Dalla pressione della cavità alla forza necessaria al cilindro
La scelta di un cilindro oleodinamico autobloccante per uno stampo a iniezione non dovrebbe mai iniziare dal catalogo del cilindro.
Il punto di partenza corretto è il carico generato all’interno dello stampo.
Prima di scegliere alesaggio, corsa e modello del cilindro, è necessario determinare quanta forza viene generata dalla pressione della plastica sulla superficie interessata e come questa forza viene trasferita al meccanismo dello stampo.
In una tipica valutazione tecnica Vega, per un’applicazione con una superficie complessiva di circa 55 cm², sono state analizzate condizioni di pressione della plastica comprese tra 90 e 350 bar.
Il risultato mostra quanto possa cambiare il dimensionamento al variare della pressione:
- a 90 bar, la forza di spinta calcolata è circa 5.000 kgf;
- a 350 bar, la forza arriva a circa 19.498 kgf;
- a 90 bar, il CF030 viene considerato adeguato a una pressione minima di lavoro di 160 bar, mentre il CF036 viene suggerito per avere una maggiore riserva di forza in trazione;
- a 350 bar, la scelta passa al CF056.
Questo dimostra un principio fondamentale:
Il cilindro non può essere scelto correttamente finché non è stata determinata la forza reale generata dal processo di stampaggio.
1. La prima domanda: quale forza deve contrastare il cilindro?
Durante l’iniezione, la plastica fusa viene sottoposta a una pressione elevata all’interno della cavità.
Questa pressione genera forze sulle superfici dello stampo e del componente stampato.
A seconda della geometria, la forza risultante può agire contro:
- una slitta;
- un tassello;
- un’anima;
- un elemento di chiusura;
- un cuneo;
- un punzone;
- un inserto;
- un sistema di bloccaggio.
Il cilindro deve quindi essere dimensionato in funzione della forza che effettivamente raggiunge il meccanismo.
Il rapporto fondamentale tra pressione, superficie e forza è:
dove:
- F = forza risultante;
- A = superficie effettivamente sottoposta alla pressione;
- p = pressione agente sulla superficie.
La formula è semplice.
La parte più complessa è determinare correttamente la superficie A e la pressione p.
2. Perché la superficie effettiva è così importante
In una valutazione tecnica Vega è stata considerata una superficie complessiva di circa 55 cm² per determinare la forza di spinta.
È importante però comprendere che la superficie rilevante non è necessariamente tutta la superficie fisica del componente stampato.
Il progettista deve individuare la superficie effettivamente proiettata e sottoposta alla pressione che contribuisce alla forza nella direzione del movimento o del contrasto della slitta.
A seconda della geometria dello stampo, può trattarsi della:
- superficie proiettata del componente;
- superficie proiettata del nucleo;
- superficie della slitta esposta alla pressione;
- superficie perpendicolare alla direzione della forza.
Per questo motivo non è corretto scegliere un cilindro semplicemente perché una slitta è “grande” o perché il componente stampato ha una determinata dimensione.
La domanda corretta è:
Qual è la superficie effettiva sottoposta alla pressione e in quale direzione agisce la forza risultante?
3. Un esempio numerico di dimensionamento
Considerando una superficie di circa 55 cm², a una pressione della plastica di 90 bar viene calcolata una forza di spinta di circa 5.000 kgf.
La valutazione porta a considerare:
Pressione plastica: 90 bar
Superficie: circa 55 cm²
Forza di spinta: circa 5.000 kgf
Cilindro: CF030
Pressione minima di lavoro: 160 bar
Per ottenere una maggiore riserva di forza in trazione viene inoltre suggerito il CF036.
La distinzione tra CF030 e CF036 è tecnicamente interessante.
Il cilindro teoricamente sufficiente secondo il calcolo iniziale non è necessariamente quello che offre il margine operativo più appropriato per l’applicazione.
Questo porta a un principio importante:
Il cilindro teoricamente sufficiente non è necessariamente il cilindro più appropriato per l’applicazione reale.
4. Cosa succede aumentando la pressione?
La stessa superficie può produrre una forza completamente diversa quando aumenta la pressione.
Con una pressione della plastica di 350 bar, sulla stessa superficie di circa 55 cm², la forza calcolata arriva a circa 19.498 kgf.
In questa condizione viene indicato il CF056.
