Stampaggio a Iniezione

Question 1

Descrive il processo dello stampaggio a iniezione.

Answer 1

• Il processo comincia con materiali termoplastici sotto forma di granuli chiamato pellet. Questi pellet vengono inseriti nello cilindro riscaldante attraverso una tramoggia.
• Dentro il cilindro il materiale fonde (fasce riscaldanti) ed è trasferito nello stampo da una vite punzonante.
• Una volta riempito lo stampo (ad alta pressione), il materiale si solidifica e raffredda (canali d’acqua).

Question 2

Descrive la struttura della pressa per iniezione.

Answer 2

• È attrezzata con uno stampo per iniezione installata nello gruppo di chiusura che contiene anche un meccanismo per la chiusura e apertura dello stampo.
• È attrezzata con una tramoggia, cilindro, motori, vite e una valvola installato nel gruppo di iniezione.
  ★ La vite e il gruppo di chiusura sono movimentati da motori e attuatori elettrici ed oleodinamici.

Question 3

Descrive le fasi del ciclo di stampaggio a iniezione.

Answer 3

• Chiusura dello stampo
• Iniezione (la vite trasla in avanti, iniettando il materiale verso l’ugello)
• Compressione (la vite continua a spingere il materiale in avanti per mantenere una pressione elevata)
• Alimentazione (la vite trasla all’indietro e ruota per spostare il materiale verso l’ugello)
• Apertura ed espulsione

Question 4

Descrive lo stampato dello stampaggio a iniezione.

Answer 4

• È un pezzo singolo attaccato ad un eventuale materozza che poi viene tagliato a mano da un operaio. Per evitarlo, viene prolungata la vita all’interno dell’ugello o riscaldato il materiale nell’ugello per evitare la solidificazione.
• Per alti volumi di produzione, lo stampo può avere impronte multiple (in questo caso lo stampato comprende i pezzi prodotti, eventuale materozza e il materiale solido nei canali tra ugello e impronte e nelle attacchi di iniezione. questo sfrido può essere separato automaticamente dai pezzi con accorgimenti nel disegno dei canali di iniezione).
• Per una riproduzione fedele della geometria e della finitura, la pressione nell’impronta deve essere intorno a 50 MPa (questo è ottenuta applicando una forza grande al materiale fuso nel cilindro).
• La pressione nel cilindro invece deve essere circa 70-150 MPa a secondo del materiale per permettere al flusso viscoso di attraversare l’ugello e i canali di iniezione.
• Il meccanismo di chiusura deve esercitare una forza di chiusura durante il processo per evitare aperture accidentali.
• Stampati più grandi richiedono presse di maggiore tonnellaggio per esercitare una forza di chiusura maggiore. Esiste un limite alle dimensioni degli stampati che possono essere prodotti senza necessità di presse di tonnellaggio alto; è dell’ordine di 800-1000 mm, però la maggior parte degli stampati ha dimensioni inferiori a 500 mm.

Question 5

Quali materiali possiamo utilizzare per lo stampaggio a iniezione?

Answer 5

• Termoplastici (comprende il 90% delle applicazioni, il tempo ciclo è tra 10-40 s):
  → Facili da stampare: richiedono temperature al massimo di 250°C e pressioni al massimo di 100 MPa. Comprendono le PP, PE, PS.
  → Stampabili in condizioni medie: richiedono temperature tra 250-300°C e pressioni tra 100-150 MPa. Comprendono le ABS, PC, PMMA, PA, ecc.
  → Difficili da stampare: richiedono temperature maggiori di 300°C e pressioni maggiori di 150 MPa. Comprendono le PEEK, PI, PAI, PEI, ecc.
  → Non stampabili: sono troppo viscosi per poter fluire nel gruppo di iniezione.
• Termoindurenti: comprendono le PF, MF, UF, EP. Con questi lo stampo deve essere riscaldato anziché raffreddato. Il materiale è introdotto nel cilindro sotto forma di miscela semiliquida. Il cilindro deve essere riscaldato a una temperatura non troppo alta per evitare la reticolazione.
• Elastomeri reticolati (SBR, NBR, silicone) e non reticolati (EPDM, SBS, EVA, TPU).

Question 6

Quali sono le caratteristiche delle applicazioni dello stampaggio a iniezione?

