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专题论述

适形冷却注射模具的真正价值

发布时间:2022/6/8 10:26:20 来源:PT现代塑料

投资一副采用适形冷却技术的新模具会带来怎样的投资回报呢?投资这样的模具能收回成本吗?需要多长时间才能收回成本?本案例研究将回答这些问题。

在评估注射成型的降本项目时,通常会围绕如何缩短循环时间以及实施变更的成本来进行讨论。本文将要探讨的是,适形冷却注射模具在特殊情况下的真实价值,这种情况是:成型商卖出的产品要比他每周7天每天24小时所能生产的产品多。在疫情肆虐的当下,一个有说服力的案例就是生产家用冠状病毒测试套盒,如图1所示。

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图1 通用的冠状病毒测试套盒样品

之所以选择这个案例,是因为目前许多公司都在极力满足市场对此类健康保护塑料制品的大批量需求,如家用测试套盒和实验室测试用品,预计这种高需求还将持续3~5年。此外可以确信的是,与其他任何技术相比,适形冷却能更快地满足市场对产品的大批量需求。

简言之,适形冷却就是利用二维或三维的弯曲和环形的冷却通道,尽可能以接近部件外形轮廓的方式来对部件进行冷却(如图2所示)。与传统的枪钻直冷通道相比,适形冷却的散热效果更好。目前,获得这种非线性冷却通道的方法主要有两种:3D打印和叠板真空钎焊。


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图2 适形冷却是围绕部件的几何形状布置冷却通道,在需要冷却的地方进行冷却,而不受部件复杂形状的影响(图片来自Contura MTC GmbH)

然而,虽然面临着生产压力,许多公司仍不愿意尝试新的技术,如适形冷却技术或者增加大约20%的模具成本来改善模具冷却状况的技术。为帮助这些加工商们转变思路,本文对一副适形冷却模具整个使用寿命期间的投资回报率作了分析研究。

产品案例:冠状病毒测试套盒

假设这种注射成型产品的年销售额是100万美元,毛利率是40%或毛利润是40万美元,那么这个幸运的成型商每年就需要多生产出35%的产品,而且这一需求还在持续增长。但问题是,目前的模具已经处于每周7天每天24小时的满负荷运行状态。因此,为了增加销量以满足市场的需求,就需要订制新的模具,然后将它安装到另一台设备上进行生产,或者,也可以考虑采用适形冷却模具(如图3和图4所示)来取代现有的模具并安装到现有的机器上进行生产。

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图3 采用适形冷却技术的冠状病毒测试套盒成型用的通用型多型腔模具


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图4 另一种采用适形冷却技术的冠状病毒测试套盒成型用的通用模具

一家工厂如果按每年365天、每周7天及每天24小时运行,考虑了机器和模具的维护保养等问题后,这家工厂的运行效率通常可达85%~90%。如果按85%的运行效率计算,其一年的生产运行时间就是7446小时。假设注射循环时间是27秒,那么一年就能完成大约100万次的注射循环周期。

适形冷却技术能将注射循环时间缩短30%~40%。假设循环时间缩短了35%,新的循环时间就是17.6秒,一年就能完成1523045次注射循环周期,意味着产量提高了52.3%。值得一提的是,这是在未采纳第二副模具和第二台机器的情况下实现的,因而避免了巨大的额外投资成本。

现在,让我们来看看增加的销售额。增加的产量令销售额提升了52%,毛利润因此也提升了52%。

假设最初的毛利率是40%(即40万美元的毛利润),采用适形冷却模具后,毛利率提升到60%(即60万美元的毛利润),因而直接增加了20万美元的毛利润。

值得一提的是,采用原来的模具,注射循环时间是27秒,而需要支付的成本包括固定成本、人工成本和树脂成本。根据推测,采用适形冷却技术不会增加人工成本,这是因为,这种高产量的成型生产,机器本身是在无人操作的情况下运行,生产出来的部件也是由传输带输送的。因此,将适形冷却模具安装到之前运行的机器上,机器的生产速度并没有增加。

那么,适形冷却技术对降低成本有什么贡献呢?首先需要了解的是,在制造一副新的模具时,适形冷却技术的成本是多少。如果制造一副用于生产这种产品的典型模具需要花费10万美元,采用适形冷却技术会增加大约2万美元。按照使用适形冷却模具的经验,这种额外投资的回报周期通常是2~12个月。假设回报周期是6个月,意味着这副新模具每6个月就会减少2万美元的成本,一年就将减少4万美元的成本。

采用现有技术,可以制造一副能持续100万次至500万次注射循环的适形冷却模具。假设新的模具可以运行3年,或300万次循环,那么在此期间,适形冷却模具用第一个6个月完成了2万美元的投资回报后,后续降低的净成本是:2.5年×4万美元/年=10万美元,而增加的销量对毛利润的贡献是:3年× 20万美元/年=60万美元。因此,共形冷却模具总共增加了70万美元的毛利润。如果扣除新模具的基本成本(不包括采用适形冷却技术增加的费用,因为这已经得到了回报),3年期间就会增加60万美元的利润。

当然,还必须要考虑因多成型52%的部件而增加的成本,最明显的是树脂成本,即树脂成本会增加52%。值得注意的是,原来27秒的循环时间能带来40%(即40万美元的毛利润)的毛利率,假设那40万美元中含有10万美元的树脂成本,那么多成型52%的部件就会多消耗52%的树脂,为此,一年要多花费大约5万美元的树脂成本,在3年的模具使用寿命期间,多花费的树脂成本大约是15万美元,这必须从3年创造的60万美元利润中扣除,这样,3年带来的净利润就是45万美元。总之,因增加生产而产生的任何成本都必须从3年的利润中扣除。

另一个潜在的降本因素是耗电量。机器每年多运行523045次循环(循环次数增加了52%),意味着机器的开合次数会增加52%,同时需要更多次的加热和冷却,因此还需要将相应增加的电力成本核算进来。

此外,还需要确定更短的循环时间可能对耗电量带来的影响。如果机器不能支持更短的循环时间,可以考虑采用更高功率的料筒加热器,也可以考虑为所用树脂而专门设计一种更高效的注射螺杆,甚至可以采用更大的料筒和螺杆。

客户需要注意的问题

需要注意的是,用于制造适形冷却模具的技术,并非所有的都完全一样。在上述的高产量案例中,客户通常都希望模具能运行2年或更长的时间。假设此案例中的模具拥有3年的使用寿命,但问题是,目前行业中用于制造适形冷却模具的大多数技术,并不能确保模具的使用寿命达到200万次到500万次的循环周期。因此,能够使适形冷却模具达到这种使用寿命的模具制造商,必须为其模具的循环时间以及数百万次循环的模具使用寿命作出担保。对于客户而言,就需要仔细查看担保细节。

目前,许多行业的许多大公司都在使用适形冷却技术,但出于商业保密,他们不会宣传他们的成本效益和利润收益。因此,这个模拟的财务分析可供任何公司用来验证适形冷却模具所能带来的收益,注射成型商也可以利用它来向顾客作介绍,以此证明其考虑到了顾客的最大利益。




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