喷嘴（浇口）同时打开，那么，其内的平均流动速度％ (单位为m/i 坷以表示为
那么，通过长为的喷嘴孔（淺o)的平均时间士（单位为s)定义为
dt == — (a-3
用式（a-2)代替式（a-3)中的&，式（在-3)变为
dt =穿 (a-4
用式^1)代替式（a-4)中的
dt = f (a-5 假设熔体黏度为#的材料为牛顿流体，等温，那為霄以导出办（单位为pa):
,128 狀
如 f 一 -j— (a-6
用式(a-1)代替式(a-6)中的
1 32寧』 旧
dp= zr- (a-7
na
式(a-7)与式（a-5)之比为
dp yiwo if /ao
i=⑶ （a_8
式（a-8)与式（7-2)相同。当〜等于1时，就变成了式（7-1)。
