CORSO
dimensionamenti
cavità stampo
per materiali termoplastici
Corso di 1° livello
Anno 2012
CORSO
DIMENSIONAMENTI CAVITÀ STAMPO
per materiali termoplastici
Il Corso parte dalla realtà odierna dello stampaggio, cioé quando uno stampo viene consegnato alla produzione, e illustra la soggettività alla quale esso viene sottoposto nel processo di stampaggio, ed evidenzia il
principale aspetto negativo che caratterizza la situazione attuale della produzione.
Sono poi definite le condizioni scientifiche ottimali per lo stampaggio da cui emergono il punto di partenza, il perno, l’obiettivo del progetto e il suo nemico: le cadute di pressione nelle cavità stampo.
Si procede con le variabili che determinano le cadute di pressione, e cioè la viscosità, la velocità di taglio,
la curva di viscosità del materiale, la portata e le dimensioni e forme dei passaggi delle cavità stampo.
Si introducono, poi, le formule per calcolare le cadute di pressione e il criterio generale dei dimensionamenti delle cavità stampo. In seguito, si analizzano: figura, punti d’iniezione, canali, carota, camere calde,
senza dimenticare l’ugello pressa, e si individuano i dati, le formule e le tabelle di conversione che servono per calcolare le cadute di pressione per ciascun passaggio delle cavità.
Si affronta poi il problema dell’assegnazione del ritiro sullo stampo, le variabili che lo influenzano, la sua
scelta e si illustra la soluzione ottimale per il raggiungimento delle proprietà dimensionali sul pezzo.
Il Corso prosegue con l’analisi delle insidie del progetto, delle verifiche sullo stampaggio, presenta la
miglior difesa del progetto e termina col giudizio finale da “leggere”... sui grafici della pressa.
Indice degli argomenti
27.
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Lo stato attuale dell’arte
1.
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3.
4.
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7.
8.
9.
10.
11.
Presentazione
Il progetto dello stampo
Lo scopo dello stampaggio
L’interazione con gli elementi dello stampaggio
Lo scopo del progetto stampo
L’evento primario e la qualità sul pezzo
Le aree di stampaggio
I limiti delle aree di stampaggio
La finestra di stampaggio
Vista laterale della finestra di stampaggio
Il dramma attuale
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3
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5
5
5
6
6
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Dimensionamenti cavità stampo
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26.
Il punto di partenza: la portata max in figura
La portata massima totale
Il profilo della portata
Il perno del progetto e l’obiettivo
Il nemico del progetto: le cadute di pressione
Le variabili delle cadute di pressione
La viscosità del materiale
La velocità di taglio del materiale
La curva di viscosità
Le formule delle cadute di pressione
Il criterio dei dimensionamenti
La figura: tipologie
Considerazioni sulla figura
Figura con chiusura sezioni sottili
Soluzioni alla chiusura sezioni sottili
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Come dirigere il flusso in figura
Dpr in figura ST e SS
Dpr in figura IR e EN
Figure singole: criteri di calcolo
I punti d’iniezione: tipologie
I punti d’iniezione: posizionamento
I punti d’iniezione: conversione
I punti d’iniezione: esempi di calcolo
I canali: ramificazioni
I canali: sezioni
I canali: i calcoli
I canali: esempi di calcolo
La carota
La carota: calcolo della Dpr
La carota: esempi di calcolo
L’ugello della pressa
L’ugello pressa: esempi di Dpr
Le camere calde
Camere calde: esempio di calcolo
Il ritiro sullo stampo: la soluzione
La scelta del ritiro
Il ritiro e i 5 parametri fondamentali
Il ritiro: dati stampo e parametri
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La difesa del progetto dimensionamenti
50.
51.
12.
53.
54.
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Le insidie nascoste del progetto
Le verifiche sullo stampaggio
Il picco di pressione
La miglior difesa del progetto
Il giudizio finale... sulla pressa
21
21
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22
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Lo stato attuale dell’arte
1. Presentazione
Il Corso di 1° livello viene presentato come il più elevato di tre Corsi rivolti alla Produzione e all’Ufficio
Progetti stampo, evidenziando il fatto che il loro comune contenuto scientifico può creare le condizioni per
una graduale e sempre più stretta collaborazione tra i due mondi, fino a giungere ad una loro completa integrazione. L’integrazione, però, prevede sempre una certa sovrapposizione dei ruoli; il mondo dello stampaggio deve portarsi ad un livello scientifico più elevato, mentre il mondo del progetto stampo deve calarsi in quello dello stampaggio, per comprendere meglio le sue esigenze vitali.
L’integrazione tra i due mondi avviene proprio in questa sovrapposizione dei ruoli ed ha come strumento
il Corso di 2° livello, che trasmette le nozioni e i criteri scientifici indispensabili per addestrare e guidare
i Responsabili di produzione e il personale dell’Ufficio Progetti, che si dedica ai problemi dello stampaggio, nella creazione e stesura di un programma stampo calcolato.
2. Il progetto dello stampo
Per “progetto dello stampo” si intende lo studio dei dimensionamenti delle cavità stampo per eseguirli in
modo ottimale per lo stampaggio. Questo prevede tutte le conoscenze essenziali che, partendo dalla situazione attuale, dallo scopo del progetto e dall’interazione dello stampo con gli altri elementi dello stampaggio, risale gradualmente ai criteri scientifici che si devono adottare per dimensionare in modo ottimale ogni parte delle
cavità stampo. Ciò che il progetto deve
garantire è il più ampio margine di
manovra nelle tre condizioni essenziali
dello stampaggio che sono responsabili
delle proprietà estetiche, meccaniche e
dimensionali del pezzo, e che si devono
raggiungere nel minor tempo possibile.
