Quando si parla di stampaggio a iniezione di materiali plastici ci riferiamo al metodo più comune per la produzione di parti in plastica. E’ un processo composto da un’unica fase, senza necessità di operazioni secondarie come la rifilatura o la rifinitura.
Come funziona?
Nel processo di stampaggio a iniezione di materiali plastici, una macchina inietta un polimero fuso ad alta pressione in uno stampo contenente la cavità corrispondente al progetto della parte. Il polimero scorre dalla macchina di stampaggio ad iniezione alla cavità attraverso un sistema di alimentazione. Dopo il riempimento della cavità, la macchina continua a compattare il materiale plastico fuso che si solidifica dopo il raffreddamento. La macchina, infine, espelle la parte solida.
Il tempo di ciclo richiesto per la produzione di una singola parte generalmente è qualche secondo o qualche minuto. Un tempo di ciclo breve consente di incrementare notevolmente i volumi di produzione.
Lo schema seguente illustra una tipica macchina per stampaggio a iniezione.
Schema stampaggio a iniezione
| 1 | Unità di iniezione | Riceve i granuli di plastica in una tramoggia (2) e li trasferisce in un fusto riscaldato contenente una vite rotante e punzonante (3) e un ugello (4). |
| 2 | Tramoggia | Contiene ed eroga i granuli di plastica per il processo di stampaggio a iniezione |
| 3 | Vite | Trasporta i granuli nel fusto, riscaldandoli per creare una fusione omogenea, un processo denominato plastificazione. |
| 4 | Beccuccio | Quando che l’unità di iniezione (1) produce un’adeguata quantità di plastica fusa, l’azione punzonante della vite (3) inietta la plastica fusa attraverso l’ugello nello stampo (5). |
| 5 | Stampo | Contiene la cavità (6) all’interno delle piastre di stampaggio assieme al sistema di canali (7), dei canali di raffreddamento (8), dei perni dell’estrattore e delle piastre mobili e fisse (contorni esterni). |
| 6 | Cavità | La cavità della parte viene riempita con polimero fuso che si raffredda e dopo l’iniezione forma la parte prodotta. |
| 7 | Sistema di alimentazione | Fornisce il percorso del flusso del polimero fuso nella cavità. Il sistema di alimentazione comprende canali, materozze e gate |
| 8 | Canali di raffreddamento | I canali di raffreddamento rimuovono il calore dallo stampo. I singoli canali di raffreddamento generalmente sono collegati in serie con un ingresso e un’uscita. Nel circuito di raffreddamento è possibile utilizzare acqua o altri refrigeranti, ad es. glicole etilenico. |
| 9 | Unità di chiusura | Utilizza un’unità motorizzata e barre di trazione per l’apertura e la chiusura dello stampo, e impedisce l’apertura dello stampo durante il processo di iniezione |
| 10 | Unità di controllo | Monitora e controlla i parametri di elaborazione, ad esempio la temperatura, la pressione, la posizione della vite e la velocità. |
| 11 | Unità idraulica | Regola e mantiene la pressione idraulica corretta per il controllo della pressione meccanica. |
Come si compone il processo
Generalmente il processo di progettazione dello stampaggio a iniezione è costituito da due fasi: una prima fase detta di definizione e una fase successiva detta di convalida.
1. Fase di definizione
Durante la fase di definizione, vengono definite le impostazioni di processo corrette e viene convalidato il progetto del sistema di canali. Queste impostazioni dipendono dal materiale selezionato e dalla distribuzione dello spessore della parte. Le impostazioni tipiche sono:
- Temperatura dello stampo e della fusione
- Velocità di iniezione
- Punto di commutazione Fill/Pack
- Tempo di mantenimento e raffreddamento
2. Fase di convalida
Durante la fase di convalida, è possibile controllare:
- Se le impostazioni di processo definite possono riempire la parte con la pressione della macchina specificata.
- Se la parte evidenzia difetti di riempimento, ad es. segni di bruciatura, linee di saldatura, punti caldi o avvallamenti.
È necessario valutare anche:
- Il tempo di congelamento del gate per ottenere il tempo di compattazione.
- Il tempo di congelamento della parte per ottenere il tempo di raffreddamento.
- La deformazione della parte per il ritiro e la deformazione causati dalle sollecitazioni residue quando la parte si raffredda.
Durante questa seconda fase, vengono identificati eventuali difetti della parte e vengono apportate modifiche ai parametri del processo o alla geometria per migliorare la qualità del prodotto. Una volta che la macchina espelle la parte, è possibile valutare solo i difetti visibili della parte superficiale.
Potrebbe essere ancora necessario valutare le proprietà strutturali della parte. Ad esempio, se si utilizza un materiale riempito di fibre e la velocità di iniezione è eccessiva, potrebbero verificarsi effetti di taglio che tagliano la lunghezza delle fibre e riducono la rigidità della parte.
Simulazione dello stampaggio a iniezione di materiali plastici
Per effettuare eventuali azioni correttive del progetto è necessario intraprendere degli studi di fattibilità o una simulazione con strumenti dedicati.
Nel diagramma qui sotto evidenziamo come effettuare le principali azioni correttive.
➊ Creare le parti CAD, ad esempio cavità, inserti e canali
➋ Definire le condizioni al contorno sulle entità CAD
➌ Creare la mesh
➍ Selezionare i materiali per i componenti polimerici e solidi (stampo, inserti).
➎ Definire i parametri di processo
➏ Eseguire l’analisi
➐ Valutare i risultati.
- Se non vengono rilevati problemi o difetti, la simulazione è completa.
- In caso di problemi con il progetto della parte, tornare alla fase 1.
- Per specificare posizioni del gate alternative, tornare alla fase 2.
- Per esaminare il comportamento di materiali alternativi, tornare alla fase 4.
- In caso di problemi con le condizioni del processo, tornare alle fasi 2, 4 o 5.
Come best practice, rifinire la mesh ed eseguire nuovamente la simulazione per verificare che i risultati siano indipendenti dalla densità della mesh. Sono accettabili lievi differenze nei risultati a causa delle diverse dimensioni della mesh.
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