Il confronto è molto significativo:
| Pressione della plastica | Forza di spinta circa | Dimensionamento indicativo |
|---|---|---|
| 90 bar | 5.000 kgf | CF030 / CF036 |
| 350 bar | 19.498 kgf | CF056 |
La superficie rimane sostanzialmente la stessa, ma aumentando la pressione aumenta proporzionalmente la forza.
Questo dimostra perché una variazione nelle condizioni reali di stampaggio può modificare completamente il dimensionamento del cilindro.
5. Perché è fondamentale conoscere la pressione reale nella cavità
Un aspetto fondamentale del dimensionamento è verificare che cosa rappresenti realmente il valore di pressione fornito dal cliente o rilevato sulla macchina.
In una richiesta tecnica Vega è stato infatti necessario verificare se il valore di 90 bar rappresentasse effettivamente la pressione della plastica nella cavità.
Questa distinzione è fondamentale.
La pressione visualizzata o dichiarata sulla macchina non deve essere automaticamente considerata uguale alla pressione effettivamente agente sulla superficie dello stampo.
Il progettista deve distinguere, quando necessario, tra:
- pressione idraulica della macchina;
- pressione di iniezione;
- pressione trasmessa dal gruppo vite;
- pressione della plastica nella cavità;
- pressione effettivamente responsabile del carico sul meccanismo.
Per il dimensionamento del cilindro interessa soprattutto la pressione che genera realmente la forza sulla superficie analizzata.
6. Pressione della macchina e pressione della plastica non sono necessariamente lo stesso dato
In una pressa a iniezione, la pressione idraulica del sistema non deve essere automaticamente interpretata come pressione agente sulla plastica.
La pressione effettivamente trasmessa al materiale dipende dall’architettura della macchina e dalle condizioni del processo.
Dal punto di vista del cilindro, invece, interessa conoscere la pressione effettiva che genera il carico sulla superficie dello stampo.
Se questo valore viene sottostimato, anche la forza calcolata sarà sottostimata.
La corretta procedura è quindi:
Prima di calcolare il cilindro, verificare esattamente che cosa rappresenta il valore di pressione fornito.
7. Un errore nella pressione può trasformarsi in un grande errore nella forza
Se la superficie rimane costante, la forza varia proporzionalmente alla pressione.
Nel nostro esempio:
90 bar → circa 5.000 kgf
mentre:
350 bar → circa 19.498 kgf.
La differenza non è quindi una semplice correzione del dimensionamento.
Può determinare il passaggio da una famiglia di cilindri a una completamente diversa.
Per questo motivo è rischioso dimensionare un cilindro utilizzando un valore di pressione semplicemente “indicativo” senza verificarne l’origine.
8. Perché è utile valutare un intervallo di pressione
Quando le condizioni definitive dello stampaggio non sono ancora completamente determinate, è utile analizzare un intervallo realistico di pressione.
La valutazione di diverse condizioni permette di capire quanto il dimensionamento sia sensibile alla pressione.
Si può quindi costruire una sorta di finestra di progettazione:
Pressione più bassa
→ forza inferiore
→ cilindro più piccolo potenzialmente sufficiente
Pressione più alta
→ forza superiore
→ cilindro più grande necessario
Questo approccio è particolarmente utile durante la progettazione dello stampo, quando i parametri definitivi del processo possono essere ancora soggetti a variazioni.
9. La forza deve essere seguita lungo tutto il percorso meccanico
Anche dopo aver calcolato la forza generata dalla pressione della cavità, il dimensionamento non è ancora concluso.
Bisogna seguire il percorso della forza attraverso lo stampo.
Per esempio:
Pressione della plastica
↓
Superficie proiettata
↓
Forza risultante
↓
Tassello / slitta / anima
↓
Superficie di contatto o cuneo
↓
Stelo del cilindro
↓
Sistema autobloccante
↓
Corpo del cilindro
↓
Piastre dello stampo
Ogni elemento di questa catena deve essere in grado di trasmettere il carico previsto.
Il cilindro non deve quindi essere considerato come un componente isolato.
10. Perché il bloccaggio meccanico cambia il problema
Un cilindro idraulico convenzionale mantiene normalmente la posizione facendo affidamento sulla pressione del fluido.
Un cilindro autobloccante aggiunge invece un sistema di bloccaggio meccanico.
