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Applicare lo Stampaggio ad Iniezione Scientifico

23 ottobre 2013

L’’articolo introduce il lettore allo Stampaggio ad Iniezione Scientifico e alla sua applicazione in azienda. L’’articolo spiega come applicare in azienda lo Stampaggio ad Iniezione Scientifico disaccoppinado le tre fasi del ciclo: riempimento, mantenimento e raffreddamento.

Ogni fenomeno caratteristico dello stampaggio ad iniezione può essere giustificato con le conoscenze di scienza dei polimeri. L’’uso di un approccio sistematico può aiutare a capire che lo stampaggio è qualcosa di più di una semplice arte oscura tutta basata su ore ed ore di esperienza trascorse provando e riprovando i vari parametri di produzione.

L’‘approccio scientifico consiste nell’’utilizzare dei principi fondamentali della scienza dei polimeri per regolare ed ottimizzare ciascun parametro del processo. Il punto di partenza è il controllo delle quattro componenti fondamentali per lo sviluppo di un prodotto di successo:

  1. Il progetto della parte
  2. La scelta e la gestione del materiale
  3. Il progetto e la costruzione dello stampo
  4. La regolazione del processo

Per comprendere ed applicare i principi dello stampaggio scientifico è necessario comprendere, accettare ed adottare l’’idea che la pressa è soltanto una macchina che ha lo scopo di dare forma a della plastica fusa. La nostra attenzione deve allora concentrarsi sul comportamento del polimero allo stato fuso più che sulla regolazione dei parametri operativi della macchina.

Lo stampaggio scientifico è basato su quattro variabili che caratterizzano il comportamento del materiale durante la lavorazione. Queste variabili possono essere regolate e tenute sotto controllo agendo su alcuni parametri della macchina.

Le quattro variabili fondamentali, che possono essere controllate in maniera scientifica, sono:

1. Temperatura della plastica

2. Pressione della Plastica

3. Portata della plastica

4. Velocità di raffreddamento della plastica.

Dal punto di vista pratico lo stampaggio ad iniezione può essere descritto molto semplicemente nelle seguenti fasi:

  1. prendo una certa quantità di materiale plastico in granuli
  2. la fondo all’’interno di un contenitore
  3. applico una certa pressione
  4. lascio raffreddare il materiale
  5. estraggo il pezzo dallo stampo.

Dal punto di vista fisico il processo di stampaggio può essere descritto con due passaggi di stato della materia:

  1. passaggio dallo stato solido a quello liquido
  2. passaggio dallo stato liquido a quello solido.

I parametri caratteristici di ogni fase del processo sono:

  • La quantità di materiale, portata Q
  • La temperatura a cui il materiale può scorrere, temperatura di fusione per i polimeri cristallini e di transizione vetrosa per gli amorfi,
  • La pressione esercitata sul fuso, P
  • La Velocità di raffreddamento, Vr
  • La temperatura di estrazione, HDT

Applicare lo stampaggio ad iniezione scientifico

  1. Il cliente e lo stampatore definiscono le specifiche tecniche del prodotto e del processo che si vuole produrre.
  2. Ogni pressa è regolata usando i principi universali dello stampaggio scientifico.
  3. In tempo reale si acquisiscono i dati di processo usando dei sensori di pressione inseriti nella cavità e/o altri dispositivi di acquisizione collegati ad un computer.
  4. Quando nel processo avviene una variazione non prevista in uno dei quattro parametri fondamentali – temperatura della plastica, pressione della plastica, velocità di iniezione e di raffreddamento– bisogna modificare i parametri operativi della macchina per riportare le quattro variabili sotto controllo.
  5. Si producono parti perfette ad ogni ciclo.
  6. I dati di processo raccolti devono essere analizzati in modo da costruire una scheda di regolazione specifica per una data unità produttiva.