Answer 6

• La forma può essere complessa con dettagli fini (riprodotto a causa dell’elevata pressione di iniezione) oltre che cavità e sporgenze in diverse direzioni (grazie alla facilità di gestione dei sottosquadri).
• Lo spessore è uniforme e piccolo (1-6 mm) per ridurre il tempo ciclo ed evitare difetti dovuti alla disuniformità della velocità di raffreddamento.
• Gli stampati hanno un ottima precisione a causa dell’iniezione ad alta pressione in stampi precisi; possono avere un ottima finitura superficiale e colorazione senza trattamenti secondari.
• I volumi di produzione sono elevati per la necessità di ammortizzare il costo dello stampo.

Question 7

Che tipi di componenti possiamo produrre con il stampaggio a iniezione?

Answer 7

• Componenti tecnici di piccole dimensioni
• Contenitori (dalla valigeria agli imballaggi)
• Scocche di apparecchiature elettroniche
• Componenti automobilistici (dagli allestimenti interni ai fanali)
• Componenti di apparecchiature medicali o di articoli sportivi.

Question 8

Descrive le funzioni dello stampo per iniezione.

Answer 8

• Distribuisce il materiale fuso alle impronte attraverso i canali di iniezione.
• Permette la compressione del materiale fuso all’interno delle impronte, opponendo la resistenza alla pressione di iniezione e garantendo la tenuta dell’impronta.
• Resiste alle alte temperature del materiale.
• Raffredda il materiale attraverso un sistema di canali a circolazione d’acqua.
• Espelle lo stampato dall’impronta attraverso perni espulsori.
• I componenti a contatto con la plastica fusa sono fatti in materiali resistenti all’usura ad alta temperatura (come acciai hot-work e inox).
• Le leghe di alluminio sono utilizzati per ridurre i costi e migliorare lo scambio termico tra plastica e stampo (la loro minore resistenza all’usura limita la durata dello stampo).
• Gli stampi più semplici sono quelli a impronta singola senza sottosquadri.
  → Comprende un semistampo fisso (montato sulla tavola fissa) e un semistampo mobile (montato sulla tavola mobile).
  → Il semistampo fisso comprende una piastra contenente parte dell’impronta (la femmina dello stampo), irrigidita da una contropiastra che serve a collegare il semistampo alla tavola fissa; comprende anche un canale di ingresso.
  → Il semistampo mobile comprende una piastra per l’impronta (il maschio dello stampo), una contropiastra di irrigidimento, più alcuni elementi che delimitano uno spazio cavo per alloggiare il meccanismo di espulsione.
• Quando lo stampato è solido, il semistampo mobile trasla all’indietro staccandosi dal semistampo fisso.
• Durante l’apertura dello stampo, gli espulsori spingono lo stampato fuori dal maschio.

Question 9

Descrive cosa sono i sottosquadri.

Answer 9

Sono ostacoli geometrici all’estrazione dello stampato dall’impronta. Senza i sottosquadri lo stampato fuoriesce liberamente dalla femmina in fase di apertura, e dal maschio in fase di espulsione.
I casi più comuni sono:
→ Sottosquadri esterni: determinate da dettagli sulle superfici laterali esterne; questi impediscono l’estrazione dello stampato dalla femmina, e possono essere risolti mediante carrelli esterni.
→ Sottosquadri interni: determinati da dettagli sulle superfici interne; questi impediscono l’espulsione dello stampato dal maschio, e possono essere risolti mediante carrelli interni.
→ Sottosquadri circolari: sporgenze o cavità che si sviluppano a 360° su superfici assialsimmetriche; queste comprendono gole esterne (risolte con cavità espandibili), gole interne (risolte con spine collassabili), e filettature interne (risolte con dispositivi di svitamento del maschio).

Question 10

Descrive la struttura di uno stampo multi-impronta.

