La scelta del cilindro idraulico per uno stampo a iniezione non può essere basata semplicemente sul diametro del cilindro, sulla corsa disponibile o sullo spazio presente nello stampo.
Per individuare la soluzione corretta è necessario comprendere prima il movimento da realizzare, le forze coinvolte e soprattutto il modo in cui la forza del cilindro viene trasferita attraverso il meccanismo dello stampo.
Un caso reale analizzato dal Vega Team mostra molto bene questo approccio.
Il Cliente aveva fornito informazioni relative a uno stampo a iniezione e aveva chiesto a Vega di verificare l’applicazione, effettuare il calcolo e scegliere il cilindro più adatto. Tra i dati forniti erano indicati il materiale PP (polipropilene) e uno shrinkage pari a 1,016%.
L’analisi ha portato alla proposta di un CR040018, considerato a una pressione minima di lavoro di 120 bar, con il CR050022 come alternativa.
Ma l’aspetto più interessante del caso riguarda il modo in cui deve essere calcolata la forza reale quando il cilindro lavora attraverso un sistema meccanico.
1. Il punto di partenza non è il cilindro, ma lo stampo
Quando un Cliente chiede di scegliere un cilindro idraulico, potrebbe sembrare naturale partire dal catalogo e individuare il modello con il diametro e la corsa necessari.
In realtà, il processo corretto è l’opposto.
Bisogna partire dal sistema che il cilindro deve movimentare.
Nel caso analizzato, il Cliente aveva chiesto espressamente al Vega Team di verificare le informazioni dello stampo, effettuare il calcolo e scegliere il cilindro. Il movimento della slitta doveva essere realizzato dal Cliente, utilizzando il cilindro per movimentarla.
Questo significa che il cilindro deve essere considerato come parte integrante del sistema meccanico dello stampo.
Prima di scegliere il cilindro bisogna quindi comprendere:
- quale componente deve essere movimentato;
- quale movimento deve effettuare;
- quale forza è necessaria;
- quale pressione idraulica è disponibile;
- quale corsa è richiesta;
- come il cilindro è collegato al meccanismo;
- se sono presenti ingranaggi o altri sistemi di trasmissione.
2. La formula della forza è solo il punto di partenza
In un cilindro idraulico, la forza teorica può essere espressa attraverso la relazione:
F = P × A
dove:
- F è la forza generata dal cilindro;
- P è la pressione idraulica;
- A è l’area efficace del pistone.
La relazione è semplice.
La parte più complessa consiste però nel determinare quale forza sia realmente necessaria nell’applicazione.
Se il cilindro agisce direttamente sulla slitta, il rapporto tra forza del cilindro e forza sulla slitta può essere relativamente semplice.
Se invece sono presenti ingranaggi o altri elementi meccanici, la situazione cambia.
La forza del cilindro viene infatti trasferita attraverso il sistema meccanico prima di arrivare al componente che deve essere movimentato.
3. Perché il sistema di ingranaggi è determinante
Nel corso dello scambio tecnico, il Cliente chiese al Vega Team di mostrare il calcolo passo per passo.
Il Vega Team spiegò che non era semplice fornire un calcolo dettagliato senza il rischio che il Cliente potesse interpretare in modo errato il metodo utilizzato per determinare la forza reale in funzione del sistema di ingranaggi.
Allo stesso tempo, Vega confermò che il cilindro proposto era corretto per l’applicazione.
Questo è un concetto fondamentale.
La forza teorica generata dal cilindro non deve essere automaticamente considerata uguale alla forza effettivamente disponibile sulla slitta.
Il sistema meccanico può modificare il rapporto tra:
forza del cilindro → movimento del meccanismo → forza sul componente
e può influenzare anche:
- forza disponibile;
- velocità;
- corsa richiesta;
- rapporto di trasmissione;
- movimento finale della slitta.
Per questo motivo il calcolo deve essere riferito all’intero sistema.
4. Il materiale PP e lo shrinkage fanno parte dei dati dell’applicazione
Tra le informazioni fornite dal Cliente erano presenti:
Materiale: PP
Shrinkage: 1,016%
Questi dati sono importanti per descrivere le condizioni dello stampo e del processo di stampaggio.
Tuttavia, non sono sufficienti da soli per scegliere il cilindro.
La selezione del cilindro deve tenere conto soprattutto delle forze che il meccanismo deve sopportare e della modalità con cui queste forze vengono trasferite.
A seconda dell’applicazione, possono essere rilevanti:
- geometria del componente;
- superfici sottoposte alla pressione;
- direzione del movimento;
- attrito;
- sistema di ingranaggi;
- forza richiesta;
- pressione idraulica;
- corsa del cilindro.
