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使用KIC Auto-Focus工具优化炉温以达到省电的效果

使用KIC Auto-Focus工具优化炉温以达到省电的效果
Photo courtesy of Flextronics
序言
由于锡银铜合金的熔点较高,导致回流焊接的温度也提高了很多,这样回流炉的电能消耗相应增加了。这篇文章的目的是通过KIC公司的Auto-Focus软件找出更加节能的炉温设定。
简介
为了测试在无铅制程中电能的消耗量,我们把电能表装在回流炉上。接下来的几天电能表会一直记录数据。. Illustration:Non-Optimized vs. Optimized Process
实验描述
我们使用2005年七月份生产的 Heller 1912 EXL回流炉,一台配有Auto-Focus功能的SlimKIC 2000 测温仪。
测试选择了即将转换为无铅制程的电信产品。
实验由下面四部分组成 :
·         使用原来炉温设定的有铅产品
·         使用优化炉温设定的有铅产品
·         使用原来炉温设定的无铅产品
·         使用优化炉温设定的有铅产品
所有优化过的链速都会高于产品的生产周期,这样回流炉就不会成为生产中的瓶颈。
Case A –使用原来炉温设定的有铅产品
直接选择原有的炉温设定, 最高温度范围205° to 225°C.
Case A Settings
炉温如下:

Zone123456
Setpoint101117131155161161

Zone789101112
Setpoint171180199239239220
链速:  95 cm/minute (37”/minute)
测试结果如下:
最高温度 [°C]:223.5
TAL [s]:82.0
?T [°C]:11.06
Case A 结果
设定好炉温后开始记录电能消耗.  测出的平均电能消耗为10.4 kWh.
·         Case B –使用优化炉温设定的有铅产品
使用KIC Auto-Focus 找出最佳炉温,软件可以自动找出适合制程要求的最低设定温度。软件是在原来的温度基础上进行优化的。
Case B 设定
以下是优化过的炉温设定:
Zone123456
Setpoint101117131155162162

Zone789101112
Setpoint172183193229230217
链速:  92.3 cm/minute (36”/minute)
测试结果如下:
最高温度 [°C]:216
TAL [s]:81.3
?T [°C]:9.18
Case B 结果
很明显最高温度和delta T 都比以前要低,电能表记录的数值为 8.8 kWh, 比Case A的电能消耗降低了15%.
Case C –使用原来炉温设定的无铅产品
直接选择原有的无铅炉温设定, 最高温度范围235° C到260°C.
Case C Settings
炉温设定如下:
Zone123456
Setpoint120130150179190222

Zone789101112
Setpoint235235243263262222
链速:  90 cm/minute (35”/minute)
测试结果如下:
Peak temperature [°C]:252.7
TAL [s]:88.8
?T [°C]:9.71
Case C结果
平均电能消耗为 11.5 kWh.
Case D –使用优化炉温设定的无铅产品
使用KIC Auto-Focus找出最佳设定。
Case D Settings
炉温设定如下:
Zone123456
Setpoint116104140166193211

Zone789101112
Setpoint219231257247245208
链速:  80.6 cm/minute (32”/minute)
测试结果如下:
Peak temperature [°C]:241.4
TAL [s]:85.0
?T [°C]:4.67
Case D 结果
delta T降低了很多,  平均电能消耗10.6 kWh.与优化之前的炉温对比,Case D 比Case C的电能消耗降低了7.8 %
结论
以下是四次测试的电能消耗值.

有铅无铅
原有炉温10.4 kWh11.5 kWh
优化的炉温8.8 kWh10.6 kWh
以上的数字可以通过以下公式计算出实际节约的成本:
每年节约的电费 = 平均每小时电能消耗 ? 电能价格 ? 24 小时? 7 天 ? 52 周
如果平均电能价格是 $0.076/kWh, 可以计算出如下数值:

有铅无铅
原有炉温设定$6,904.93$7,635.26
优化的炉温设定$5,842.64$7,037.72
节约的成本$1,062.29$597.54

这些测试表明KIC公司的Auto-Focus可以明显的降低电能消耗,为公司节约成本。
References
M. Apell, J. Dautenhahn, T. Formella, J. Morris, “Power Consumption and Nitrogen Control in Lead-Free Reflow,” OnBoard Technology, April 2004, pp. 24-26

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