Il Corso termina illustrando le insidie e le
verifiche da tener presenti per la “difesa”
del progetto e col giudizio finale sulla
bontà del progetto dato, in modo imparziale, dalla pressa.
3. Lo scopo dello stampaggio
Questo scopo è definito come la produzione di pezzi di qualità minima accettabile con l’obiettivo di ottenere il massimo profitto. L’aspetto fondamentale, per
poter raggiungere questo scopo, è costituito dalla facilità con la quale l’attrezzista può impostare e regolare le tre condizioni essenziali dello stampaggio
responsabili delle proprietà estetiche,
meccaniche e dimensionali del pezzo.
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4. L’interazione con gli elementi dello stampaggio
Nell’interazione dello stampo con gli altri elementi dello stampaggio: pressa, materiale e programma stampo, vengono evidenziati i modi coi quali certi dati dello stampo, ad es. le dimensioni dei punti d’iniezione,
dei canali, della carota, degli spessori figura, il valore del ritiro assegnato, ecc., influiscono negativamente sia sulla qualità sia sul profitto, o persino possono creare delle condizioni che impediscono il raggiungimento dei livelli minimi di qualità, senza che l’attrezzista possa porvi alcun rimedio.
L’illustrazione di queste tematiche apre il primo sipario sul mondo dello stampaggio, ed evidenzia le criticità che certi dati stampo impongono al processo di stampaggio.
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5. Lo scopo del progetto stampo
Lo scopo del progetto dimensionamenti cavità stampo, non è altro che quello di “servire”, nel miglior
modo possibile, lo scopo stesso dello stampaggio. Pertanto, la sfida che questo pone al progettista è quella di trovare il “filo conduttore” che sottende tutte le decisioni, le scelte e i criteri di dimensionamento di
ogni parte delle cavità stampo.
6. L’evento primario e la qualità sul pezzo
La ricerca dell’evento primario dello stampaggio e delle sue relazioni con la qualità del pezzo porta a scoprire le tre condizioni essenziali dello stampaggio e cioè i tre aspetti fondamentali della velocità
d’iniezione dai quali dipendono i tre aspetti della qualità del pezzo: le proprietà estetiche, meccaniche e
dimensionali. Questi tre aspetti fondamentali della velocità sono il “filo conduttore” di tutto il progetto
dimensionamenti ed è proprio su questi tre aspetti fondamentali che il progettista, al termine del suo lavoro, riceverà il giudizio finale sulla bontà del suo progetto dalla pressa.
7. Le aree di stampaggio
La realtà odierna del mondo dello stampaggio è caratterizzata da una dinamica soggettiva dell’attrezzista,
nel senso che le condizioni di stampaggio non derivano solo dal modo col quale lo stampo è stato progettato, ma anche da certi parametri macchina impostati dall’attrezzista, il quale, inconsapevolmente, può
creare “condizioni di stampaggio”
diverse da una produzione a quella
successiva. Queste “condizioni” sono
rappresentate dalle “aree di stampaggio”, che sono definite da un “rettangolo” delimitato da due valori di velocità d'iniezione e dai due valori corrispondenti di pressione, entro i quali
l’attrezzista cerca di raggiungere un
livello accettabile di qualità del pezzo,
compatibilmente con i ristretti margini di manovra dell’area di stampaggio.
8. I limiti delle aree
di stampaggio
Le “aree di stampaggio” sono imposte e delimitate da una lunga serie di
difetti che si presentano sul pezzo e
che impediscono lo stampaggio al di
sotto, o al di sopra, di certi valori di
velocità o di pressione d’iniezione.
Per maggiore chiarezza, sono elencati
tutti questi difetti che, in un certo
senso “avvolgono” l’area di stampaggio, limitando le possibilità di ricercare migliori condizioni di lavoro, per
ottenere una migliore qualità sul
pezzo e migliori tempi di ciclo.
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9. La finestra di stampaggio
Analizzando la formazione delle “aree di stampaggio” e le modalità con le quali tendono ad ampliarsi, man
mano che la pressione d’iniezione scende mentre sale la velocità d’iniezione, ci si pone la domanda se non
vi sia un’“area di stampaggio” ideale, e la più ampia possibile, per garantire un più ampio margine di
manovra nello stampaggio. La risposta positiva porta alla “finestra di stampaggio” la quale è definita da
tre dati di stampaggio del materiale, da un dato stampo e da un dato che proviene dall’esperienza.
La “finestra di stampaggio” è l’“area di stampaggio” scientifica, e cioè la massima area entro la quale
si possono regolare i parametri per raggiungere le migliori condizioni che consentono di realizzare al
meglio lo scopo dello stampaggio.
10. Vista laterale della finestra di stampaggio
La “finestra di stampaggio” ha due “viste”: quella “frontale”, definita al punto precedente, e quella “laterale”, che serve per illustrare come il dimensionamento delle cavità stampo può favorire o impedire la possibilità di trasformare un’“area di stampaggio” nella “finestra di stampaggio”.
Inoltre, in questa vista e per ogni tipo di materiale, si mostrano i valori delle postpressioni massime e minime che definiscono i lati orizzontali superiore e inferiore della “finestra di stampaggio”.
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11. Il dramma attuale
Al termine di questa prima parte, viene illustrato il “dramma attuale” dello stampaggio, e cioè le condizioni critiche in cui comunemente si stampa oggi, evidenziando le caratteristiche negative, generalmente
causate da un improprio dimensionamento delle cavità stampo, che limitano drasticamente i tre aspetti
della velocità d’iniezione dai quali dipendono i tre aspetti della qualità del pezzo.