Il dato relativo al materiale è quindi una parte dell’analisi, non il criterio unico per la scelta del cilindro.
5. La pressione di lavoro deve essere considerata nel dimensionamento
Il Vega Team indicò come soluzione adatta il CR040018 alla pressione minima di lavoro di 120 bar.
Come alternativa venne indicato il CR050022.
Questo dimostra l’importanza di considerare la pressione effettivamente disponibile.
La forza generata da un cilindro dipende infatti direttamente dalla pressione idraulica.
Di conseguenza, non è sufficiente sapere quale sia la pressione massima teoricamente disponibile nell’impianto.
Bisogna conoscere la pressione alla quale il cilindro dovrà realmente lavorare nella condizione considerata.
Nel caso specifico, la verifica del CR040018 fu effettuata considerando 120 bar come pressione minima di lavoro.
6. Perché non è sempre corretto scegliere il cilindro più grande
Quando esiste un’incertezza sul carico, una soluzione apparentemente semplice può essere scegliere un cilindro più grande.
Ma un cilindro sovradimensionato non è necessariamente una soluzione migliore.
Un cilindro più grande può comportare:
- maggiore ingombro;
- maggiore consumo di olio;
- maggiori portate richieste;
- costi superiori;
- maggiori dimensioni dei collegamenti.
L’obiettivo del dimensionamento non è quindi ottenere la massima forza possibile.
L’obiettivo è ottenere la forza necessaria nelle reali condizioni dell’applicazione.
È proprio questo il principio seguito negli attuali contenuti tecnici Vega dedicati alla selezione dei cilindri per stampi: prima si analizza l’applicazione e successivamente si sceglie il cilindro.
7. Spinta e trazione devono essere valutate correttamente
Un ulteriore elemento da considerare nella scelta di un cilindro è la direzione della forza.
Un cilindro idraulico non genera necessariamente la stessa forza:
- in spinta;
- in trazione.
In trazione, infatti, l’area efficace è ridotta dalla presenza dello stelo.
Per questo motivo, un cilindro che sembra adeguato considerando soltanto la forza di spinta potrebbe non avere sufficiente capacità nella direzione opposta.
Questo principio è particolarmente importante negli stampi, dove il cilindro può essere sottoposto a condizioni differenti durante le diverse fasi del ciclo.
La documentazione tecnica Vega distingue infatti esplicitamente tra forza di spinta e forza di trazione nel dimensionamento dei cilindri per stampi.
8. Anche la corsa deve essere compatibile con il meccanismo
La forza non è l’unico parametro da verificare.
Il cilindro deve avere una corsa compatibile con il movimento richiesto.
Quando è presente un sistema di ingranaggi o un altro meccanismo di trasmissione, la corsa del cilindro e quella della slitta possono non coincidere.
Il progettista deve quindi verificare il rapporto tra:
corsa del cilindro
e
movimento effettivo della slitta.
Una soluzione con forza sufficiente ma con corsa non adeguata non può essere considerata corretta.
Lo stesso principio vale per la velocità.
Il cilindro deve completare il movimento nei tempi richiesti dal ciclo dello stampo.
9. La scelta finale: CR040018 o CR050022
Dall’analisi del caso risultarono due possibilità.
CR040018
Il Vega Team lo indicò come cilindro adatto considerando una pressione minima di lavoro di 120 bar.
CR050022
Fu indicato come soluzione alternativa.
La scelta tra due soluzioni tecnicamente valide non deve essere effettuata soltanto considerando il diametro.
Devono essere valutati l’intero sistema e le condizioni reali di funzionamento.
Il punto fondamentale è che la selezione del cilindro è il risultato dell’analisi dell’applicazione.
10. Anche il sistema di rilevamento deve essere considerato
Durante la stessa discussione tecnica emerse un’altra questione relativa al microswitch.
Il Cliente chiese se il microswitch utilizzato con il cilindro, dotato di tre fili, potesse essere collegato utilizzandone soltanto due e come dovesse essere effettuato il collegamento alla macchina.
Il Vega Team indicò il collegamento utilizzando:
- marrone → +24 VDC;
- blu → segnale in uscita;
- nero → non collegato.
La configurazione indicata utilizzava il contatto NO (Normally Open).
Questo dettaglio è significativo perché dimostra che l’integrazione di un cilindro nello stampo non riguarda esclusivamente la parte idraulica.
Anche il sistema di rilevamento della posizione deve essere compatibile con il circuito di controllo della macchina.
11. Il cilindro deve essere considerato come parte di un sistema
Un’applicazione completa può essere rappresentata come:
processo di stampaggio → forza → meccanismo → cilindro → sensore → macchina
Ogni elemento influenza il funzionamento degli altri.
Il cilindro genera la forza idraulica.