Answer 10

• In uno stampo multi-impronta, la bussola di iniezione è collegata a distributori e attacchi di iniezione.
• Il flusso della plastica dalla bussola alle impronte deve essere bilanciato, cioé permetta di riempire tutte le impronta con la stessa pressione.
• Tutti i percorsi tra la bussola e le impronte devono avere la stessa lunghezza; ottenibile facilmente se il numero di impronte è una potenza di 2 (2, 4, 8, 16, ecc.).
• Un inconveniente degli stampi multi-impronta è la necessità di alimentare le impronte con attacchi laterali disposti sul piano di apertura.
  → Un attacco laterale determina un flusso della piastra asimmetrico anche nel caso in cui l’impronta sia assialsimmetrica o di forma regolare.
  → L’assimetria può causare distorsioni o linee di saldatura che possono essere evitate usando stampi a tre piastre che permettono di separare fisicamente gli stampi e sfridi. Questo è possibile anche in stampi multi-impronta a due piastre con diversi tipi di attacchi.
  → Per evitare la formazione dello sfrido si usano stampi a canali caldi.

Question 11

Fai una descrizione sulle disuniformità locali.

Answer 11

• È un tipo di difetto.
• Quelle più comuni sono le tracce degli attacchi di iniezione che restano visibili dopo il distacco dei canali di iniezione.
• Un altro esempio sono le tracce degli espulsori (aree circolare di contatto tra lo stampo e perni espulsori); si formano a causa della diversa finitura superficiale degli espulsori, della pressione degli espulsori, e delle intercapedini tra gli espulsori e i fori di scorrimento.
  ★ Si preferisce evitare il difetto sostituendo gli espulsori con una piastra di espulsione che agisce su una superficie estesa o su un bordo completo dello stampato.

Question 12

Fai una descrizione sul ritiro.

Answer 12

• La contrazione del materiale plastico durante il raffreddamento.
• I termoplastici amorfi hanno il ritiro lineare più basso (0,3-0,8%), mentre quelli cristallini hanno un ritiro maggiore (1-4%), e quelli rinforzati con fibra di vetro hanno ritiri inferiori rispetto a quelli non rinforzati (perché il vetro è sempre solido durante il processo).
  → Questo è dovuto alla disposizione delle catene polimeriche.
• I termoindurenti hanno ritiri non superiori allo 0,5%.
• Il ritiro diminuisce all’aumentare della temperatura, della pressione e del tempo di iniezione (condizioni che favoriscono l’impaccamento).
• Il ritiro diminuisce se ogni impronta è alimentata da attacchi multipli (che diminuiscono la lunghezza media del flusso di plastica fusa) o da attacchi con sezioni più ampie (che riducono la caduta di pressione).
• Nei cristallini, il ritiro aumenta all’aumentare dello spessore.
  → Lo spessore di parete determina la velocità di raffreddamento.
  → Una parete spessa si raffredda lentamente, lasciando il tempo per assumere un grado di cristalizzazione più elevato, ottenendo un ritiro lineare maggiore. Il contrario succede per pareti meno spessi.

Question 13

Quali sono i difetti da ritiro?

Answer 13

• Ritiro disuniforme tra le diverse pareti di uno stampato:
  → La parete più spessa tende ad avere un ritiro maggiore ma non può ritirare completamente perché le pareti meno spesse tendono a ritirare in dimensioni minori.
  → Cosi le due pareti subiranno distorsioni al fine di adattarsi geometricamente l’una all’altra in presenza di ritiri diversi.
  ★ Uno stampato quindi dovrebbe essere disegnato con spessore di parete uniforme.
• Velocità di raffreddamento diverse:
  → All’interno della cavità il calore ceduto dallo stampato converge in un volume ristretto, mentre all’esterno è disperso in diverse direzioni.
  ★ Quindi all’interno si raffredda più lentamente e vediamo un ritiro maggiore, provocando distorsioni delle pareti.
  ★ Queste possono essere evitate disegnando lo stampato con cavità meno profonde in relazione alle loro dimensioni.

Question 14

Descrive cosa vuol dire ritiro differenziale.

Answer 14

• È la variazione del ritiro tra la direzione di flusso e la direzione trasversale al flusso.
• Le catene polimeriche tendono ad allungarsi nella direzione trasversale al flusso; questo fenomeno determina sforzi interni di trazione in direzione trasversale.
• Quando il materiale solidifica, lo sforzo di trazione rilassa, provocando una riduzione di lunghezza lungo la direzione trasversale.
• Il lato lungo del rettangolo e il lato corto dell’attacco avranno un ritiro minore, mentre il lato corto opposto avra un ritiro maggiore.
  ★ Per forme più simmetriche (p.es. quadrato o circolare) possiamo mettere un attacco centrale per evitare difetti di ritiro differenziale.