Questo “dramma attuale” offre una “fotografia distorta” che esprime il modo attuale di stampare; “fotografia” che il progettista dello stampo deve “correggere” imparando a dimensionare le cavità stampo in
modo scientifico. Il giudizio finale sul progetto dimensionamenti cavità stampo è proprio la “qualità” di
questa “fotografia corretta”, la cui “bellezza” viene misurata dalla forma ottimale della vista laterale
della “finestra di stampaggio”.
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Dimensionamenti cavità stampo
12. Il punto di partenza: la portata massima in figura
Se l’evento primario dello stampaggio è rappresentato dalla portata di materiale che fluisce dalla pressa
all’interno dello stampo, il punto di partenza del progetto non può essere altro che la portata massima
d’iniezione, che deriva dalla portata massima nell’impronta.
La velocità d’iniezione in impronta è la principale responsabile delle proprietà estetiche del pezzo, pertanto la portata dovrà essere la massima raggiungibile nell’impronta.
Il dato di stampaggio del materiale che consente il calcolo della portata massima in figura è la Velocità
massima di avanzamento del fronte, mentre il dato dello stampo è la Sezione trasversale del flusso di
riempimento in impronta. Viene presentata la formula per il calcolo della portata massima in impronta, con
un esempio di calcolo con impronta a sezione trasversale costante e con un solo punto d’iniezione, posto
ad una estremità. Dalla portata massima in figura, si calcola la velocità lineare d’iniezione di una vite di
plastificazione con un dato diametro.
13. La portata massima totale
In presenza di più impronte e di più
punti d’iniezione su ogni impronta, si
deve calcolare la portata massima totale d’iniezione, che sarà il punto di riferimento per il progetto dimensionamenti delle cavità stampo.
La portata massima totale è la somma
delle portate massime in impronta,
relative ad ogni singolo flusso di materiale.
Si presenta la formula per il calcolo
della portata massima totale in funzione della sezione trasversale, del numero delle impronte nella stampata e del
numeri di flussi per impronta.
Segue un esempio di calcolo con la
determinazione della velocità lineare
d’iniezione, di una vite di plastificazione con un dato diametro.
14. Il profilo della portata
Poiché le proprietà estetiche del pezzo
dipendono dalla velocità di deposito
della plastica sulle superfici dell’impronta, ne deriva che la velocità del
fronte di avanzamento della plastica in
impronta deve rimanere costante. Pertanto, se la sezione trasversale in impronta varia, anche la portata
deve variare, per evitare la formazione di difetti superficiali sul pezzo.
Si illustrano i criteri per la determinazione del profilo della velocità d’iniezione, mostrando una serie di
esempi pratici.
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15. Il perno del progetto e l’obiettivo
Nella vista laterale della “finestra di stampaggio”, si individua il punto che costituisce il “perno” del progetto dimensionamenti cavità stampo. Questo “perno”, intorno al quale ruota tutto il progetto, definisce un
valore di velocità d’iniezione ed un valore di pressione di mantenimento che, insieme, costituiscono il
punto di riferimento per tutti i calcoli del progetto. Inoltre, nella “finestra di stampaggio”, viene indicato l’“obiettivo” finale del progetto, e cioè le migliori condizioni di stampaggio per ottenere la qualità minima richiesta nel minor tempo di ciclo possibile.
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16. Il nemico del progetto: le cadute di pressione
Il progetto, però ha un nemico: le cadute di pressione sui passaggi delle cavità stampo. Sempre utilizzando la vista laterale della “finestra di stampaggio”, si illustra il modo col quale le varie cadute di pressione
sui passaggi si sommano creando condizioni ottimali, o critiche, per un corretto processo di stampaggio.
17. Le variabili delle cadute di pressione
L’entità delle cadute di pressione dipende da diverse variabili che devono essere conosciute e tenute sotto
controllo per non penalizzare il progetto. Le cadute di pressione sono: proporzionali alla viscosità del
materiale; proporzionali alla portata del materiale; proporzionali alla superficie esterna del passaggio;
inversamente proporzionali alla sezione di passaggio.
18. La viscosità del materiale
La viscosità del materiale viene definita illustrando il modo col quale viene misurata. Vengono chiarite le
ragioni della sua unità di misura, e la sua variabilità in funzione della temperatura, della velocità di taglio
e del contenuto di umidità.
19. La velocità di taglio del materiale
La velocità di taglio presenta alcuni aspetti che rendono difficile la sua comprensione; ad esempio, la sua
unità di misura, la sua determinazione numerica e le modalità per utilizzo nella Curva di viscosità.
Si inizia a illustrare il concetto della velocità di taglio in relazione alla curva “gamma” di inviluppo dei
vettori velocità, all’interno di un passaggio delle cavità stampo. Poi, segue l’identificazione del concetto di
velocità di taglio col valore della tangente, nel punto di contatto del materiale con la superficie di passaggio; in seguito, si analizza la sua variabilità, al variare della sezione di passaggio. Si presentano le Norme
ISO sui passaggi con sezioni circolari e rettangolari e vengono illustrate le formule per il calcolo della
velocità di taglio nei due tipi di sezioni. Infine, si chiarisce il modo col quale il valore della velocità di
taglio calcolata deve essere trattato per il suo utilizzo nella Curva di viscosità.
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20. La curva di viscosità
La curva di viscosità del materiale si chiama “curva apparente”. Cosa significa questo, che la “curva
apparente” e la “curva reale” sono due realtà diverse?
