Les opérateurs de presses à injecter de petite capacité (50 à 200 tonnes de force de fermeture) sont confrontés à un problème de gaspillage d'énergie structurel que les machines hydrauliques à vitesse fixe ne peuvent résoudre. Le moteur tourne à vitesse constante, que la vis soit en phase de remplissage, de maintien, de plastification ou au ralenti, et le débit hydraulique excédentaire est évacué par la soupape de décharge. Servo à entraînement direct rénovations à partir de Servo Vicks — et plus particulièrement la série ALBERT ABT — élimine ce gaspillage en adaptant la vitesse du moteur à la demande de rotation de la vis. Des mesures effectuées sur le terrain en 2024-2025 sur des machines modernisées ont montré une réduction de la consommation d'énergie de 20 à 30 % par rapport aux systèmes hydrauliques à vitesse fixe, et de 55 à 60 % avec un VG. Pompe à engrenages internes.

Où va l'énergie IMM dans les machines hydrauliques à vitesse fixe

Une presse hydraulique à injection de faible puissance, fonctionnant à vitesse moteur constante, répartit son énergie sur quatre phases de fonctionnement aux besoins énergétiques très différents. Lors de la phase d'injection et de maintien, la vis avance sous pression et le moteur consomme généralement 4,0 kW. Pendant la phase de plastification et de refroidissement, la vis tourne pour fondre et homogénéiser la dose suivante, consommant 2,1 kW sur une machine à vitesse fixe, même lorsque la vitesse de rotation de la vis est largement inférieure à 100 %. Lors de la phase d'ouverture, d'éjection et de fermeture du moule, le moteur consomme encore 0,5 kW pour maintenir la pression hydraulique nécessaire au mouvement de fermeture. Pendant la phase d'inactivité entre les cycles, le moteur continue de consommer entre 0,2 et 0,4 kW afin de maintenir le système hydraulique sous pression.

Le profil énergétique cumulé d'un cycle typique d'une presse à injection multi-éléments (IMM) de petite capacité se répartit comme suit : environ 65 % pour l'injection et le maintien, 25 % pour la plastification, 6 % pour l'ouverture du moule et 4 % pour le temps d'inactivité. La phase de plastification, deuxième plus grande consommatrice d'énergie, est aussi celle qui génère le plus de déchets récupérables. La vitesse de rotation de la vis pendant la plastification varie en fonction de la position du front de fusion, du réglage de la contre-pression et du taux de compression de la vis, mais une machine à vitesse fixe assure un débit constant. Le débit excédentaire est évacué sous forme de chaleur par la soupape de décharge, ce qui explique pourquoi les IMM de petite capacité fonctionnent à température élevée même avec des cycles courts.

La famille de servomoteurs à entraînement direct ALBERT ABT

Le kit de modernisation ALBERT ABT s'intègre aux architectures de contrôle IMM standard via le Code de test ISO 23218 pour les machines de moulage par injection de plastique et de caoutchouc et le Tests d'acceptation et de vérification ISO 72414 pour les machines de moulage par injection plastique. Le servomoteurLa spécification d'interface r suit la Normes d'automatisation industrielle CEI 61131 pour les automates programmables, et le Groupe technologique EtherCAT La norme de communication est référencée pour les IMM qui adoptent le bus de terrain EtherCAT. servomoteur intégration.

La série ALBERT ABT de Vicks Servo est un servomoteur à couple élevé et résistant aux chocs Servo à entraînement direct Famille de moteurs conçue pour les applications IMM de faible tonnage. Cette gamme comprend deux tailles de châssis, chacune offrant plusieurs configurations d'enroulement adaptées au couple et à la vitesse spécifiques des petits IMM. Le châssis ABTM1_0235 délivre un couple nominal de 400 à 600 N·m à des vitesses nominales de 300 à 400 tr/min, avec une puissance nominale de 12,6 à 25,1 kW, une tension nominale de 380 V, un courant nominal de 27,5 à 55 A et une puissance d'entraînement recommandée de 15 à 30 kW. Le châssis ABTM1_0420 délivre un couple nominal de 1940 à 3900 N·m à 150 à 200 tr/min, avec une puissance nominale de 40,6 à 68,1 kW, une tension nominale de 380 V, un courant nominal de 93 à 156 A et une puissance d'entraînement recommandée de 45 à 75 kW.