Question 15

Fai una descrizione delle linee di saldatura.

Answer 15

• In una stessa impronta, flussi diversi possono essere causati da attacchi di iniezione multipli o da diramazioni di un flusso principale in presenza di ostacoli nell’impronta.
• Se i flussi si scontrano frontalmente, a fine solidificazione lo stampato presenta una linea di saldatura, cioé una linea di fusione piu profonda e visibile.
• Una linea di saldatura puo creare un indebolimento strutturale; questo puo essere critico se la linea di saldatura si forma in sezioni di flusso molto strette.
  ★ Condizioni simile dovrebbero essere evitate in fase di progettazione dello stampato.
  ★ Possiamo evitare questo, progettando le canali di iniezione in modo da indirizzare la fusione tra i flussi in aree meno critiche.

Question 16

Descrive alcune caratteristiche degli stampati dello stampaggio a iniezione.

Answer 16

• Spessore:
  → Lo spessore minimo accettabile è quello che permette un completo riempimento dello stampo.
  → All’aumentare della lunghezza di flusso bisogna aumentare lo spessore per rallentare il raffreddamento; e completare il riempimento prima della solidificazione.
  → Lo spessore suggerito dipende dal materiale, ma è intorno a 1/200 della lungheza di flusso.
  → Lo spessore delle pareti può essere aumentato ma non oltre 5-6 mm per evitare distorsioni e tempi ciclo lunghi.
  ★ Lo spessore non dovrebbe mai scendere al di sotto di 0,5-1 mm.
  ★ A volte lo spessore minimo accettabile è insufficiente per motivi strutturali, in questi casi lo stampato deve essere progettato con una forma cava aperta, garantendo le esigenze strutturali attraverso nervatura di irrigidimento sulla parete interna non visibile.
• Nervatura di irrigidimento:
  → Le nervature dovrebbero avere uno spessore ridotto del 20-30% rispetto alle pareti principali per evitare risucchi.
  → Le nervature non possono essere troppo alte (oltre 4-5 volte lo spessore), o troppo vicine tra loro (meno di 2-3 volte lo spessore) per evitare punti caldi.
• Due dettagli importanti:
  → Bisogna evitare superfici parallele alla direzione di apertura dello stampo, che puo peggiorare la finitura superficiale e causare usura accelerata dello stampo.
  ★ Queste superfici devono avere un angolo di spoglia intorno a 1/2°, ma per componenti di precisione fine puo arrivare fino a 1/4-1/8°.
  ★ Per una superficie texturizzata, bisogna aumentare l’angolo di spoglia per evitare micro-sottosquadri.
  → Bisogna evitare spigoli vivi. Uno spigolo vivo esterno sarebbe soggetto a errori geometrici. Uno spigolo vivo potrebbe causare concentrazione di sforzi di flessione durante l’uso e durante raffreddamento.
  ★ In questi casi bisogna prevedere un raccordo sullo spigolo; per spigoli interni il raggio minimo raccomandato è pari al 50% dello spessore, e gli spigoli esterni devono essere disegnati con un offset a quelli interni.
• La linea di divisione: la linea di divisione separa le superfici definite dai due semistampi. La progettista deve scegliere quello che minimizza il numero di sottosquadri per ridurre la necessita di carrelli e ridurre il costo. Bisogna fare in modo che le due facce di una parete siano ricavate in semistampi opposti.
  → L’ideale è avere una linea di divisione piana; cosi lo stampo può essere costruito con un piano di apertura, per garantire una chiusura perfetta dello stampo.
  → Linee di divisione piu complesse hanno bisogno superfici di apertura piu complesse e difficili da lavorare; in ordine crescente di costo possiamo considerare linee di divisione a gradini (cioé in piani paralleli), linee di divisione su piani inclinati e su superfici complesse.
  → La linea di divisione può creare difetti sullo stampato:
  → Il materiale fuso puo entrare tra i due semistampi e creare sporgenze visibili.
  → Un piccolo disallineamento dei due semistampi, puo creare disallineamenti visibili tra le superfici esterne.
  ★ Per evitare questo, bisogna far coincidere la linea di divisione con uno spigolo dell’oggetto.