La “curva di viscosità” è presentata con le sue scale logaritmiche e con i suoi intervalli di viscosità e di
velocità di taglio, spiegando poi le modalità, le formule e i sistemi di calcolo per la lettura dei valori digitali di viscosità sulla curva. Segue la spiegazione sulla differenza esistente tra la Velocità di taglio calcolata (la gamma punto) e la Velocità di taglio (Vtg) che è indispensabile per la determinazione dei valori
di viscosità sulla curva. Si introduce, poi, il significato fisico del prodotto dei valori di viscosità e di velocità di taglio, corrispondenti ad un punto della curva e si indicano le gamme di lavoro dei materiali e la
loro relazione con le cadute di pressione. Si tracciano poi le “linee isobariche” all’interno dell’intera area
del grafico, illustrando la loro relazione con la pendenza della curva di viscosità.
E se la curva, per varie ragioni, non fosse disponibile? Poiché la Curva di viscosità è indispensabile per il
calcolo delle cadute di pressione delle cavità stampo, si presentano le formule, il tipo e le dimensioni dello
stampo da usare nelle prove, che qualsiasi reparto di produzione può effettuare sul materiale, per determinare i valori di viscosità e i corrispondenti di velocità di taglio, per la definizione della curva di viscosità
“reale”, limitandone la ricerca alla gamma di lavoro delle velocità di taglio del materiale.
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21. Le formule delle cadute di pressione
Avendo, ora, tutte le informazioni sulle variabili indispensabili per il calcolo della caduta di pressione, si
introduce la sua formula generale.
Si illustrano le formule, fornite dalle Norme ISO, che prevedono solo passaggi circolari e rettangolari e si
eseguono diversi esempi di calcolo, per promuovere dimestichezza nell’uso delle formule e nella comprensione delle diverse unità di misura e, per sveltire i calcoli, si introducono alcune formule semplificate.
Si espone poi il problema della conversione delle forme dei passaggi che non rientrano in quelle indicate
dalle Nome, evidenziando la necessità di poter convertire qualsiasi sezione di passaggio materiale in forme
circolari o rettangolari “equivalenti”.
Si procede esplicitando le formule in funzione di ogni variabile, individuando, così, tutte le formule con le
quali si può calcolare non solo la caduta di pressione, ma anche la portata, la viscosità, e le dimensioni dei
passaggi. Si acquista poi familiarità con queste formule con una serie di esempi numerici di calcolo.
22. Il criterio dei dimensionamenti
Con riferimento alla vista laterale della “finestra di stampaggio”, si analizzano le due principali configurazione delle cavità stampo:
1. figura, punti d’iniezione, canali, carota, (ugello);
2. figura, camere calde, (ugello).
Si rappresenta la successione delle cadute di pressione per ogni passaggio delle cavità, per le due configurazioni, e si confronta la pressione raggiunta dalla curva risultante di pressione d’iniezione (nella fase di
riempimento), al punto di commutazione, con i due valori di post pressione minima e massima del materiale (nella fase di mantenimento).
Il criterio dei dimensionamenti, con riferimento al “perno” del progetto, parte dal calcolo della caduta di
pressione in figura per poi suddividere la pressione rimanente tra le altre cavità stampo, con l’obiettivo di
raggiungere il valore di post pressione minima con una portata metà della portata totale massima.
Non sempre è possibile ottenere questo risultato, specie quando le cadute di pressione sulla figura sono
considerevoli per gli spessori sottili ed elevati percorsi di riempimento, pertanto verrà indicata la soluzione con la quale l’attrezzista può risolvere il problema di ridurre al minimo le conseguenze negative dovute alla drastica riduzione di pressione d’iniezione, che si presenta al punto di commutazione, per passare
alla fase di mantenimento.
23. La figura: tipologie
Per l’esecuzione dei calcoli sulle cadute di pressione, vengono definite quattro tipologie di figura in base
allo spessore parete pezzo, al tipo di geometria (semplice o complessa) ed alle gamme dei valori percentuali della caduta di pressione in figura, rispetto alla postpressione minima del materiale.
Le tipologie della figura sono:
-
figura a spessori standard (ST);
figura a spessori sottili (SS);
figura a spessori irregolari (IR);
figura a spessori enormi (EN).
Si presentano i criteri di dimensionamento della figura con materiali amorfi e semi-cristallini e si evidenzia il problema dello spessore estrazione pezzo, per l’influenza negativa che può avere sul tempo di raffreddamento. Si illustrano i criteri per il calcolo delle cadute di pressione sui quattro tipi di figura, che sono
differenziati tra le figure ST-SS e le figure IR-EN, in funzione del calcolo della sezione trasversale.
Si illustrano, poi, alcuni esempi di calcolo.
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24. Considerazioni sulla figura
Si inizia con la regola d’oro per progettare la figura e si espongono i problemi e i difetti che si generano, quando ci si allontana da questa regola. L’elenco di questi difetti include le seguenti voci: diversità nei
ritiri, diversità formazione di striature da aria inglobata, affioramento di fibre di vetro, difetti superficiali
per variazioni di velocità, inglobamento di bolle d’aria nelle zone centrali, riempimento di impronte non
uniformi, percorsi di flusso imprevedibili, difficoltà nella programmazione delle velocità, disuniformità
della densità del pezzo. Si evidenzia, infine, il grave problema che può nascere, coi semi-cristallini, quando non si rispettano certe condizioni sugli spessori delle cavità stampo: la chiusura di sezioni sottili.
25. Figura con chiusura sezioni sottili
Questo grave problema, che spesso è ignorato dal progettista, può creare una situazione talmente critica
all’attrezzista che deve produrre il pezzo, da impedirgli persino di raggiungere una qualità accettabile del
pezzo. Il problema si verifica solo con i materiali semi-cristallini ad alta percentuale di cristallinità, e consiste nella chiusura delle sezioni più sottili, che impedisce un ulteriore apporto di materiale in figura, durante la fase di mantenimento. La scelta di posizionare i punti d’iniezione sugli spessori parete pezzo più sottili peggiora ancor di più gli effetti negativi sulla qualità del pezzo.
