Unités hydrauliques à servocommande : économie d’énergie allant jusqu’à 60 % dans le moulage par injection

L’association d’un moteur servo IE3 avec une pompe à engrenages internes haute efficacité permet aux unités hydrauliques servo LIFTHYDRAU d’atteindre des économies d’énergie vérifiées sur site de 50 à 60 % sur les lignes de moulage par injection plastique. Cet article présente des données de référence issues de trois sites clients au Viêt Nam, en Turquie et au Mexique.

Pourquoi les machines de moulage par injection consomment-elles autant d’énergie

Les machines conventionnelles de moulage par injection utilisent généralement des pompes à débit fixe ou à débit variable entraînées par des moteurs asynchrones. Pendant les phases de maintien de la pression, de refroidissement et d’attente à l’ouverture du moule, le moteur continue de tourner à sa vitesse nominale tandis que l’huile hydraulique retourne dans le réservoir via la vanne de sécurité — une énergie entièrement convertie en chaleur perdue. En production réelle, la portion du cycle de moulage qui nécessite effectivement un débit maximal ne représente généralement que 30 à 40 % de la durée totale du cycle, tandis que le système fonctionne à faible débit ou à débit nul pendant le reste du temps. C’est là la raison fondamentale pour laquelle les unités hydrauliques à commande servo permettent des économies aussi importantes : huile à la demande, vitesse à la demande.

Architecture du système : adaptation du moteur servo IE3 à la pompe à engrenages internes

Le cœur d’une unité de puissance hydraulique servo LIFTHYDRAU réside dans la commande coordonnée du moteur et de la pompe. Un moteur asynchrone servo de classe d’efficacité IE3 maintient un rendement élevé, même en régime de charge partielle, et fonctionne conjointement avec l’entraînement pour assurer une régulation fermée de la vitesse et du couple. Par rapport aux conceptions à engrenages externes, la pompe à engrenages internes offre une pulsation de débit plus faible et un rendement volumétrique supérieur, garantissant une sortie stable même à faible vitesse — ce qui la rend particulièrement compatible avec les sollicitations à vitesse variable des systèmes d’entraînement servo.

Lorsque la machine entre dans la phase de maintien de la pression, la vitesse du moteur servo diminue jusqu’au niveau minimal requis pour maintenir la pression, le débit de sortie de la pompe diminue en conséquence, et le système ne dépend plus du dispositif de décharge de la valve de sécurité. Pendant la phase de refroidissement, le moteur s’approche de l’arrêt complet et sa consommation d’énergie tend vers zéro. Sur l’ensemble du cycle de moulage, la puissance du moteur suit dynamiquement la courbe de charge réelle, plutôt que de fonctionner à une puissance constante. Cette logique de commande constitue la base technique des économies de 50 à 60 %.

Site du Viêt Nam : Ligne de moulage de boîtiers pour appareils électroménagers

Un fabricant d’appareils électroménagers au Viêt Nam exploite un atelier de moulage doté de plusieurs machines d’environ 250 tonnes de force de serrage, produisant principalement des tambours de machines à laver et des carrosseries de climatiseurs. Avant la modernisation, la consommation moyenne d’énergie du système hydraulique par machine était d’environ 18,5 kW sur 22 heures de fonctionnement quotidien. Après l’installation d’une unité hydraulique servo-assistée LIFTHYDRAU, la puissance moyenne mesurée est tombée à 7,4 kW — soit une économie de 60 %. Le temps de refroidissement représente une part relativement importante du cycle de moulage dans cette usine, et les pertes importantes de décharge du système conventionnel pendant cette phase ont été entièrement éliminées. Aux tarifs locaux de l’électricité industrielle, les économies annuelles par machine atteignent environ 42 000 yuans RMB, avec un délai de retour sur investissement inférieur à 14 mois. La température de l’huile a également nettement baissé, allongeant les intervalles de changement d’huile hydraulique de 4 000 à plus de 8 000 heures.