Il meccanismo determina come questa forza viene trasferita.
Il sensore permette alla macchina di conoscere la posizione.
Il sistema di controllo gestisce il ciclo.
Per questo motivo, una selezione corretta richiede una visione complessiva dell’applicazione.
12. Un metodo pratico per dimensionare il cilindro
Per un nuovo progetto di stampo, il processo può essere organizzato in questo modo.
1. Definire il movimento
Che cosa deve movimentare il cilindro?
2. Analizzare il meccanismo
Sono presenti slitte, ingranaggi, leve o altri sistemi di trasmissione?
3. Determinare la forza
Qual è la forza realmente richiesta dal meccanismo?
4. Determinare la pressione
Qual è la pressione idraulica realmente disponibile durante il movimento?
5. Verificare spinta e trazione
Il cilindro deve essere adeguato nella direzione effettivamente richiesta.
6. Verificare la corsa
La corsa del cilindro deve essere compatibile con il movimento finale.
7. Verificare la velocità
Il movimento deve essere compatibile con il tempo ciclo.
8. Verificare l’installazione
Ingombri, fissaggi e collegamenti devono essere compatibili con lo stampo.
9. Verificare il sistema di controllo
Switch e sensori devono essere compatibili con il circuito della macchina.
10. Confrontare le alternative
Quando esistono più soluzioni tecnicamente valide, devono essere confrontate in base alle reali esigenze dell’applicazione.
13. Il valore del supporto tecnico del produttore
Questo caso dimostra perché il supporto del produttore può essere particolarmente importante nella fase di progettazione dello stampo.
Il Cliente non aveva semplicemente chiesto un codice prodotto.
Aveva fornito le informazioni relative allo stampo e chiesto al Vega Team di calcolare e scegliere il cilindro.
Il Vega Team analizzò l’applicazione e indicò il CR040018 a 120 bar come soluzione adatta, con il CR050022 come alternativa.
Quando il Cliente chiese di vedere il calcolo dettagliato, Vega chiarì inoltre che la determinazione della forza reale dipendeva dal sistema di ingranaggi e che una spiegazione semplificata avrebbe potuto creare confusione.
Questo è un aspetto importante dell’ingegneria applicata.
Non sempre la soluzione migliore consiste nel fornire una formula isolata.
In alcuni casi è necessario comprendere l’intero sistema meccanico per arrivare alla risposta corretta.
Conclusione
La scelta di un cilindro idraulico per uno stampo a iniezione deve partire dall’applicazione, non dal catalogo.
Nel caso analizzato, il Cliente fornì le informazioni relative allo stampo, indicando PP come materiale e uno shrinkage dell’1,016%, e chiese al Vega Team di calcolare e selezionare il cilindro appropriato.
La soluzione proposta fu il CR040018 a una pressione minima di lavoro di 120 bar, con il CR050022 come alternativa.
L’aspetto più importante del caso è però il metodo.
Quando il cilindro lavora attraverso un sistema di ingranaggi, non è sufficiente conoscere la forza teorica generata dal pistone. È necessario capire come la forza viene trasmessa attraverso il meccanismo e quale sia quindi la forza realmente necessaria nell’applicazione.
La scelta corretta deve quindi mettere in relazione:
forza → pressione → cilindro → cinematica → corsa → movimento → sistema di controllo.
È questo approccio che permette di evitare sia un cilindro sottodimensionato sia un componente inutilmente sovradimensionato.
Il cilindro corretto non è semplicemente quello che genera più forza: è quello correttamente dimensionato per il lavoro che deve svolgere all’interno dello stampo.
URL utili e verificati
- iCVEGA – Come scegliere un cilindro idraulico per mantenere un’anima dello stampo durante l’iniezione
Utile per approfondire il calcolo della forza necessaria considerando pressione della cavità, superficie proiettata, adesione della plastica e forza di estrazione.
Leggi l’approfondimento tecnico iCVEGA - Vega Cylinders – Cilindri Idraulici per Stampi
È probabilmente il link principale da inserire nell’articolo: presenta le diverse famiglie Vega e le applicazioni per movimentazione carrello e spina, piastra di estrazione, svitamento e bloccaggio meccanico.
Cilindri idraulici per stampi Vega Cylinders - Vega Cylinders – Movimentazione Carrello e Spina
Particolarmente pertinente al caso perché questa categoria comprende i cilindri destinati alla movimentazione di carrelli, punzoni e spine che creano sottosquadri nello stampo.
Cilindri per movimentazione carrello e spina - Vega Cylinders – Cataloghi Cilindri Idraulici
Utile come collegamento generale alla gamma e ai cataloghi tecnici Vega.
Cataloghi cilindri idraulici Vega
