Il Metodo Ingegneristico per Selezionare il Cilindro Oleodinamico Corretto
La scelta di un cilindro oleodinamico per uno stampo a iniezione viene spesso considerata una semplice questione di forza disponibile.
In realtà, i progettisti più esperti sanno che il processo è molto più complesso.
Un cilindro deve essere in grado di vincere diverse forze durante il ciclo di stampaggio, tra cui la pressione esercitata dal materiale plastico, l’adesione del pezzo al tassello, gli attriti e la geometria del meccanismo di movimentazione.
Se queste forze vengono sottostimate, la slitta potrebbe non muoversi correttamente oppure il pezzo potrebbe rimanere bloccato sul tassello.
Se invece vengono sovrastimate, il progettista rischia di utilizzare un cilindro eccessivamente grande, aumentando inutilmente dimensioni dello stampo, costi e consumi energetici.
Per questo motivo la scelta del cilindro dovrebbe sempre partire da un calcolo ingegneristico e non dalla consultazione di un catalogo.
Un interessante caso affrontato dal Vega Technical Department mostra il metodo utilizzato per calcolare le forze reali prima di selezionare il cilindro più adatto.
Il Cliente Ha Chiesto un Supporto di Calcolo
Il caso nasce da una richiesta inviata da Vincent Huang, responsabile commerciale di Guangzhou Vega Hydraulic Company, per conto di un cliente.
Il cliente aveva inviato il disegno completo dello stampo specificando che il materiale plastico utilizzato sarebbe stato POM (Poliossimetilene).
Anziché richiedere un particolare modello di cilindro, il cliente domandò a Vega di calcolare le forze necessarie e selezionare il cilindro corretto sia per il movimento della slitta sia per il sistema di svitamento della filettatura.
Questo dettaglio è molto importante.
L’attività ingegneristica non è iniziata scegliendo un cilindro.
È iniziata comprendendo l’applicazione.
L’Ingegneria Parte Sempre dal Calcolo delle Forze
Uno degli errori più frequenti consiste nello scegliere un cilindro semplicemente perché era già stato utilizzato in uno stampo simile.
L’esperienza è certamente importante, ma ogni stampo presenta condizioni differenti.
La forza richiesta dipende infatti da numerosi fattori:
- superficie proiettata del pezzo;
- pressione di iniezione;
- materiale plastico;
- adesione tra plastica e tassello;
- corsa richiesta;
- geometria dello stampo.
Per questo motivo un progettista esperto esegue sempre i calcoli prima di proporre un cilindro.
Primo Passo – Calcolare la Forza di Spinta
Stefano Rogora iniziò l’analisi studiando il primo movimento della slitta.
Il primo obiettivo era determinare la forza di spinta esercitata dalla plastica durante la fase di iniezione.
Per il calcolo utilizzò:
- superficie frontale del tassello: circa 1,13 cm²;
- pressione stimata della cavità: 500 bar.
Da questi valori ricavò una forza totale di circa 565 kgf.
Questa rappresenta la forza esercitata direttamente sul tassello durante il riempimento dello stampo.
Senza conoscere questo valore, la scelta del cilindro sarebbe soltanto un’ipotesi.
Secondo Passo – Calcolare la Forza di Estrazione
La forza di spinta rappresenta solo una parte del problema.
Una volta raffreddato il pezzo, il cilindro deve estrarre il tassello dalla plastica.
In questa fase la forza dominante è spesso l’adesione tra plastica e acciaio.
Per stimarla Stefano calcolò:
- superficie laterale del tassello: circa 35 cm²;
- coefficiente di adesione della plastica: 20 kg/cm².
Il risultato fu una forza di estrazione di circa 703 kgf.
È interessante osservare che la forza necessaria per estrarre il tassello risultò superiore alla forza esercitata durante l’iniezione.
Si tratta di una situazione molto frequente negli stampi a iniezione.
Quando la plastica si raffredda, tende infatti ad aderire al tassello molto più di quanto molti progettisti immaginino.