Il primo ostacolo da superare quando si affronta un progetto di miglioramento di un processo di stampaggio ad iniezione è la perplessità dell’’operatore addetto alla macchina.

La prima obiezione suonerà più o meno così: “il processo è già regolato al suo valore ottimale, ho passato giorni interi per raggiungere questo obiettivo e non sono disposto a fare alcuna modifica”.

Molto probabilmente il tecnico in questione ha molta esperienza ed effettivamente ha già regolato in maniera soddisfacente i parametri di processo. Pur tuttavia vi sono due riflessioni da fare:

  • spesso i valori scelti ed impostati sono il risultato di numerose ore o giorni di prove;
  • non esiste una documentazione tecnica oggettiva che prova che i valori impostati siano i migliori in assoluto.

Naturalmente la situazione peggiora se il tecnico non ha una grande esperienza.

Per avviare un progetto di regolazione ed ottimizzazione del processo bisogna, innanzi tutto, scomporlo nei suoi componenti. Nel caso dello stampaggio le tre fasi sono:

  1. riempimento/mantenimento,
  2. raffreddamento,
  3. estrazione

Fase di riempimento

La prima fase del processo è il riempimento. Se lo stampo permette di ottenere delle stampate incomplete si parte con queste e si incrementa la posizione di commutazione da riempimento a mantenimento fino ad ottenere delle parti che sono piene tra il 95 ed il 99% durante la prima fase. Poiché i polimeri sono non-newtoniani, è meglio iniziare con la massima velocità di riempimento e poi diminuirla gradualmente. Poiché la cavità non sarà mai completamente piena, la pressione sul fuso sarà sempre modesta.

Per assicurare un riempimento corretto bisogna fare in modo che il processo non sia limitato dalla pressione. Il processo è limitato dalla pressione quando la pressione esercitata dal fuso è uguale a quella esercitata dalla pompa cosicché la valvola di non ritorno non funziona correttamente.

Dopo avere applicato la massima velocità di riempimento ed avere ottenuto una parte completa al 95-99% cominciate a diminuire la velocità e conservate le stampate incomplete. Dall’’analisi visuale delle parti ottenute, selezionate la migliore velocità di iniezione e posizione di commutazione dalla fase di riempimento a quella di mantenimento.

Fase di mantenimento

La fase di mantenimento consiste nel mantenere una certa pressione per un certo periodo di tempo.

La pressione di mantenimento può essere tenuta bassa all’’inizio ed aumentata gradualmente fino a completare la parte con una buona finitura superficiale ed estetica. In genere la pressione di mantenimento è 1/3 o 1/2 del picco di pressione in fase di riempimento.

Una volta trovata la pressione di mantenimento il tempo può essere calcolato trovando il tempo necessario per congelare il punto di iniezione in modo che la parte sia completa e non via flusso di polimero verso l’’interno o l’’esterno.

Fase di raffreddamento

La terza fase è quella del raffreddamento. Il tempo di raffreddamento deve essere sufficientemente lungo per consentire l’’estrazione del pezzo senza che subisca delle deformazioni e senza che si distorca per effetto di un ritiro incontrollato.

Fase di estrazione

L’’ultima fase è quella dell’’estrazione del pezzo. Lo stampo deve essere aperto ad una velocità e per uno spazio sufficiente a consentire l’’estrazione senza che il pezzo venga danneggiato.

Conclusioni

Lo Stampaggio ad iniezione Scientifico permette di ottenere i seguenti vantaggi:

  1. Aumento dell’’affidabilità
  2. Aumento della produttività
  3. Minore consumo di materiale
  4. Minore necessità di personale

Questi risultati possono essere ottenuti disaccoppiando il processo, cioè trattando ogni fase del ciclo separatamente dalla precedente e dalla successiva. Questa tecnica permette una migliore regolazione ed un migliore monitoraggio della produzione.

Per approfondire

Libro “Stampaggio ad iniezione scientifico”

copertina-stampaggio_scientifico

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