26. Soluzioni alla chiusura sezioni sottili
Poiché di fronte al problema della chiusura sezioni
sottili, l’attrezzista non ha alcuna possibilità di
ovviare a questo inconveniente, le soluzioni a questo
problema sono solo quelle di apportare modifiche
gravose allo stampo. Vengono illustrate tre soluzioni
possibili: un nuovo posizionamento del punto d’iniezione; la creazione di una nervatura a forma circolare; la riprogettazione dell’intera figura.
27. Come dirigere il flusso in figura
Talvolta, per impedire che il materiale “chiuda” anticipatamente la linea di contorno stampata, nel piano
di separazione dei semi-stampi, provocando la formazione di bolle d’aria, all’interno della figura, è
necessario dirigere il flusso di riempimento del materiale in impronta in direzioni preferenziali. La formula della caduta di pressione si presta a fornire la soluzione a questo problema, consentendo di calcolare
certi spessori, coi quali si può dirigere i fronti del
materiale, nelle diverse direzioni di avanzamento.
Viene illustrato un esempio pratico di calcolo.
28. Dpr in figura ST e SS
In presenza di figure uguali nella stampata, vengono definite le regole e i criteri di calcolo della caduta di
pressione (Dpr) per queste due tipologie di figura. Si illustra anche il criterio dei calcoli nel caso in cui le
sezioni trasversali siano tra loro diverse, sempre riducibili alla sezione circolare o rettangolare. Si effettuano esempi di calcolo per entrambi i tipi di sezioni.
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29. Dpr in figura IR e EN
Sempre in presenza di figure uguali nella stampata, vengono definite le regole e i criteri di calcolo della
caduta di pressione (Dpr) per queste due tipologie di figura. I calcoli, in questi due tipologie di figura, non
fanno uso della sezione trasversale, ma di quella “equivalente” che viene determinata con un una particolare procedura di calcolo. Si effettuano esempi di calcolo per entrambi i tipi di sezioni.
30. Figure singole: criteri di calcolo
Viene trattato il caso della stampata con di figure tra loro diverse che, generalmente, possono avere spessori standard oppure spessori enormi. Gli unici vincoli, sono quelli di non avere figure con eccessiva diversità nei volumi e nei loro spessori parete pezzo. Partendo dalle due necessità di riempimenti figura simultanei e di tempo di mantenimento riconducibili ad un valore adeguato, si presentano le regole e i criteri per
il dimensionamento dei punti d’iniezione e dei canali singoli, che collegano la carota a ciascun pezzo.
La soluzione per dimensionare correttamente queste due cavità stampo è la ricerca delle dimensioni dei
passaggi che generano le stesse cadute di pressione.
31. I punti d’iniezione: tipologie
Si inizia col presentare i principali tipi di punti d’iniezione: circolare, rettangolare, camere calde con e
senza valvola, sottomarino, a pin gate, con carota diretta, a disco, a raggi, a linguetta, ad estremità, sovrapposto, a ventaglio, ad anello e a film.
Poiché le Norme ISO prevedono i calcoli delle cadute di pressione solo per passaggi circolari e rettangolari, ne segue che tutte le possibili configurazioni dei punti d’iniezione, che non rientrano in queste due
categorie, devono essere convertite in passaggi circolari e rettangolari “equivalenti”.
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32. I punti d’iniezione: posizionamento
Si presentano le principali considerazioni per il posizionamento del punto d’iniezione, con l’obiettivo di
evitare soprattutto deformazioni, sovraimpaccamenti e variazioni di ritiri sul pezzo.
Tra i criteri che regolano la ricerca ottimale del posizionamento del punto d’iniezione, vi sono i criteri:
-
in base al tipo di figura;
in base al materiale e alla portata;
per ottenere un frangi-flusso, frontale, laterale, da inserto, dinamico;
per avere percorsi di riempimento identici;
per avere simmetria in figure simmetriche;
lontano da aree soggette a carichi; in punti nascosti i di facile occultamento;
per avere le linee di congiunzione in pressione;
per evitare inglobamenti di aria;
per rafforzare i punti deboli o con inserti; sugli spessori maggiori verso quelli minori.
33. I punti d’iniezione: conversione
Spesso, per la forma non circolare e neppure rettangolare del
punto d’iniezione, è necessaria la
conversione in punti d’iniezione
circolari o rettangolari “equivalenti”. Poiché le forme a disco,
ad anello e a film sono facilmente riconducibile alla forma rettangolare, la difficoltà maggiore
risiede nelle forme dei punti
d’iniezione camere calde, sottomarino, pin gate e carota diretta.
La conversione è da un passaggio
a forma di tronco di cono
all’equivalente cilindrico. In base
alla lunghezza del tronco di cono,
si usano due tipi di calcolo;
l’uno, che fa uso della Tabella
Conicità-coefficiente Kang;
l’altro, della Tabella Conicitàcoefficiente LKang.
34. I punti d’iniezione:
esempi di calcolo
Esempi di calcolo di cadute di
pressione su punti d'iniezione circolari e rettangolari. Sono poi
illustrate le formule per calcolare
la caduta di pressione sui punti
d’iniezione a forma tronco di
cono che fanno uso delle Tabelle
Kang e LKang. Seguono degli
esempi numerici di calcolo.