Perché l’Adesione della Plastica è Così Importante
Molti progettisti concentrano tutta l’attenzione sulla pressione di iniezione.
In realtà, durante l’estrazione, il parametro più importante diventa spesso l’adesione della plastica.
Questa dipende da numerosi fattori:
- materiale plastico;
- rugosità superficiale;
- temperatura;
- ritiro del materiale;
- geometria del tassello.
Ignorare questo fenomeno può portare a sottodimensionare il cilindro e compromettere l’affidabilità dello stampo.
La Scelta del Primo Cilindro
Solo dopo aver completato tutti i calcoli Stefano Rogora selezionò il primo cilindro oleodinamico.
Per il movimento della slitta venne consigliato un cilindro CR050022 con corsa da 150 mm.
È importante osservare l’ordine seguito dal Vega Technical Department.
Il cilindro non è stato scelto all’inizio.
La procedura è stata:
- analizzare l’applicazione;
- calcolare le forze;
- determinare la corsa richiesta;
- selezionare il cilindro più adatto.
Questo metodo riduce notevolmente il rischio di sovradimensionare o sottodimensionare il sistema oleodinamico.
L’Ingegneria Significa Verificare le Ipotesi
Un altro aspetto molto interessante riguarda il modo in cui Stefano Rogora presenta i risultati.
Pur avendo completato tutti i calcoli e indicato il cilindro più idoneo, conclude raccomandando al cliente di eseguire comunque le proprie verifiche prima dell’approvazione definitiva del progetto.
Questa raccomandazione riflette uno dei principi fondamentali della progettazione.
I calcoli teorici costituiscono un eccellente punto di partenza.
Tuttavia, ogni stampo dovrebbe essere verificato nelle reali condizioni di funzionamento.
Materiale plastico, tolleranze costruttive e parametri di processo possono infatti modificare il comportamento del sistema rispetto ai valori teorici.
La Scelta del Cilindro Non Inizia dal Catalogo
Questo caso dimostra che la selezione di un cilindro oleodinamico non dovrebbe mai iniziare sfogliando un catalogo.
L’affidabilità dello stampo dipende dalla comprensione delle forze che agiscono durante tutto il ciclo di stampaggio.
Calcolando sia la forza di spinta sia quella di estrazione prima di scegliere il cilindro, il Vega Technical Department ha potuto proporre una soluzione realmente dimensionata sulle esigenze meccaniche dell’applicazione e non su semplici supposizioni.
Come Calcolare la Forza di Svitamento e Selezionare il Cilindro Oleodinamico Corretto
Nella prima parte abbiamo analizzato il metodo seguito dal Vega Technical Department per calcolare la forza di spinta esercitata durante l’iniezione e la forza di estrazione necessaria per liberare il tassello dal pezzo stampato.
Tuttavia, non tutti gli stampi prevedono un semplice movimento lineare.
Quando il componente presenta una filettatura interna o esterna, il problema cambia completamente.
In questi casi il nucleo non può essere semplicemente estratto.
Deve prima essere svitato.
Di conseguenza, anche il dimensionamento del cilindro oleodinamico richiede un approccio completamente diverso.
Lo Svitamento Non È un Semplice Movimento Rotatorio
Molti progettisti immaginano che un sistema di svitamento debba soltanto far ruotare il nucleo filettato.
In realtà il cilindro deve vincere contemporaneamente:
- l’adesione tra plastica e filetto;
- gli attriti del sistema meccanico;
- la coppia richiesta dalla trasmissione;
- la corsa necessaria per completare lo svitamento.
Per questo motivo il dimensionamento non dipende soltanto dal diametro del filetto, ma anche dalla sua lunghezza, dal passo e dal materiale plastico utilizzato.
Il Calcolo della Forza di Svitamento
Anche in questo caso Stefano Rogora non iniziò scegliendo un cilindro.
Partì dai dati del componente stampato.
Il calcolo venne eseguito considerando:
- superficie laterale della filettatura: circa 6,85 cm²;
- coefficiente di adesione della plastica: 20 kg/cm².
