• Tidak ada hasil yang ditemukan

Cost of an injection moulded part  comprises material cost (Cmaterial), mould cost (Cmould)  and processing cost (Cprocessing). The total cost of an injection moulded part (CIM) is given  by 

mould ,

IM material processing

p

C C C C

  n        (4.1)  where np is the identical quantities of parts produced during the lifetime of the mould. The  raw  materials  used  in  injection  moulding  are  thermoplastic  polymers.  The  material  cost  (Cmaterial) per part is given by 

= 1+ ,

100

s material m m p

C cV l

        (4.2)  where cm is the material cost per unit mass, ρm is the density of the raw material, Vp is the  volume of the injection moulded part and ls is the percentage loss of the material. As some  material is always wasted, a suitable factor is multiplied by the actual mass. The procedure  for determining the other two components of cost, i.e, mould cost and processing cost are  described in Section 4.2.1 and Section 4.2.2, respectively. 

4.2.1 Estimation of mould cost in injection moulding

The mould cost is the most dominating cost component in an injection moulding process. 

Boothroyd et al. (2010) described the complete mould costing methodology that comprises  the  cost  of  the  mould  base  and  the  cost  associated  with  its  manufacturing.  The  manufacturing cost of the mould is the cost required to convert it into a working mould. 

The mould cost is given by 

m o u ld m b m m ,

CCC (4.3)  where Cmb is the cost of mould base and Cmm is the cost of mould manufacturing. A typical  mould comprises a cavity plate, core plate, support plate, ejector plate and clamping plate  as shown in Figure 4.1. 

  The material considered for the mould is steel of various categories such as stainless  steel and hot-rolled steel. The molten material is injected into a stationary cavity plate. On  the other hand, the movable core plate holds the core that facilitates the shaping of the inner  side of the part. The core plate is attached to the support plate. Adjacent to the core plate

, there lie the support and the ejector plates. The ejector plate comprises ejection pins to  push the part off 

  Figure 4.1 A schematic of a typical mould 

the core during the opening of the mould. The rear clamping plate holds the mould with  necessary force during the injection of the polymer material as well as ejection of the part. 

To  obtain  an  approximate  cost  of  the  mould  base,  Boothroyd  et  al.  (2010)  presented  an  empirical relation: 

1000 0.45

0.4

,

mb b p

C   A h

       (4.4)  where Cmb is the cost of the mould base in $, Ab is the area of mould base cavity in cm and  hp is the combined thickness of cavity and core plates in cm. Eq. (4.4) was developed in the  year 1989 applicable to the United States of America (USA). The relation was developed  based  on  a  survey  where  several  data  were  accumulated  for  different  mould  bases  from  industries  in  USA.  For  developing  a  similar  formula  from  the  perspective  of  an  Indian  manufacturer, it is necessary to obtain requisite set of data from Indian industry. However,  for simplicity, Eq. (4.4) will be used for analysis in this thesis. It was observed that this  equation provides reasonable values based on limited and approximate information.  This  equation is converted into Indian currency and its right-hand side is multiplied by the ratio  of consumer price index (CPI) of India in 2019 to that in 1989. The obtained equation is  again converted to dollar. Thus, Eq. (4.4) is modified, based on the data in references as  (Inflation tool n.d., Thomas Cook n.d.) 

1940 0.87

0.4

.

mb b p

C   A h

      (4.5) 

An appropriate mould base is selected based on the geometry of the part (area and depth)  and the number of cavities contained in the mould. The minimum clearance between two  adjacent cavities as well as the edges of the plate should be 7.5 cm. Thickness plate is taken  as 15 cm larger than the cavity-depth (Boothroyd et al. 2010). The number of cavities to be  fabricated in the mould base is inversely proportional to the size of the part. Increasing the  number  of  cavities  may  increase  the  production  output  in  one  cycle,  but  it  results  in  increased running cost due to the larger size of the injection moulding machine. The number  of cavities for a large part (maximum dimension more than 100 mm) is usually taken as  one (Chin and Wong 1996). In this work, only one cavity has been taken. 

Cmm in Eq. (4.3) is the cost of manufacturing during the conversion of the mould  base into a working mould. Mould manufacturing involves the cost associated with ejector  pins,  ejector  systems  and  geometrical  complexities  of  the  part.  The  list  of  equations  for  estimating the mould manufacturing cost is provided in Appendix C. 

4.2.2 Estimation of processing cost in injection moulding

The  processing  cost  is  based  on  the  type  of  moulding  machine,  the  setup  time  of  the  machine, moulding cycle time and the involvement of the operator during different stages  of the manufacturing process. The processing cost (Cprocessing) per part is given by 

 

,

s e tu p c y c le

p r o c e s s in g o p e r a to r la b o u r o v e r h e a d

p c y

t t

C c c c

n n p

(4.6)  where tsetup is the setup time of the machine, np is the required number of parts, tcycle is the  cycle time, nc is the number of cavities in the mould and py is the production yield (fraction  of  non-defective  parts  to  all  parts  produced).  Further, coperator, clabour and coverhead are  the  operator, labour and overhead costs, respectively. The labour cost is calculated similar to  the  operator  cost.  Similar  to  the  SLS  process,  overhead  cost  comprises  machine  depreciation,  annual  maintenance  contract,  factory  rent  and  electricity  charge.  The  expressions to estimate these cost components are given in Chapter 3. 

  Cycle  time (tcycle)  in  Eq.  (4.6)  is  given  by  the  algebraic  summation  of  the  three  components— injection time (tf), cooling time (tc) and mould resetting time (trs). Thus,  

cycle f c rs

.

tt   t t

       (4.7)  Injection time is the time taken to fill the molten plastic material inside the mould via the  sprue,  runners  and  gates.  Cooling  time  is  of  the  longest  duration  amongst  all  three  components due to the low thermal conductivity of the polymers. The cooling process takes  place by the conduction mode of heat transfer. Mould resetting time involves the opening 

of the mould,  ejection of the moulded part  and closing of the mould.  A low value of trs  seems  to  be  economical,  but  this  involves  the  fast  movement  of  the  mould  that  causes  vibration in the machine and failure of the part. The equations for determining tf and tc are  presented in Appendix D. Based on the Shing (1999), trs is taken as 10 s.