Site en Turquie : Moulage de composants automobiles de précision

Un fournisseur de composants automobiles en Turquie exploite des lignes de moulage produisant des clips et des connecteurs intérieurs, avec des forces de serrage comprises entre 180 et 350 tonnes. Le système existant à pompe variable de l’usine nécessitait des ajustements fréquents de pression et de débit dans les conditions exigeantes de moulage de précision, et un décalage de réponse provoquait des variations de masse des pièces. Après l’installation d’unités hydrauliques à commande servo, la consommation énergétique a chuté de 52 % et la reproductibilité du moulage s’est nettement améliorée. Des données terrain ont montré une puissance moyenne de 21,3 kW par machine de 350 tonnes avant la modernisation, puis de 10,2 kW après celle-ci. Compte tenu des prix industriels de l’électricité plus élevés et plus volatils en Turquie, le retour sur investissement était encore plus avantageux. Une fois la première machine pilote modernisée, l’usine a étendu cette modernisation aux 11 machines de l’atelier.

Site du Mexique : Moulage de palettes logistiques de grande taille

Un fabricant de plastiques au Mexique produit des palettes logistiques et des caisses réutilisables, avec des forces de serrage généralement supérieures à 500 tonnes — une utilisation lourde et à cycle long. Avant la modernisation, la puissance moyenne du système hydraulique par machine atteignait 34,7 kW, et la température de l’huile hydraulique restait constamment élevée, nécessitant un refroidissement supplémentaire en été. Après l’installation des unités de puissance hydraulique servo LIFTHYDRAU, la puissance moyenne est tombée à 14,6 kW, soit une économie d’environ 58 %. Les machines de grande capacité présentent de longues phases de maintien sous pression, et l’avantage du système servo en matière de maintien de pression à faible vitesse est pleinement exploité. La température de l’huile s’est stabilisée dans une fourchette raisonnable, et la consommation d’eau de refroidissement a diminué d’environ 35 %.

Conclusions communes tirées de trois sites

Dans les sites du Vietnam, de Turquie et du Mexique, les économies réalisées se sont systématiquement situées dans la fourchette de 50 à 60 % — ce n’est pas un hasard. La structure énergétique du système hydraulique d’une machine à mouler par injection fixe la limite supérieure des bénéfices apportés par la rétrofit, tandis que les économies réelles dépendent de l’efficacité initiale du système, de la part des phases de maintien et de refroidissement dans le cycle, ainsi que du facteur de charge de la machine. Sur les trois sites, le fonctionnement hors débit maximal représentait plus de 60 % du cycle de moulage, offrant ainsi un large potentiel d’économies grâce aux variateurs de vitesse.

À noter que les délais de retour sur investissement pour les trois projets se sont tous situés entre 12 et 20 mois. Même en laissant de côté l’allongement de la durée de vie de l’huile et la réduction de la consommation d’eau de refroidissement liée aux températures plus basses de l’huile, les seules économies d’électricité justifient pleinement la décision de rétrofit. Pour les machines à mouler par injection, les unités hydrauliques à variateur de vitesse sont passées d’une option d’économie d’énergie à une configuration standard de ligne.

Recommandations relatives à la sélection et à la rétrofit

Les rétrofits hydrauliques à servomoteur ne se résument pas à un simple remplacement de la pompe et du moteur. Il faut vérifier la pression de fonctionnement, la courbe de débit, le volume du réservoir et la capacité de refroidissement du système d’origine afin de garantir que les caractéristiques de sortie du groupe de pompes à servomoteur correspondent au procédé de moulage. Le rendement volumétrique de la pompe à engrenages internes à faible vitesse constitue un indicateur clé qui détermine directement la stabilité de la phase de maintien. Les paramètres du variateur de fréquence doivent également être réglés en coordination avec le contrôleur de la machine pour obtenir une réponse rapide en pression et en débit. Pour les ateliers disposant de plusieurs machines fonctionnant en parallèle, il est recommandé de commencer par une seule machine pilote afin de valider les données d’économies réalisées et la constance des pièces avant un déploiement plus large.