Les deux tailles de châssis couvrent l'ensemble des presses à fusion de faible tonnage, de 50 à 250 tonnes de force de serrage. Le châssis ABTM1_0235 alimente généralement les presses de 50 à 150 tonnes, tandis que le châssis ABTM1_0420 alimente celles de 150 à 250 tonnes. La conception du moteur repose sur un rotor synchrone à aimant permanent avec retour d'information absolu par codeur, garantissant la précision de positionnement requise pour la fusion synchrone. La structure mécanique est conçue pour résister aux fortes contraintes liées au fonctionnement des presses, avec des paliers renforcés et une isolation du stator adaptée aux hautes fréquences de commutation des servomoteurs.

Comment la fusion synchrone permet de réduire de 20 % la consommation d'énergie dans les IMM de petit tonnage

La fusion synchrone est un mode de fonctionnement où la vitesse du servomoteur s'adapte à la rotation de la vis pendant la plastification, contrairement à une machine hydraulique à vitesse fixe qui génère un débit excessif. Dans une machine hydraulique à vitesse fixe, le moteur à induction tourne à plein régime pendant la plastification, la pompe à cylindrée fixe assure un débit constant et le débit excédentaire est évacué par la soupape de décharge. En fusion synchrone, le servocontrôleur reçoit la rotation de la vis demandée par le régulateur de position en boucle fermée et ajuste la vitesse du moteur en conséquence.

Le profil énergétique en fusion synchrone évolue sensiblement. Pendant l'injection et le maintien, le moteur consomme environ 4,0 kW car la vis est sous pression, quelle que soit la configuration de la pompe. Pendant la plastification et le refroidissement, la vitesse du moteur chute à 200-400 tr/min, ne fournissant que le débit nécessaire aux pertes hydrauliques de la phase de refroidissement, et la consommation électrique passe de 2,1 kW à 0,8 kW. Lors de l'ouverture, de l'éjection et de la fermeture du moule, le moteur consomme 0,3 kW au lieu de 0,5 kW car le servomoteur s'adapte aux mouvements réels de la pince. Les économies cumulées sur le cycle sont de 20,6 % par rapport à la configuration de référence IMM de faible tonnage, avec une incertitude de mesure de ± 1,2 %.

Association de l'ALBERT ABT avec la pompe à engrenages internes VG

La réduction de la consommation d'énergie est doublée lorsque le servomoteur ALBERT ABT est associé à une pompe à engrenages internes VG, qui remplace la pompe à pistons à cylindrée fixe du circuit hydraulique d'origine. La pompe à engrenages internes fournit un débit proportionnel à la vitesse du moteur avec un rendement volumétrique élevé, ce qui rend la régulation de vitesse du servomoteur pertinente au niveau de la sortie hydraulique. Une pompe à cylindrée fixe sur un moteur à vitesse variable engendre toujours des pertes d'énergie dues aux fuites internes proportionnelles à la pression, tandis que les fuites de la pompe VG sont minimales, même à haute pression.

En 2024, des modernisations sur site de mouleuses de pièces plastiques de second rang pour l'industrie automobile indienne ont consisté à associer le moteur ALBERT ABT à la pompe à engrenages internes VG. Les mesures ont révélé une baisse de la consommation électrique moyenne, passant d'environ 20 kW (avec le système hydraulique à vitesse fixe) à environ 9 kW (avec la machine modernisée) en production, la consommation étant quasi nulle à l'arrêt et lorsque le moule est ouvert. L'économie d'énergie de 55 à 60 % réalisée avec un tarif industriel moyen de 10 INR par kWh et une durée de fonctionnement de 416 heures par mois représente une économie mensuelle d'environ 54 000 INR par machine, soit un retour sur investissement de 8 à 11 mois pour un coût de modernisation typique de 400 000 à 600 000 INR par machine pour un équipementier de second rang en Inde.