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35. I canali: ramificazioni
Per una ramificazione ottimale in cascata, per ottenere un riempimento simultaneo, si definisce prima il
numero ottimale delle impronte. Si presenta la ramificazione ottimale seguita da una serie di ramificazioni che non consentono un riempimento simultaneo delle impronte per il modo particolare col quale il fronte del materiale avanza all’interno delle cavità stampo.
36. I canali: sezioni
Presentazione delle forme ottimali dei canali di
alimentazione e quelle da evitare per la loro
tendenza a restringere precocemente la sezione
di passaggio del materiale e a provocare bruciature sul materiale, che causano una riduzione della portata d’iniezione.
Si espone poi la regola del dimensionamento
delle sezioni dei tratti in cascata dei canali, per
avere una caduta di pressione unitaria costante.
37. I canali: i calcoli
Criteri di assegnazione della caduta di pressione complessiva sui canali per ogni tipologia di
figura.
Formule di calcolo delle cadute di pressione
sui tratti dei canali.
Esempi di dimensionamento e di calcolo delle
cadute di pressione sui tratti dei canali.
Criteri di dimensionamento dei canali che alimentano figure diverse nella stampata.
38. I canali: esempi di calcolo
Presentazione delle formule e dei criteri di calcolo per il dimensionamento dei canali in cascata ed esempi di calcolo di dimensionamento dei canali con un numero di 16 figure uguali nella stampata.
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39. La carota
Presentazione della carota con i suoi dati essenziali di Conicità, e Lunghezza, Diametro maggiore,
Diametro minore, e del modo col quale si accoppia col diametro ugello.
Si elencano poi le caratteristiche ottimali della carota al fine di ridurre al minimo la sua caduta di pressione, evidenziando i tre aspetti principali:
1.
2.
3.
la Lunghezza (Lcar) che deve essere la minima possibile;
il Diametro minore (Dmn) che deve essere sufficientemente dimensionato per consentire un flusso
adeguato di materiale in mantenimento e per accoppiarsi correttamente col diametro ugello pressa;
la Conicità che deve essere compresa tra 3°-5°.
Si evidenzia, inoltre che il Diametro maggiore carota non deve assumere dimensioni eccessive, per non
prolungare il tempo di raffreddamento, e che il Tira carota, in questi casi, si dovrebbe sdoppiare per una
sua più rapida solidificazione, per poter estrarre la carota anche se ancora ad alta temperatura.
40. La carota: calcolo della Dpr
Come per la conversione dei punti d’iniezione a forma tronco di cono, anche la carota deve essere convertita in un cilindro equivalente, avente come diametro il Diametro minore (Dmn) e come lunghezza un valore che si ottiene con due tipi di calcoli che dipendono dalla lunghezza della carota stessa.
Il primo tipo di calcolo, usa la Tabella Conicità-coefficiente LKang; il secondo tipo di calcolo, usa invece la Tabella Conicità-coefficiente Kang.
Viene illustrata la formula per calcolare la caduta di pressione della carota dalla quale risulta evidente che
le variabili più influenti sono rispettivamente: Dmn, Lcar e Conicità.
41. La carota: esempi di calcolo
Si espone il criterio per la scelta del primo o secondo tipo di calcolo e la procedura per l’utilizzo della
Tabella Conicità-coefficiente LKang per il calcolo della caduta di pressione. Segue il criterio e la procedura per l'utilizzo dell’altra Tabella Conicità-coefficiente Kang e sul modo col quale si deve determinare la
Viscosità del materiale in un passaggio a tronco di cono.
Si effettuano esempi numerici sui due tipi di calcolo.
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42. L’ugello della pressa
Presentazione dell’ugello pressa con i suoi dati Diametro e Lunghezza. Si evidenzia che il Diametro ugello dipende dalla portata massima della pressa e deve essere adeguatamente scelto per non provocare eccessive cadute di pressione al passaggio del materiale.
Viene fornita una Tabella che mostra il Diametro minimo e Diametro standard da adottare sulla pressa,
in funzione della sua portata massima e con un materiale a viscosità relativamente bassa (100 Pa.s), con
una Lunghezza ugello pari a 1,5 volte il Diametro ugello e con riferimento ad una caduta di pressione compresa tra i 50 e i 70 bar.
Il progettista deve tener presente i valori di questi diametri nel dimensionare il Diametro minore carota,
perché questo deve essere leggermente superiore al diametro ugello. Per l’individuazione della pressa da
utilizzare con lo stampo in fase di progetto, inoltre, il progettista non deve fare riferimento alla sola forza
di chiusura, ma anche al Diametro ottimale della vite di plastificazione, che viene determinato con una
formula per l’ottimizzazione del tempo di ciclo. A tale diametro corrisponderanno taglie di pressa entro una
gamma di tonnellaggio relativamente ristretta. Inoltre, si esorta il progettista a valutare la viscosità del
materiale corrispondente alla velocità di taglio dell’ugello, per verificare che le cadute di pressione non
siano eccessive. Si ricorda, inoltre, che il Diametro minore carota come pure il Diametro ugello dipendono da un determinato rapporto con lo spessore parete pezzo.
43. L’ugello pressa: esempi di Dpr
Essendo l’ugello di forma circolare, non vi sono problemi per il calcolo della sua caduta di pressione, pertanto, si illustrano diversi esempi numerici, partendo da un ugello di diametro tipico per le presse mediopiccole e variando il tipo di materiale.
Questi esempi mostrano i valori delle cadute di pressione che normalmente si hanno sull’ugello, ed evidenziano che solamente la scelta non appropriata del diametro e lunghezza dell’ugello è sufficiente a far
crollare un progetto dimensionamenti cavità stampo, eseguito a regola d’arte.