Durante il movimento:
pressione idraulica → movimento dello stelo
Quando viene raggiunta la posizione finale:
stelo in posizione → attivazione del bloccaggio meccanico
Durante l’iniezione:
forza della plastica → sistema di bloccaggio → corpo del cilindro
Questa architettura consente di separare, almeno in larga misura, la funzione di movimentazione dalla funzione di mantenimento del carico.
11. La corsa completa è parte integrante del dimensionamento
Nel caso di un cilindro autobloccante, la corsa non deve essere considerata soltanto come la distanza che la slitta deve percorrere.
Lo stelo deve raggiungere la posizione necessaria affinché il sistema di bloccaggio possa innestarsi completamente.
Questo significa che il progetto deve verificare:
- corsa richiesta dalla slitta;
- corsa del cilindro;
- posizione della battuta;
- posizione finale dello stelo;
- tolleranze;
- interferenze;
- posizione del sistema di bloccaggio.
La documentazione tecnica Vega evidenzia l’importanza della corretta posizione finale dello stelo nei cilindri autobloccanti.
12. Un cilindro può essere corretto come forza e sbagliato come installazione
Un cilindro potrebbe avere:
- forza sufficiente;
- alesaggio corretto;
- corsa corretta;
- capacità di bloccaggio sufficiente;
ma risultare comunque inadatto se non riesce a raggiungere la posizione necessaria per il bloccaggio.
Un’analisi tridimensionale Vega ha evidenziato un’interferenza di appena 2 mm che avrebbe potuto impedire al cilindro autobloccante di raggiungere la completa estensione. (icvega.it)
Il problema, quindi, non era la forza.
Era la geometria.
Il dimensionamento corretto di un cilindro autobloccante richiede sia il calcolo delle forze sia la verifica tridimensionale dell’installazione.
13. Perché è utile prevedere una riserva di forza
A 90 bar, il CF030 risulta adeguato secondo la valutazione iniziale, ma il CF036 viene suggerito per disporre di una maggiore riserva di forza in trazione.
Questo è importante perché il comportamento reale dello stampo può essere influenzato da:
- attrito;
- tolleranze;
- deformazioni;
- variazioni della pressione;
- temperatura;
- usura;
- condizioni reali del materiale;
- condizioni di montaggio.
Una riserva di forza può quindi aumentare la robustezza del sistema.
Non significa però scegliere automaticamente il cilindro più grande disponibile.
La riserva deve essere proporzionata all’applicazione.
14. Il materiale stampato fa parte dei dati di progetto
In questa applicazione il materiale indicato è PP + EPDM.
Il comportamento del materiale durante l’iniezione può influenzare le condizioni di pressione e di estrazione.
Tra i parametri che possono avere un ruolo troviamo:
- viscosità;
- temperatura del materiale;
- temperatura dello stampo;
- velocità di riempimento;
- pressione di mantenimento;
- raffreddamento;
- ritiro;
- adesione al nucleo.
Il materiale non determina da solo il dimensionamento del cilindro, ma fa parte del quadro complessivo del processo.
15. Anche il materiale dello stampo fa parte del contesto meccanico
Nella documentazione tecnica viene indicato anche l’acciaio dello stampo, 8407.
Il materiale dello stampo non entra direttamente nella formula semplificata pressione × superficie.
Tuttavia, costituisce parte del percorso attraverso cui viene trasmessa la forza.
Il progettista deve quindi verificare che piastre, inserti e superfici di contatto siano sufficientemente rigidi e resistenti rispetto ai carichi previsti.
16. Perché il calcolo deve essere verificato dal progettista dello stampo
La documentazione tecnica Vega specifica inoltre che il cliente dovrebbe effettuare una propria verifica del dimensionamento.
È un passaggio tecnicamente corretto.
Il produttore del cilindro conosce:
- caratteristiche del cilindro;
- forza disponibile;
- pressione minima;
- capacità di bloccaggio;
- caratteristiche del sistema autobloccante.
Il progettista dello stampo conosce invece:
- geometria completa;
- pressione reale della cavità;
- cinematica della slitta;
- guide;
- attriti;
- battute;
- rigidezza delle piastre;
- condizioni reali di produzione.
La scelta finale dovrebbe quindi derivare dalla combinazione delle due competenze.