Améliorations du contrôle de la vitesse et de la pression d'injection

Le gain de précision offert par la servocommande à entraînement direct par rapport à la commande par vanne proportionnelle hydraulique est considérable et essentiel pour la production de pièces de haute précision. La servocommande à entraînement direct assure un contrôle de la vitesse d'injection à 0,1 mm/s près, contre 1 à 2 mm/s pour les vannes proportionnelles hydrauliques. Le servomoteur réagit à une commande de position en 1 à 2 millisecondes, éliminant ainsi la latence de 20 à 50 millisecondes des vannes hydrauliques, source de variations de la vitesse de remplissage. Pour les applications d'encapsulation à parois fines avec un temps de remplissage de 0,3 seconde, une latence de 30 millisecondes représente une variation de 10 % de la vitesse de remplissage, suffisante pour engendrer des défauts visibles sur les pièces.

Le contrôle de la pression de maintien est amélioré à 0,1 MPa, contre 0,5 à 1,0 MPa pour les vannes proportionnelles hydrauliques. Le servomoteur ajuste la pression de maintien en temps réel grâce au retour d'information du capteur de pression du moule, garantissant ainsi un poids et une stabilité dimensionnelle constants des pièces. La répétabilité du positionnement des vis est améliorée à 0,01 mm, contre 0,05 à 0,10 mm pour les systèmes hydrauliques. L'effet cumulatif sur la qualité des pièces se traduit par une réduction de la variation de poids, passant généralement de 0,3 à 0,5 % du poids d'injection à 0,1 à 0,2 %, soit une amélioration de 2 à 3 fois de la répétabilité du moulage.

Applications des dispositifs médicaux et de l'électronique de précision

Les gains de qualité apportés par l'entraînement direct par servomoteur rendent cette technologie particulièrement précieuse pour les mouleurs de dispositifs médicaux et d'électronique de précision, où la variation de poids des pièces et la répétabilité dimensionnelle influent directement sur le rendement d'assemblage en aval. Pour les mouleurs de dispositifs médicaux produisant des seringues jetables, des composants pour perfusion intraveineuse et des consommables de diagnostic, l'amélioration de 2 à 3 fois de la répétabilité du poids des pièces réduit les rebuts de 2 à 5 points de pourcentage, ce qui à lui seul amortit l'investissement de modernisation en 12 à 18 mois, même sans tenir compte des économies d'énergie.

Pour les mouleurs de précision en électronique produisant des boîtiers de connecteurs, des composants micromécaniques et des supports de lentilles optiques, la répétabilité de la position des vis à 0,01 mm élimine l'étape d'usinage après moulage requise par les machines hydrauliques pour obtenir les tolérances dimensionnelles souhaitées. L'élimination de cet usinage secondaire réduit le coût de main-d'œuvre par pièce et raccourcit le cycle de production global. Pour les mouleurs réalisant une production diversifiée en petites séries, la réduction du temps de cycle grâce à la fusion synchrone (généralement de 8 à 15 % selon la géométrie et le matériau de la pièce) permet une meilleure utilisation de la machine sur une même surface au sol.

Kit de modernisation et installation

Le kit de modernisation ALBERT ABT est conçu pour être installé sur les presses hydrauliques existantes sans modifier la structure d'origine. Il comprend un servomoteur, un variateur de servomoteur adapté avec retour d'information par codeur, une pompe à engrenages internes synchrone et un capteur de pression pour la régulation de pression en boucle fermée. Le moteur se fixe sur le support de pompe existant, le variateur de servomoteur s'installe dans l'armoire électrique existante et le capteur de pression se fixe sur le collecteur hydraulique existant. L'installation nécessite généralement deux jours de main-d'œuvre par machine, ce qui permet de réaliser la plupart des modernisations en un seul week-end d'arrêt, sans impacter la production.