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44. Le camere calde
Definiti i vantaggi e gli svantaggi delle camere calde, si illustrano alcune configurazioni comunemente
usate che definiscono i 4 tratti delle camere calde: ingresso, 2° tratto, 3° tratto e uscita, che funge da punto
d’iniezione. Le sezioni dei tratti ingresso, 3° tratto e uscita sono sempre circolari, mentre quella del 2° tratto può essere anche di tipo rettangolare. Si introducono, poi, i criteri per il calcolo delle cadute di pressione che vedono assegnare ai primi tre tratti una caduta % complessiva da ripartire in tre parti col criterio
dell’eguaglianza di caduta di pressione unitaria, mentre l’uscita viene trattata come un punto d’iniezione.
45. Camere calde: esempio di calcolo
Stabiliti i criteri per i calcoli, si procede con un esempio numerico di dimensionamento delle sezioni di tutti
i tratti di passaggio delle camere calde.
46. Il ritiro sullo stampo: la soluzione
Il valore di Ritiro da adottare sullo stampo è una scelta difficile, perché troppi sono i dati, i parametri e le
condizioni che lo influenzano. Questa scelta, comunque va fatta, pertanto si devono stabilire i criteri coi
quali individuare un valore ottimale di ritiro. La premessa è un’accurata ricerca delle variabili ed un loro
utilizzo basato su un’impostazione scientifica. La vera soluzione, però, consiste nel garantire un’ampiez-
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za ed una profondità alla finestra di stampaggio che consentano un’adeguata regolazione del TMP, per
dosare il materiale in cavità stampo, trovando un compromesso ottimale tra le proprietà meccaniche e le
proprietà dimensionali del pezzo. Le variabili in gioco sono:
-
le proprietà dimensionali richieste sul pezzo;
le proprietà meccaniche richieste sul pezzo;
il Ritiro longitudinale e il Ritiro trasversale, riportati nella scheda tecnica materiale;
la variazione di Ritiro in funzione dello spessore del pezzo;
la tolleranza sui valori di Ritiro della scheda tecnica;
le condizioni delle prove di Ritiro eseguite dal laboratorio del fornitore;
i dati cavità stampo che influenzano il Ritiro;
i 5 parametri di stampaggio che influenzano il Ritiro.
47. La scelta del ritiro
Dei 5 parametri di stampaggio che influenzano il Ritiro, quello che lo influenza maggiormente è il TMP
al quale si deve garantire la massima regolazione. Presi i valori di Ritiro long e Ritiro trasv., riportati allo
spessore parete pezzo e aumentati del valore di tolleranza, si deve verificare se le quote sotto tolleranza
sono parallele o perpendicolari al flusso di riempimento impronta, oppure sono una mescolanza tra i due.
Di conseguenza, si sceglie il Ritiro long o trasv, oppure una media aritmetica o volumetrica dei due.
Poi, se le proprietà meccaniche non sono eccessive o meglio ancora non sono specificate, al valore del
Ritiro sinora determinato si aggiungere un valore percentuale valutabile in base allo spessore del pezzo.
48. Il ritiro e i 5 parametri fondamentali
Si presenta un tabellone che mostra, per un campione di PP con un pezzo di spessore parete 2 mm, le
curve di variazione di Ritiro del materiale, in funzione dei 5 parametri fondamentali del programma
stampo: Temperatura di stampaggio, Temperatura
dello stampo, Velocità d’iniezione, Pressione di mantenimento (PP1) e Tempo di mantenimento in pressione (TMP). Questa rappresentazione trasmette, in
modo immediato che il TMP è il parametro che
influenza maggiormente il Ritiro, ed essendo un
“tempo”, una sua riduzione, agisce positivamente
sul profitto. La possibilità di realizzare questa riduzione è uno dei risultati che il progettista, con un
opportuno dimensionamento delle cavità stampo,
deve poter garantire all’attrezzista.
49. Il ritiro: dati stampo e parametri
Per completare la trattazione sul ritiro da assegnare
allo stampo, e per dare una visione complessiva e
immediata sull’aumento o diminuzione del ritiro in
funzione dell’incremento o decremento delle variabili che lo influenzano, si mostra un tabellone con
l’elenco completo dei dati stampo e dei parametri di
stampaggio che lo fanno variare, indicando, con
enormi frecce, il senso di variazione del ritiro in funzione del senso di variazione del dato stampo, o parametro di stampaggio.
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La difesa del progetto dimensionamenti
50. Le insidie nascoste del progetto
Non basta dimensionare correttamente le cavità stampo per essere sicuri che tutto proceda senza problemi
in produzione. Purtroppo, vi sono delle “insidie nascoste” che, anche se involontarie e generalmente dovute a mancanza di conoscenze su certi dati, parametri o fenomeni, possono esercitare influenze negative
sullo stampaggio e creare problemi che potrebbero essere indebitamente attribuiti al progetto stampo.
Tra queste “insidie nascoste” sono illustrate le seguenti:
-
l’ugello della pressa (troppo stretto);
il Diametro e il Tipo della vite di plastificazione (non corretti);
la Velocità periferica della vite di plastificazione (insufficiente);
la Temperatura di stampaggio (troppo bassa);
la Velocità massima d’iniezione (insufficiente);
la Quota di commutazione (errata);
il Tempo di mantenimento in pressione TMP (errato e di difficile deterinazione);
i valori delle post pressioni specifiche (generalmente sconosciuti all’attrezzista);
la Forza di chiusura dei semi-stampi (elevata);
i grafici d’iniezione (generalmente non utilizzati in produzione).