17. Il corretto processo di dimensionamento
Per un’applicazione professionale, il flusso di progettazione può essere riassunto in questo modo:
1. Analizzare il modello dello stampo
Identificare il tassello, la slitta o il nucleo interessato.
2. Determinare la superficie effettiva
Calcolare la superficie che genera il carico.
3. Verificare la pressione
Stabilire se il valore disponibile rappresenta realmente la pressione della plastica nella cavità.
4. Calcolare la forza
Determinare la forza risultante.
5. Considerare un intervallo di pressione
Quando il processo non è ancora completamente definito, analizzare le condizioni realistiche minime e massime.
6. Analizzare il percorso della forza
Verificare come il carico raggiunge il cilindro.
7. Scegliere il cilindro
Confrontare la forza necessaria con quella disponibile alla pressione minima di lavoro.
8. Verificare la riserva
Considerare se è necessaria una maggiore forza di trazione o un margine supplementare.
9. Verificare il bloccaggio
Controllare la capacità del sistema autobloccante.
10. Verificare la corsa
Assicurarsi che lo stelo possa raggiungere completamente la posizione di bloccaggio.
11. Verificare il precarico
Se previsto, inserirlo nel dimensionamento.
12. Verificare il modello 3D
Controllare interferenze, raccordi, sensori, flange e accessibilità.
18. La lezione principale
Il punto fondamentale non è stabilire quale specifico cilindro utilizzare in una singola applicazione.
La lezione generale è invece questa:
La scelta del cilindro deve seguire il calcolo della forza reale dello stampo, e il calcolo della forza deve basarsi sulla pressione effettiva della plastica e sulla corretta superficie sottoposta a pressione.
Con una superficie di circa 55 cm², passare da 90 a 350 bar porta, nell’esempio tecnico analizzato, da circa 5.000 kgf a 19.498 kgf di forza di spinta.
Per questo motivo, un dimensionamento basato soltanto sulla pressione nominale della macchina o su una superficie stimata può portare a una selezione non corretta.
Il dimensionamento deve partire dai dati reali del processo e dalla geometria reale dello stampo.
Forza di trazione, bloccaggio meccanico, precarico e verifica della corsa
Il calcolo della forza generata dalla pressione della plastica rappresenta soltanto il primo passaggio del dimensionamento.
Una volta determinata la forza che agisce sul tassello o sulla slitta, è necessario verificare se il cilindro selezionato sia realmente in grado di svolgere tutte le funzioni richieste durante il ciclo di stampaggio:
- movimentare il meccanismo;
- raggiungere la posizione finale;
- generare sufficiente forza in spinta;
- generare sufficiente forza in trazione;
- attivare correttamente il bloccaggio;
- resistere alla forza generata durante l’iniezione;
- mantenere il contatto tra le superfici;
- compensare, quando necessario, le deformazioni elastiche attraverso il precarico.
È proprio in questa fase che un cilindro autobloccante si differenzia significativamente da un normale cilindro oleodinamico.
13. Forza teorica e forza realmente disponibile
La forza teorica di un cilindro dipende dalla superficie efficace del pistone e dalla pressione idraulica:
dove:
- F = forza generata dal cilindro;
- Aₚ = area efficace del pistone;
- p = pressione idraulica.
Ma la forza teorica non coincide necessariamente con la forza realmente disponibile sul meccanismo dello stampo.
Bisogna infatti considerare:
- attrito;
- guide;
- superfici inclinate;
- eventuali cunei;
- geometria del collegamento;
- tolleranze;
- forza necessaria allo sbloccaggio;
- precarico;
- carichi laterali.
Per il dimensionamento del cilindro direttamente collegato al tassello, Vega suggerisce di considerare un margine rispetto alla forza generata dalla pressione della cavità. Nella metodologia pubblicata da Vega viene indicato un fattore di 1,5 come riferimento per la scelta dell’alesaggio.
Questo significa che il cilindro non dovrebbe essere scelto semplicemente perché la sua forza nominale coincide con la forza teorica calcolata.
Il progettista deve considerare un margine di progetto coerente con l’applicazione.
14. Perché la forza di trazione è importante
Nelle applicazioni con slitte e tasselli, il cilindro non lavora necessariamente soltanto in spinta.
Durante il ciclo può essere necessario:
- spingere il tassello;
- mantenere il tassello in posizione;
- sbloccare il sistema;
- tirare il tassello indietro;
- superare l’attrito delle guide;
- superare eventuali forze generate dalla geometria dello stampo.