Le coût de modernisation par machine se situe généralement entre 2 850 et 6 000 USD, selon la taille du bâti moteur, les spécifications de la pompe et l'étendue des travaux d'intégration électrique. La partie basse de la fourchette concerne les installations sur bâti ABTM1_0235 pour des presses à injection de 50 à 150 tonnes, avec des modifications minimales de l'armoire électrique. La partie haute concerne les installations sur bâti ABTM1_0420 pour des presses à injection de 150 à 250 tonnes, avec une reconstruction complète de l'armoire électrique et son intégration à l'automate programmable existant de la presse. Pour les chaînes de production utilisant plusieurs presses à injection de même bâti, le coût par machine diminue à mesure que l'équipe d'installation se familiarise avec le modèle.

Compatibilité avec les marques IMM existantes

Le système de modernisation ALBERT ABT est conçu pour être compatible avec toutes les marques. Le support de montage du moteur, l'accouplement de la pompe et l'interface électrique sont conçus pour s'adapter aux schémas de montage standard utilisés par les principales marques d'injecteurs-pompes de petite taille, notamment Haitian, Yizumi, Borche et Bole. Cette modernisation ne nécessite aucune modification de la structure d'origine de l'injecteur-pompe, préservant ainsi la garantie constructeur sur le châssis, le système de serrage et l'unité d'injection. Pour les chaînes de production utilisant différentes marques d'injecteurs-pompes, le système ALBERT ABT garantit une consommation d'énergie et une qualité constantes, quelle que soit la marque, grâce à une commande servo indépendante de l'architecture de commande d'origine.

L'intégration de la mise à niveau avec l'automate programmable existant de l'IMM varie selon le modèle de machine. Pour les IMM utilisant des plateformes de contrôle modernes avec interfaces de bus de terrain, le pilote ALBERT ABT s'intègre via Ethernet industriel standard ou Modbus RS-485. Pour les IMM plus anciennes utilisant des contrôleurs à logique de relais, le servomoteur s'interface avec les interrupteurs de fin de course et les pressostats existants, la régulation de pression en boucle fermée étant assurée par le contrôleur Vicks et non par le contrôleur d'origine de l'IMM. Les techniciens de maintenance Vicks prennent en charge l'intégration lors de l'installation de deux jours, incluant la configuration de l'interface automate, le paramétrage du servomoteur et le réglage du régulateur de pression en boucle fermée.

Coût total de possession à un horizon de trois ans

Le coût total de possession de la modernisation ALBERT ABT sur une machine IMM de petite capacité comprend l'investissement initial, les économies d'énergie, les coûts de maintenance et le gain de productivité. L'investissement initial est une dépense unique amortie en 8 à 18 mois selon la taille de la machine, le tarif de l'énergie et les heures de fonctionnement. Les économies d'énergie sont des économies annuelles récurrentes qui s'accumulent tout au long de la durée de vie de la machine. Les coûts de maintenance sont inférieurs à ceux de la machine hydraulique d'origine à vitesse fixe, car le servomoteur et la pompe à engrenages internes VG comportent moins de pièces d'usure que le moteur à induction et la pompe à cylindrée fixe d'origine.

Sur un horizon de trois ans, la modernisation ALBERT ABT d'une presse à injection de faible tonnage fonctionnant en deux équipes par jour génère des économies d'énergie cumulées de 9 000 à 12 000 USD, soit 2 à 4 fois l'investissement initial. Pour les ateliers de production équipés de plusieurs presses à injection, les économies cumulées sur l'ensemble du parc permettent une amélioration significative de l'efficacité du capital investi. Le gain de productivité lié à la réduction du temps de cycle, généralement de 8 à 15 % selon la géométrie des pièces, permet d'accroître le rendement de production sur la même surface au sol, un avantage stratégique qui se renforce sur trois ans.

