Un Caso Reale sul Calcolo delle Forze nei Tasselli degli Stampi a Iniezione
La scelta di un cilindro idraulico per uno stampo a iniezione viene spesso effettuata considerando esclusivamente il diametro dell’alesaggio o la forza nominale sviluppata dal cilindro.
In realtà, il corretto dimensionamento richiede un’analisi molto più approfondita.
Uno degli errori più comuni consiste nel calcolare solamente la forza necessaria a movimentare il tassello, trascurando le elevate sollecitazioni che si sviluppano durante la fase di iniezione e quelle richieste per l’estrazione del tassello dopo il raffreddamento del pezzo.
Un sistema di core pulling deve infatti svolgere due funzioni completamente diverse:
- mantenere il tassello in posizione durante l’iniezione;
- estrarre il tassello quando il pezzo stampato si è solidificato.
Queste due fasi richiedono calcoli differenti e, molto spesso, forze completamente diverse.
Questo caso reale mostra come il Reparto Tecnico Vega abbia analizzato uno stampo a iniezione, calcolato sia la forza di tenuta sia la forza di estrazione e dimostrato che i cilindri inizialmente scelti dal cliente erano sottodimensionati per l’applicazione.
La Richiesta del Cliente
Un costruttore di stampi richiese un’offerta per due cilindri idraulici destinati all’installazione su uno stampo a iniezione.
Invece di limitarsi a proporre un modello sulla base delle dimensioni richieste, il Reparto Tecnico Vega eseguì un’analisi completa dell’applicazione.
L’obiettivo era verificare se i cilindri selezionati fossero realmente in grado di garantire sia la tenuta durante l’iniezione sia l’estrazione del tassello.
Calcolo della Forza di Tenuta
La prima verifica riguardò la forza di tenuta.
Durante l’iniezione, il materiale plastico fuso esercita una pressione molto elevata sulla superficie del tassello, tendendo a spingerlo all’indietro.
Per evitare qualsiasi movimento, il cilindro deve sviluppare una forza superiore a quella generata dalla pressione nella cavità.
Nel caso analizzato furono considerati:
- superficie frontale interessata alla tenuta pari a circa 6 cm²;
- pressione stimata nella cavità pari a 500 bar;
- forza utile di tenuta pari a circa 3000 kgf.
Se il cilindro non è in grado di sviluppare questa forza, il tassello può arretrare durante l’iniezione, causando bave, difetti dimensionali o danni allo stampo.
Quando è Presente un Blocco Meccanico
L’analisi evidenziò anche un aspetto spesso trascurato.
Se lo stampo è dotato di un sistema di bloccaggio meccanico ausiliario, la forza di tenuta richiesta al cilindro può essere notevolmente ridotta.
In queste condizioni il cilindro non deve contrastare direttamente tutta la pressione di iniezione.
Per questo motivo è fondamentale conoscere il funzionamento dello stampo prima di dimensionare il cilindro.
Calcolo della Forza di Estrazione
Terminata l’iniezione, il cilindro deve estrarre il tassello dal pezzo stampato.
La forza richiesta dipende principalmente da:
- superficie di contatto tra plastica e tassello;
- coefficiente di aderenza del materiale plastico;
- geometria del particolare;
- ritiro del materiale durante il raffreddamento.
Nel caso analizzato il Reparto Tecnico Vega considerò:
- superficie laterale di circa 69,5 cm²;
- differenti coefficienti di aderenza del materiale plastico;
- forza utile di estrazione pari a circa 1587 kgf.
La forza di estrazione viene spesso sottovalutata, ma rappresenta uno dei parametri più importanti nella scelta del cilindro.
Perché i Cilindri Erano Sottodimensionati
Dopo aver completato i calcoli, il Reparto Tecnico Vega concluse che i cilindri scelti dal cliente risultavano sottodimensionati rispetto alle reali esigenze dello stampo.
L’analisi evidenziò inoltre un secondo limite progettuale.
Per la serie V250 non erano previste corse superiori a 80 mm, rendendo quel modello inadatto all’applicazione richiesta.
Questo dimostra come il dimensionamento corretto non dipenda soltanto dalla forza sviluppata dal cilindro, ma anche dalla corsa disponibile e dalle caratteristiche della serie scelta.
Tre Soluzioni Progettuali
Invece di limitarsi a segnalare il problema, il Reparto Tecnico Vega elaborò tre possibili soluzioni.
A seconda delle caratteristiche dello stampo era possibile scegliere:
- cilindri destinati sia alla tenuta sia all’estrazione;
- cilindri di alesaggio diverso con pressione minima di esercizio più elevata;
- cilindri dedicati esclusivamente alla funzione di estrazione.
Questo approccio evidenzia un principio fondamentale della progettazione oleodinamica:
non esiste una sola soluzione corretta, ma quella più adatta alle reali condizioni di lavoro.
Gli Errori Più Comuni nel Dimensionamento
Molti problemi nascono da calcoli incompleti.
Gli errori più frequenti sono:
- considerare soltanto la forza di spinta;
- ignorare la pressione presente nella cavità;
- sottovalutare l’aderenza del materiale plastico;
- non calcolare la forza di estrazione;
- scegliere il cilindro esclusivamente in funzione dell’alesaggio;
- dimenticare i limiti di corsa della serie selezionata.
Questi errori possono compromettere l’affidabilità dello stampo e aumentare sensibilmente i costi di manutenzione.
Lezioni Apprese
Questo caso dimostra che il corretto dimensionamento di un cilindro deve sempre partire dall’analisi completa del ciclo di stampaggio.
È necessario valutare separatamente:
- forza di tenuta;
- forza di estrazione;
- pressione disponibile;
- corsa richiesta;
- presenza di sistemi di bloccaggio meccanico;
- adeguato coefficiente di sicurezza.
Solo considerando tutti questi parametri è possibile scegliere il cilindro realmente adatto all’applicazione.
Conclusioni
Il dimensionamento di un cilindro idraulico per il core pulling non consiste semplicemente nello scegliere il diametro dell’alesaggio.
È necessario analizzare tutte le forze che agiscono durante l’intero ciclo di stampaggio.
In questo caso reale il Reparto Tecnico Vega ha calcolato separatamente la forza di tenuta e la forza di estrazione, dimostrando che i cilindri inizialmente selezionati risultavano sottodimensionati e proponendo soluzioni alternative più idonee alle reali condizioni operative dello stampo.
La conclusione è semplice:
Un cilindro idraulico deve essere dimensionato considerando l’intero ciclo di lavoro dello stampo e non soltanto la forza necessaria per movimentare il tassello.
Approfondimenti Tecnici
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