Per questo motivo bisogna verificare anche la forza di trazione disponibile.
È esattamente il motivo per cui, in una valutazione tecnica Vega, a fronte di una forza di spinta calcolata di circa 5.000 kgf, il CF030 è stato considerato sufficiente, mentre il CF036 è stato suggerito per ottenere una maggiore riserva di forza in trazione.
La differenza può sembrare secondaria, ma in realtà è fondamentale.
Un cilindro può essere sufficiente per contrastare il carico durante una fase del ciclo e risultare invece meno adatto quando deve iniziare il movimento nella direzione opposta.
15. La forza necessaria per iniziare il movimento
Quando una slitta è ferma, il cilindro deve prima superare la resistenza iniziale del sistema.
Questa forza può comprendere:
- attrito statico;
- attrito delle guide;
- attrito delle guarnizioni;
- precarico;
- forza del sistema autobloccante;
- eventuali carichi laterali;
- forze generate da un cuneo.
È quindi necessario distinguere tra:
forza necessaria per mantenere il sistema
e
forza necessaria per iniziare il movimento.
La seconda può essere superiore alla forza necessaria per mantenere il movimento una volta che il sistema è già in moto.
Questo aspetto diventa particolarmente importante nei cilindri autobloccanti perché, prima di iniziare la retrazione, il meccanismo deve essere sbloccato correttamente.
16. Come funziona il bloccaggio meccanico
Il principio di funzionamento del cilindro autobloccante Vega è differente da quello di un normale cilindro idraulico.
Nel sistema Vega, il gruppo stelo-pistone comprende elementi di bloccaggio che si impegnano meccanicamente con il corpo del cilindro quando lo stelo raggiunge la posizione prevista.
Il funzionamento può essere schematizzato in tre fasi:
Movimento
La pressione idraulica movimenta lo stelo.
Bloccaggio
Quando viene raggiunta la posizione finale, il sistema meccanico si innesta.
Carico
La forza esterna viene trasferita attraverso il sistema meccanico di bloccaggio.
Questo è il principio che permette a un cilindro compatto di sostenere carichi molto superiori a quelli che sarebbe possibile mantenere utilizzando soltanto la pressione idraulica.
17. Bloccaggio idraulico e bloccaggio meccanico non sono la stessa cosa
Un cilindro tradizionale può essere mantenuto in posizione utilizzando una valvola di ritegno.
La valvola impedisce il ritorno dell’olio e crea quindi un bloccaggio idraulico.
Il problema è che l’olio, pur essendo normalmente considerato incomprimibile nei calcoli semplificati, è in realtà compressibile.
Quando il carico aumenta, una certa quantità di compressione del fluido può quindi provocare un piccolo movimento dello stelo.
Vega documenta, per esempio, un caso in cui un cilindro con valvola di ritegno può subire un arretramento dello stelo di circa 0,3 mm a causa della compressione dell’olio, mentre il sistema autobloccante evita questo tipo di movimento perché il carico viene trasferito attraverso un elemento meccanico.
Questa differenza diventa importante quando pochi decimi di millimetro possono generare un difetto sul pezzo stampato.
18. Perché il cilindro autobloccante può essere molto più compatto
La differenza tra le due tecnologie può essere notevole.
Per esempio, Vega mostra un confronto nel quale una forza di circa 100 kN può essere contrastata utilizzando un cilindro autobloccante di alesaggio relativamente piccolo, mentre un cilindro convenzionale che deve sostenere la stessa forza esclusivamente attraverso la pressione idraulica richiederebbe un alesaggio molto maggiore.
Questo è uno dei principali vantaggi del bloccaggio meccanico negli stampi:
la funzione di movimento e quella di mantenimento del carico non devono necessariamente essere affidate alla stessa fonte di energia.
Il cilindro utilizza l’energia idraulica per muoversi.
Il meccanismo meccanico viene invece utilizzato per sostenere il carico.
19. Meno componenti significa anche uno stampo più compatto
Un sistema tradizionale per contrastare la pressione di iniezione può richiedere:
- cilindro idraulico;
- cuneo;
- battuta;
- heel block;
- guide;
- eventuale valvola di ritegno.
Un cilindro autobloccante può, in molte applicazioni, integrare la funzione di bloccaggio nel cilindro stesso.