Comparaison : Servomoteurs ALBERT ABT vs IMM standard

La gamme ALBERT ABT se distingue des servovariateurs industriels classiques par sa conception spécifique aux applications IMM. Les servovariateurs standard sont conçus pour des applications de commande de mouvement à usage général, telles que les machines-outils, les machines d'emballage et la robotique, où l'inertie de la charge est approximativement égale ou inférieure à celle du moteur et où le cycle de fonctionnement est relativement continu. Les applications IMM imposent des exigences différentes : fortes contraintes liées au processus de plastification, fonctionnement à basse vitesse et couple élevé, et un cycle de service alternant phases de haute pression et phases de ralenti à basse pression. Un servovariateur standard n'est pas conçu pour ces charges spécifiques.

Le moteur ALBERT ABT est doté d'un ensemble de paliers renforcés et d'une isolation de l'enroulement statorique conçus pour résister aux hautes fréquences de commutation et aux fortes contraintes liées au fonctionnement de l'IMM. Sa gestion thermique est dimensionnée pour le fonctionnement intermittent à courant élevé des phases d'injection et de maintien, les phases de plastification et de repos, à courant plus faible, assurant un refroidissement naturel entre les pics de charge. Le retour d'information de l'encodeur est conçu pour supporter les vibrations inhérentes au fonctionnement de l'IMM et bénéficie d'une isolation mécanique qui empêche la dégradation du signal sous l'effet des fortes contraintes du processus de plastification.

Sélection de la taille du châssis ALBERT ABT pour des tonnages IMM spécifiques

Le choix du châssis ALBERT ABT adapté à une machine d'injection à vis (IMM) spécifique nécessite d'adapter le couple nominal du moteur au couple de rotation de la vis requis à la contre-pression de fonctionnement. Pour une IMM de 50 à 100 tonnes utilisant des polyoléfines d'usage courant, le couple de rotation de la vis à une contre-pression typique de 5 à 10 MPa se situe entre 200 et 500 N·m, ce qui est largement compatible avec la plage de couple nominal du châssis ABTM1_0235 (400 à 600 N·m). Pour une IMM de 100 à 150 tonnes utilisant des plastiques techniques avec une contre-pression plus élevée, le couple de rotation de la vis peut atteindre 600 à 1 000 N·m, ce qui oriente le choix vers le modèle ABTM1_0235 (600 N·m) ou le modèle ABTM1_0420 (1 940 N·m).

Pour un système d'injection mécanique (IMM) de 150 à 250 tonnes, le couple de rotation de la vis sous une contre-pression élevée de 10 à 15 MPa se situe entre 1 500 et 3 500 N·m, ce qui est largement compatible avec la plage de valeurs de 1 940 à 3 900 N·m du bâti ABTM1_0420. Le choix du bâti au sein de ce bâti dépend du diamètre de la vis, du taux de compression et du matériau usiné. L'équipe d'ingénierie d'application de Vicks Servo accompagne ce choix en analysant les spécifications de l'IMM, le profil de couple de rotation actuel de la vis et le temps de cycle cible, afin de formuler une recommandation de bâti adaptée.

Intégration du servomoteur avec le contrôleur IMM

Le servomoteur ALBERT ABT s'intègre au contrôleur existant de l'IMM via une interface analogique ou bus de terrain standard, selon la plateforme du contrôleur IMM. Pour les IMM modernes utilisant les interfaces Euromap 67 ou Euromap 77, le servomoteur ALBERT ABT communique via le bus de terrain standard, le contrôleur IMM envoyant les commandes de vitesse d'injection, de pression de maintien et de vitesse de rotation de la vis. Le servomoteur ferme localement les boucles de position et de pression et renvoie son état au contrôleur IMM via le même bus de terrain.