Queste “insidie” possono provocare criticità o parametri errati nello stampaggio, penalizzando la qualità o
il tempo di ciclo necessario per ottenerla. L’Ufficio Progetti, quindi, dovrebbe addestrare del personale che
entra nel mondo dello stampaggio per approfondire certi aspetti legati alla buona riuscita del progetto stampo. Inoltre, questo personale dovrebbe essere in grado di effettuare le verifiche sullo stampaggio.
51. Le verifiche sullo stampaggio
Le verifiche sullo stampaggio si possono effettuare senza interrompere o intralciare la produzione e senza
dovere essere in grado di acquisire alcuna operatività sulla pressa.
Tra le verifiche che vengono illustrate elenchiamo: come verificare il diametro ugello; come giudicare se
il diametro vite di plastificazione è ottimale; come sapere se il tipo della vite è quello adatto; come stabilire se la velocità rotazione vite è idonea; come verificare se la temperatura di stampaggio è conforme al
valore della scheda tecnica del fornitore; come rilevare la massima portata d’iniezione della pressa; come
stabilire se la Quota di commutazione è impostata correttamente; come rilevare il TMP; come calcolare i
valori delle postpressioni in mantenimento; come stabilire se la forza di chiusura non è stata ottimizzata.
Di tutte queste verifiche, si sottolineano le due più importanti per il progetto dimensionamenti cavità
stampo: la Temperatura di stampaggio e la Forza di chiusura dei semi-stampi, spiegando in dettaglio le
ragioni che portano ad una impostazione errata di questi due parametri e le influenze negative che questi
esercitano sui risultati ottenuti in termini di qualità e di profitto sdalla produzione.
52. Il picco di pressione
Un aspetto importante dello stampaggio, in relazione alla forza di chiusura dei semi-stampi, è il “picco di
pressione” che si manifesta alla quota di commutazione, prima di entrare nella fase di mantenimento.
Purtroppo, per molti anni non sono mai stati evidenziati i problemi causati da questo fenomeno, pertanto
questo aspetto è molto frequente in produzione. Viene mostrato il fenomeno del “picco di pressione” e della
sua influenza negativa nel moltiplicare la forza di chiusura, e le con conseguenze gravi che potrebbero derivare sul giudizio del progetto di dimensionamento delle cavità stampo.
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53. La miglior difesa del progetto
Le difese del progetto stampo dalle “insidie nascoste” possono avere diversi livelli:
1.
2.
3.
4.
5.
la segnalazione dei dati minimi ottimali da adottare sulla pressa e nello stampaggio;
la segnalazione e la verifica completa sui dati ottimali della pressa e dello stampaggio;
effettuare in proprio le verifiche sulla pressa e sullo stampaggio;
creare il programma stampo calcolato con un sistema di sviluppo automatico programmi;
effettuare la prova stampo col programma calcolato, ottenendo il programma stampo ottimizzato.
Sono di per sè evidenti le difficoltà di operare ai livelli 1 e 2, soprattuto se la produzione è di un Cliente
esterno, mentre il livello 3 potrebbe essere praticabile all’interno della stessa azienda. Il creare il programma stampo calcolato sarebbe un vantaggio non indifferente per il progettista, ma sicuramente la miglior
difesa rimane quella di fornire lo stampo con una stampata di qualità e con un ottimo tempo di ciclo.
A questo punto del Corso, si illustrano i due strumenti di sviluppo automatico di calcolo, già disponibili sul mercato, di cui, il primo, dedicato al progettista stampo coi moduli per dimensionare le cavità stampo e creare il programma stampo; il secondo, dedicato al Responsabile di produzione, principalmente per
creare programmi stampo calcolati, nell’arco di tempo di un minuto.
54. Il giudizio finale... sulla pressa
Fatte le dovute verifiche sullo stampaggio, in modo particolare quelle relative alla temperatura di stampaggio e all’ottimizzazione della forza di chiusura, il progettista deve accostarsi alla pressa, aprire il grafico di
Pressione e di Velocità d’iniezione e ricevere il giudizio finale sul suo progetto, da queste particolarità:
1. la forma della curva di pressione deve raggiungere la PP1, prima della quota di commutazione;
2. la pressione specifica alla commutazione deve essere nell’intorno della PP1 max del materiale,
3. la curva di Velocità dopo la commutazione deve scendere gradualmente verso la quota cuscino.
Queste tre condizioni esprimono l’ottimizzazione delle tre condizioni dello stampaggio responsabili dei
tre aspetti della qualità del pezzo. Questo è il miglior giudizio che si può ottenere.
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Informazioni sui Corsi
Per programmare un Corso presso la sede Cliente
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l’Ing. Franco Adessa.
Per avere una presentazione completa sui tipi di Corsi disponibili, rivolti a Progettisti stampo, Responsabili
di produzione e Attrezzisti, nel settore dello stampaggio ad iniezione per materiali termoplastici, visitare il
nostro sito: www.corsidistampaggio.com
Sul sito, potrete trovare anche la presentazione di due nuovi prodotti: “Sistema Dimensionamenti cavità
stampo e sviluppo programmi stampo per materiali termoplastici” e “Sistema di sviluppo automatico di programmi stampo per lo stampaggio ad iniezione dei materiali termoplastici”, che costituiscono gli strumenti moderni a disposizione del Progettista stampo e del Responsabile di produzione per svolgere il loro ruolo in modo scientifico, rapido, efficiente e per ottenere migliori risultati in termini di qualità del pezzo ed economici.
Costi unitari per un Corso teorico-pratico
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Costo orario della docenza
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- il “Curriculum vitae” del Docente;
- il programma del Corso, previamente concordato;
- i documenti necessari per dimostrare la professionalità dei supporti didattici forniti durante i Corsi.
Ing. Franco Adessa
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