Vega evidenzia proprio questo vantaggio del V270CG: l’utilizzo del cilindro autobloccante può semplificare meccanismi complessi e ridurre gli ingombri dello stampo.
Questo è particolarmente importante quando lo spazio disponibile tra le piastre è limitato.
20. La corsa non è soltanto una dimensione
Uno degli aspetti più importanti del progetto è la corretta definizione della corsa.
In un normale cilindro, raggiungere la fine corsa può essere una condizione che il progettista cerca generalmente di evitare durante il funzionamento continuo.
Nel cilindro autobloccante Vega la situazione è differente.
Quando lo stelo deve essere bloccato in posizione estesa, è necessario che raggiunga completamente la posizione prevista affinché gli elementi di bloccaggio possano impegnarsi correttamente.
Di conseguenza:
La corsa completa può essere una condizione funzionale del sistema di bloccaggio.
21. Cosa succede se lo stelo non arriva completamente in posizione?
Se lo stelo si ferma prima della posizione prevista, il sistema di bloccaggio può non essere completamente impegnato.
Vega spiega che, nel V260CF, se lo stelo non raggiunge completamente la posizione estesa, i settori di bloccaggio non possono aprirsi completamente e la capacità di bloccaggio può risultare insufficiente o addirittura nulla.
Questo introduce una regola fondamentale nella progettazione:
corsa richiesta dalla slitta ≠ necessariamente corsa sufficiente del cilindro.
Bisogna verificare anche la posizione geometrica necessaria al corretto funzionamento del sistema autobloccante.
22. La verifica 3D è quindi parte del dimensionamento
La scelta del cilindro non può essere effettuata solamente attraverso:
- diametro;
- pressione;
- forza;
- corsa.
È necessario verificare anche l’installazione reale.
Una recente analisi tecnica Vega ha mostrato come un’interferenza di appena 2 mm potesse impedire al cilindro di raggiungere completamente la posizione di bloccaggio.
Questo significa che un cilindro può essere:
corretto dal punto di vista della forza
ma
sbagliato dal punto di vista geometrico.
Per questo motivo, quando possibile, il cilindro dovrebbe essere verificato direttamente sul modello 3D dello stampo.
23. Il precarico: quando il bloccaggio deve fare qualcosa in più
In molte applicazioni il problema non è soltanto impedire che il tassello arretri.
È necessario anche impedire una microscopica apertura delle superfici di contatto.
Durante l’iniezione, la forza della plastica può deformare elasticamente:
- stelo;
- tassello;
- piastre;
- inserti;
- superfici di contatto.
Anche una deformazione molto piccola può creare una fessura attraverso la quale il materiale plastico può penetrare.
Il risultato può essere la formazione di bave.
Il precarico serve proprio a compensare questo comportamento.
24. Come funziona il precarico
Il principio può essere rappresentato in modo semplificato:
Senza precarico
Forza di iniezione
↓
Deformazione elastica
↓
Piccola apertura
↓
Possibile formazione di bava
Con precarico
Precompressione iniziale
↓
Forza di iniezione
↓
Compensazione della deformazione
↓
Superfici mantenute a contatto
Vega descrive il precarico come una delle possibilità offerte dai cilindri autobloccanti per ridurre i problemi di infiltrazione della plastica tra tassello e stampo.
25. Il precarico non deve essere utilizzato sempre
Un errore progettuale sarebbe considerare il precarico obbligatorio per qualsiasi applicazione.
Non è così.
Vega specifica che il precarico è necessario solo in determinate applicazioni, in particolare quando è necessario evitare la formazione di bave dovute a piccole deformazioni o aperture delle superfici di contatto.
Quando questo problema non esiste, il cilindro può essere utilizzato senza precarico.
Il precarico deve quindi essere considerato come uno strumento di precisione, non come un requisito universale.
26. Il precarico deve rimanere entro i limiti del cilindro
Un altro punto fondamentale è che il precarico non può essere aumentato indefinitamente.
Ogni cilindro ha un limite massimo di compressione/precarico in funzione della propria configurazione.
Vega sottolinea infatti che il precarico effettivo non deve superare il valore massimo previsto per l’alesaggio del cilindro, perché un precarico eccessivo può danneggiare il cilindro.