Pour les presses à injecter plus anciennes dépourvues d'interface de bus de terrain, le pilote ALBERT ABT accepte les signaux de commande analogiques de 0 à 10 V provenant des régulateurs de pression et de débit existants de la presse. Les paramètres du servomoteur sont configurés pour correspondre à la plage de commande analogique. La modernisation préserve l'interface opérateur d'origine de la presse, garantissant ainsi la validité de la formation et de la documentation de processus existantes. La régulation de pression en boucle fermée est assurée par le contrôleur Vicks, le capteur de pression fournissant les données de pression réelle dans la cavité pour la boucle de pression du contrôleur.

Foire aux questions

Qu'est-ce que le servomoteur à entraînement direct ALBERT ABT pour machines de moulage par injection ?

L'ALBERT ABT est une famille de servomoteurs à entraînement direct haute performance et résistants aux chocs, fabriquée par Vicks Servo pour les presses à injecter de petite puissance. La série ABTM1_0235 offre une puissance de 12,6 à 25,1 kW à 300-400 tr/min, tandis que la série ABTM1_0420 couvre une puissance de 40,6 à 68,1 kW à 150-200 tr/min. Ces servomoteurs sont dotés d'une conception synchrone à aimant permanent et d'un retour d'information absolu par codeur.

Quelle quantité d'énergie un servomoteur à entraînement direct permet-il d'économiser sur une machine de moulage par injection ?

Des mesures effectuées sur des presses à injecter de petite capacité modernisées montrent une réduction de la consommation d'énergie de 20 à 30 % par rapport aux machines hydrauliques à cylindrée fixe, et de 55 à 60 % lorsqu'elles sont associées à une pompe à engrenages internes VG. Ces économies proviennent d'une fusion synchrone qui adapte la vitesse du moteur à la vitesse de rotation de la vis.

Qu’est-ce que la fusion synchrone dans les applications IMM à entraînement direct ?

La fusion synchrone est le mode de fonctionnement dans lequel la vitesse du servomoteur s'adapte à la rotation de la vis lors de la plastification, au lieu de fonctionner à vitesse fixe, ce qui engendrerait un débit excessif. Le moteur consomme 0,8 kW pendant la phase de plastification, contre 2,1 kW pour une machine hydraulique à vitesse fixe, avec une vitesse de vis de 200 à 400 tr/min assurant uniquement le débit nécessaire au refroidissement.

Comment un servomoteur à entraînement direct améliore-t-il la vitesse d'injection et le contrôle de la pression ?

Le servomoteur à entraînement direct assure une régulation de la vitesse d'injection à 0,1 mm/s près, contre 1 à 2 mm/s pour les distributeurs proportionnels hydrauliques, et une régulation de la pression de maintien à 0,1 MPa près, contre 0,5 à 1,0 MPa pour les systèmes hydrauliques. La répétabilité de la position de la vis est améliorée à 0,01 mm, contre 0,05 à 0,10 mm pour les systèmes hydrauliques.

Quel est le délai de retour sur investissement pour une modernisation avec servomoteur à entraînement direct sur un IMM de petite tonnage ?

Les modernisations sur site des IMM de petit tonnage en 2024-2025 ont montré un retour sur investissement de 8 à 11 mois à des tarifs industriels mixtes de 0,09 à 0,10 USD par kWh, avec des économies annuelles d'électricité de 3 000 à 4 000 USD par machine pour un fonctionnement typique sur deux équipes.

Est-il possible d'installer un servomoteur à entraînement direct sur un IMM hydraulique existant ?

Oui, le kit de modernisation ALBERT ABT remplace le moteur à induction à vitesse fixe et la pompe à cylindrée fixe des IMM hydrauliques existants sans modifier la structure d'origine de la machine. Ce kit comprend le servomoteur, un servovariateur adapté avec retour d'information par codeur, une pompe à engrenages interne synchrone et un capteur de pression pour la régulation en boucle fermée.