Da questi valori risultò una forza richiesta di circa 137 kgf.
Questo passaggio evidenzia un principio fondamentale.
La forza necessaria per lo svitamento dipende soprattutto dalla superficie effettivamente a contatto con il materiale plastico e non semplicemente dalle dimensioni esterne del pezzo.
Anche la Corsa Deve Essere Calcolata
La forza da sola non è sufficiente.
Occorre determinare anche la corsa necessaria.
Nel caso analizzato Stefano calcolò una corsa di svitamento di circa 330 mm.
Questo valore divenne uno dei parametri fondamentali per la scelta del cilindro.
Un cilindro in grado di sviluppare la forza richiesta ma con una corsa insufficiente non permetterebbe infatti il completo svitamento del nucleo.
Per questo motivo forza e corsa devono sempre essere valutate insieme.
La Scelta del Cilindro di Svitamento
Completati i calcoli, Stefano Rogora individuò due possibili cilindri:
- CS0321.0550CGHM400
- CS0321.0550AGMM400
Nella stessa comunicazione osservò inoltre che il cliente aveva inizialmente preso in considerazione un motore idraulico.
Come possibile alternativa suggerì di valutare il cilindro di svitamento Vega V210CS, precisando però che il cliente avrebbe probabilmente preferito un’altra soluzione per motivi di costo e di ingombro.
Questo dimostra un altro importante principio progettuale.
La soluzione tecnicamente più evoluta non è sempre quella che viene scelta.
Spazio disponibile, costi e semplicità costruttiva sono spesso determinanti quanto le prestazioni.
Il Materiale Plastico Influenza Direttamente il Dimensionamento
Un dettaglio che potrebbe passare inosservato è che il cliente specificò fin dall’inizio che il materiale da stampare sarebbe stato POM (Poliossimetilene).
Questa informazione era fondamentale.
Materiali plastici differenti presentano infatti:
- diverso ritiro;
- differente coefficiente di attrito;
- differente adesione all’acciaio;
- differenti forze di distacco.
Di conseguenza, un calcolo valido per il POM non può essere automaticamente applicato a materiali come PA, PP, ABS, PC o PEEK.
Anche i Migliori Calcoli Devono Essere Verificati
Probabilmente la frase più importante dell’intera analisi compare nelle ultime righe dell’e-mail.
Dopo aver completato tutti i calcoli e consigliato i cilindri, Stefano conclude suggerendo al cliente di eseguire comunque le proprie verifiche prima dell’approvazione definitiva del progetto.
È un principio che ogni progettista dovrebbe ricordare.
I calcoli teorici costituiscono il punto di partenza.
La validazione sullo stampo reale rappresenta il punto di arrivo.
Tolleranze costruttive, raffreddamento, finitura superficiale e parametri di stampaggio possono modificare il comportamento effettivo del sistema.
L’Ingegneria Parte Sempre dal Problema, Non dal Catalogo
Questo caso dimostra come il Vega Technical Department affronti la scelta dei cilindri oleodinamici.
L’ordine seguito non è mai:
- scegliere il cilindro;
- verificare se funziona.
L’approccio corretto è invece:
- comprendere il pezzo da stampare;
- calcolare tutte le forze;
- determinare la corsa;
- valutare gli ingombri;
- scegliere il cilindro più adatto.
È proprio questo metodo che consente di evitare cilindri sottodimensionati oppure inutilmente sovradimensionati.
Conclusioni
Questo caso reale dimostra come il dimensionamento di un cilindro oleodinamico debba basarsi su dati oggettivi e calcoli ingegneristici.
Prima di selezionare il prodotto, il Vega Technical Department ha calcolato:
- forza di spinta;
- forza di estrazione;
- forza di adesione della filettatura;
- corsa di svitamento.
Solo dopo questa analisi sono stati consigliati i cilindri più idonei.
Ancora più importante, Vega ha ricordato al cliente che ogni calcolo deve essere verificato prima dell’avvio della produzione.
È questo approccio che distingue una semplice vendita di componenti da una vera consulenza ingegneristica.
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