Il procedimento corretto è quindi:
- determinare la deformazione del sistema;
- stabilire il precarico necessario;
- confrontarlo con il valore massimo ammesso;
- selezionare il cilindro e la flangia appropriati;
- verificare il risultato sullo stampo.
27. La flangia di precarico semplifica la regolazione
La regolazione del precarico può essere estremamente sensibile.
In alcuni casi sono necessarie variazioni dell’ordine di pochi centesimi di millimetro.
Vega ha sviluppato una flangia di precarico per rendere questa regolazione più semplice. La possibilità di regolare il cilindro senza dover ripetere continuamente operazioni di smontaggio e modifica meccanica può ridurre significativamente i tempi necessari per la messa a punto dello stampo.
Questo è particolarmente utile quando il precarico deve essere regolato con lo stampo già montato e in condizioni operative.
28. Il precarico e la capacità di bloccaggio devono essere analizzati insieme
Quando viene applicato un precarico, il cilindro è già sottoposto a una determinata compressione.
Di conseguenza, non è corretto considerare separatamente:
capacità massima di bloccaggio
e
precarico
come se fossero completamente indipendenti.
Il progettista deve verificare la condizione complessiva:
precarico + carico di esercizio + margine di sicurezza
rispetto alla capacità ammessa del sistema.
Questo è particolarmente importante negli stampi che lavorano con elevate pressioni di iniezione.
29. Il mantenimento della pressione idraulica
Il fatto che il cilindro sia autobloccante non significa che la pressione idraulica diventi completamente irrilevante.
Il sistema deve essere progettato in modo che il bloccaggio avvenga correttamente e che il cilindro operi nelle condizioni previste dal costruttore.
Vega indica che il V270CG viene utilizzato per sostenere direttamente la pressione di iniezione e che il sistema di bloccaggio meccanico permette di ridurre la dipendenza dal mantenimento continuo della pressione idraulica.
In alcune configurazioni può inoltre essere utilizzata una valvola di ritegno pilotata per mantenere la pressione.
La soluzione deve essere valutata in funzione del circuito e dell’applicazione specifica.
30. Perché la compressibilità dell’olio è importante
L’olio idraulico viene normalmente trattato come incomprimibile nei calcoli di base.
Nella realtà, però, presenta una certa compressibilità.
Quando una forza esterna aumenta la pressione nel cilindro, il volume del fluido può ridursi leggermente.
Questo può produrre un piccolo arretramento dello stelo.
Vega documenta un esempio in cui, utilizzando una valvola di ritegno, la compressione dell’olio può portare a un arretramento dell’estremità dello stelo di circa 0,3 mm in determinate condizioni.
In uno stampo di precisione, 0,3 mm possono essere tutt’altro che trascurabili.
31. Il vantaggio del bloccaggio meccanico
Con il cilindro autobloccante, il carico viene trasferito attraverso il sistema meccanico di bloccaggio.
Questo riduce il problema dello spostamento dovuto alla compressione del fluido.
La differenza può essere sintetizzata così:
Cilindro + valvola di ritegno
Pressione → olio → pistone → stelo
Il carico rimane legato alla compressibilità del fluido.
Cilindro autobloccante
Pressione → movimento → bloccaggio meccanico → carico strutturale
Il carico viene trasferito attraverso gli elementi meccanici di bloccaggio.
È questa una delle ragioni per cui i cilindri autobloccanti sono particolarmente interessanti negli stampi dove la precisione della posizione finale è importante.
32. V270CG: quando compattezza e bloccaggio diventano una sola soluzione
Il V270CG rappresenta l’evoluzione Vega della tecnologia dei cilindri autobloccanti compatti.
Secondo la pagina ufficiale, il V270CG è un cilindro a doppio effetto con bloccaggio meccanico tra stelo e corpo, disponibile con alesaggi da 30 a 84 mm e corse da 30 a 150 mm nella configurazione standard.
È progettato specificamente per applicazioni quali:
- movimentazione di carrelli;
- punzoni;
- spine;
- sottosquadri;
- sostegno diretto della pressione di iniezione.
La pagina prodotto indica inoltre una pressione idraulica massima di esercizio di 270 bar e l’utilizzo di sensori induttivi integrati nelle configurazioni previste.
33. La scelta finale deve considerare l’intero ciclo
A questo punto è possibile comprendere perché il dimensionamento di un cilindro autobloccante non possa essere ridotto a una singola formula.
Il cilindro deve essere verificato in almeno quattro condizioni:
Condizione 1 – Movimento in avanti
Il cilindro deve avere sufficiente forza per portare la slitta nella posizione richiesta.
Condizione 2 – Bloccaggio
Il sistema deve essere in grado di sostenere la forza generata dalla pressione di iniezione.
Condizione 3 – Sbloccaggio
Il cilindro deve avere sufficiente forza per liberare il meccanismo.
Condizione 4 – Movimento di ritorno
Il cilindro deve poter riportare la slitta nella posizione iniziale.
Se è richiesto il precarico, deve essere aggiunta anche una quinta verifica:
Condizione 5 – Precarico
La compressione applicata deve essere sufficiente a evitare l’apertura indesiderata, ma non deve superare i limiti del cilindro.
34. La checklist finale per il progettista
Prima di approvare il cilindro, è opportuno verificare:
Processo
- pressione reale nella cavità;
- pressione minima e massima;
- materiale utilizzato;
- condizioni di stampaggio.
Geometria
- superficie proiettata;
- direzione della forza;
- corsa;
- posizione del cilindro;
- eventuali cunei;
- guide e battute.
Cilindro
- alesaggio;
- forza di spinta;
- forza di trazione;
- pressione minima di lavoro;
- pressione massima;
- corsa.
Bloccaggio
- capacità di tenuta;
- posizione di innesto;
- fine corsa;
- forza necessaria allo sbloccaggio.
Precarico
- necessità effettiva;
- valore richiesto;
- limite massimo;
- sistema di regolazione.
Installazione
- interferenze;
- raccordi;
- sensori;
- accessibilità;
- tolleranze.
Conclusione
Il corretto dimensionamento di un cilindro autobloccante non consiste semplicemente nel trovare un cilindro capace di generare una determinata forza.
Bisogna verificare contemporaneamente forza, trazione, bloccaggio, sbloccaggio, corsa, precarico e geometria dello stampo.
Il vantaggio fondamentale del sistema autobloccante è proprio la possibilità di separare la funzione di movimentazione da quella di mantenimento del carico.
Il cilindro utilizza la pressione idraulica per muovere il tassello.
Il sistema meccanico utilizza invece il bloccaggio per sostenere la forza durante l’iniezione.
Quando necessario, il precarico permette di aggiungere un ulteriore livello di precisione, compensando le piccole deformazioni elastiche che potrebbero altrimenti generare bave.
La regola finale può quindi essere sintetizzata così:
Non scegliere il cilindro in base alla sola forza di spinta. Dimensiona l’intero sistema: movimento, trazione, bloccaggio, sbloccaggio, precarico e posizione finale.
URL utili e verificati
Per la versione italiana dell’articolo utilizzerei solo URL italiani, su iCVEGA.it e Vega Cylinders Italia.
1. Scegliere il cilindro giusto per il tassello dello stampo: forza di spinta
Scegliere il cilindro giusto per il tassello dello stampo: forza di spinta
È il collegamento più importante per la parte relativa a area proiettata, forza di iniezione, fattore di dimensionamento, valvola di ritegno e confronto con il cilindro autobloccante.
2. Perché usare l’intera corsa di un cilindro oleodinamico autobloccante V260CF
Perché usare l’intera corsa del V260CF
È perfetto per la parte sulla corsa completa e sul corretto innesto del sistema di bloccaggio.
3. Scegliere il cilindro giusto per il tassello dello stampo: corsa
Scegliere il cilindro giusto per il tassello dello stampo: corsa
Utile per approfondire corsa, deformazione dello stelo, precarico e problemi delle corse lunghe.
4. Auto-Bloccaggio – Cilindri idraulici a bloccaggio meccanico
Auto-Bloccaggio – Cilindri idraulici a bloccaggio meccanico
È il collegamento principale per spiegare come funziona il bloccaggio meccanico, il principio dei settori e il precarico.
5. V270CG – Cilindri idraulici compatti autobloccanti
V270CG – Cilindri idraulici compatti autobloccanti
È il collegamento prodotto più adatto per presentare il V270CG come soluzione applicativa. La pagina ufficiale riporta caratteristiche, alesaggi, corse, pressione massima e applicazioni.
6. I 2 millimetri che avrebbero potuto fermare un intero stampo
I 2 millimetri che avrebbero potuto fermare un intero stampo
