Quando si progetta un cilindro idraulico destinato a lavorare ad alte velocità, una delle prime opzioni che vengono prese in considerazione è l’ammortizzatore di fine corsa.
Per decenni gli ammortizzatori idraulici sono stati considerati una soluzione indispensabile per rallentare il pistone prima che raggiungesse il termine della corsa, riducendo gli urti, limitando le vibrazioni e aumentando la durata del cilindro e dello stampo.
Ancora oggi rappresentano una soluzione eccellente in moltissime applicazioni.
Negli ultimi anni, tuttavia, l’evoluzione delle presse per stampaggio a iniezione ha modificato profondamente il modo di controllare il movimento dei cilindri idraulici.
Molte presse moderne sono infatti dotate di valvole proporzionali, PLC sempre più evoluti e sistemi di controllo della posizione che consentono di regolare continuamente la velocità del cilindro durante tutta la corsa.
Quando questo sistema viene abbinato ad un trasduttore di posizione lineare integrato, il rallentamento finale può essere ottenuto elettronicamente, senza la necessità di utilizzare i tradizionali ammortizzatori idraulici.
Un interessante caso reale affrontato dal Reparto Tecnico Vega dimostra perfettamente questo principio.
Un cliente richiese un cilindro speciale equipaggiato con un trasduttore analogico Balluff integrato, chiedendo contemporaneamente che il cilindro fosse dotato anche di ammortizzatori idraulici.
Dopo aver analizzato l’applicazione, il Reparto Tecnico Vega spiegò che le due opzioni non potevano essere installate contemporaneamente.
Il motivo non era solamente legato allo spazio disponibile all’interno del cilindro.
L’elemento realmente determinante era che il trasduttore di posizione, collegato alla pressa mediante una valvola proporzionale opportunamente programmata, consentiva già di rallentare il cilindro in prossimità del punto di arresto, rendendo di fatto superflui gli ammortizzatori meccanici.
Questo caso porta ad una domanda molto interessante.
I cilindri idraulici moderni hanno ancora bisogno degli ammortizzatori oppure il controllo elettronico del movimento li sta progressivamente sostituendo?
A Cosa Servono gli Ammortizzatori Idraulici
L’ammortizzatore nasce per risolvere un problema puramente meccanico.
Quando un cilindro si muove ad alta velocità, il pistone accumula energia cinetica.
Se raggiunge il fondo corsa senza rallentare, tutta questa energia viene scaricata improvvisamente su:
- pistone;
- testata;
- stelo;
- fissaggi;
- struttura dello stampo.
Nel tempo questi urti provocano:
- vibrazioni;
- rumorosità;
- usura precoce delle guarnizioni;
- affaticamento meccanico;
- possibili deformazioni dei componenti.
Per evitare questi problemi vengono utilizzati gli ammortizzatori idraulici.
Negli ultimi millimetri della corsa, l’olio è costretto ad attraversare un passaggio sempre più piccolo.
La portata diminuisce progressivamente e il pistone rallenta fino ad arrestarsi in modo controllato.
Per molti anni questa è stata l’unica soluzione disponibile.
Come Sono Cambiate le Presse Moderne
Le moderne presse per stampaggio a iniezione lavorano in modo completamente diverso rispetto agli impianti idraulici tradizionali.
Oggi la velocità del cilindro non è più determinata esclusivamente dalla portata della pompa.
Le valvole proporzionali consentono di modificare continuamente la portata dell’olio durante il movimento.
Il PLC della macchina può programmare:
- accelerazione;
- velocità costante;
- rallentamento;
- arresto finale.
In altre parole, il cilindro non viene più semplicemente alimentato.
Viene continuamente controllato.
Questo cambia completamente il modo di progettare il sistema oleodinamico.
Il Ruolo del Trasduttore di Posizione
Per controllare il movimento è necessario conoscere continuamente la posizione del pistone.
Qui entra in gioco il trasduttore di posizione lineare.
A differenza dei tradizionali sensori di fine corsa, che indicano solamente il raggiungimento di una determinata posizione, un trasduttore analogico misura in ogni istante la posizione esatta del pistone.
Il controllore della macchina conosce quindi:
- posizione istantanea;
- velocità;
- accelerazione;
- distanza residua dal punto di arresto.
Grazie a queste informazioni la valvola proporzionale può ridurre progressivamente la velocità del cilindro.
Il rallentamento non viene più ottenuto meccanicamente.
Viene ottenuto attraverso il controllo elettronico del movimento.
Perché gli Ammortizzatori Diventano Superflui
Il caso affrontato dal Reparto Tecnico Vega rappresenta un perfetto esempio di questa evoluzione tecnologica.
Il cliente desiderava installare sia il trasduttore Balluff integrato sia gli ammortizzatori.
L’ufficio tecnico spiegò che il trasduttore occupava lo spazio normalmente destinato all’ammortizzatore.
Ma soprattutto spiegò che gli ammortizzatori sarebbero risultati praticamente inutili.
Una volta collegato il trasduttore alla pressa dotata di valvola proporzionale, era infatti possibile programmare un rallentamento automatico del cilindro negli ultimi millimetri della corsa, ottenendo un arresto estremamente preciso senza ricorrere a sistemi meccanici.
Dal punto di vista progettuale questo comporta numerosi vantaggi.
Non è più necessario regolare manualmente gli ammortizzatori durante il collaudo.
Il profilo di velocità può essere modificato direttamente dal software della macchina.
Ogni stampo può utilizzare un diverso programma di movimento senza modificare il cilindro.
I Vantaggi del Controllo di Posizione
L’integrazione di un trasduttore lineare non consente soltanto di eliminare gli ammortizzatori in molte applicazioni.
Introduce anche una serie di vantaggi aggiuntivi.
Il collaudo dello stampo diventa più rapido.
La posizione del cilindro può essere visualizzata direttamente sul pannello della pressa.
Ogni ciclo viene ripetuto con la stessa precisione.
Anche la diagnostica migliora sensibilmente.
Qualsiasi anomalia nella velocità o nella posizione finale del cilindro può essere individuata immediatamente, permettendo interventi di manutenzione prima che il problema provochi scarti di produzione o fermi macchina.
Per gli stampi destinati alla produzione di componenti tecnici ad alta precisione, questi vantaggi rappresentano spesso un valore ben superiore rispetto alla semplice presenza degli ammortizzatori.
Aspetti da Considerare nella Progettazione
Naturalmente il controllo elettronico non sostituisce automaticamente gli ammortizzatori in ogni applicazione.
Affinché questa soluzione funzioni correttamente devono essere presenti alcune condizioni fondamentali.
La pressa deve essere equipaggiata con:
- valvole proporzionali;
- un PLC capace di gestire il controllo in retroazione;
- un trasduttore di posizione ad elevata precisione;
- un software opportunamente programmato.
Solo quando questi elementi lavorano insieme è possibile ottenere un rallentamento controllato senza ricorrere agli ammortizzatori tradizionali.
Per questo motivo, oggi, scegliere un cilindro idraulico significa progettare non soltanto un componente meccanico, ma un sistema integrato che dialoga continuamente con la macchina.
Il vero obiettivo non è più semplicemente arrestare un pistone.
È controllarne ogni millimetro di movimento con la massima precisione possibile.
I Limiti del Controllo Elettronico
Nonostante i numerosi vantaggi, il trasduttore di posizione integrato non rappresenta la soluzione ideale per ogni cilindro idraulico.
La scelta deve sempre essere effettuata valutando attentamente l’applicazione specifica.
Gli ammortizzatori idraulici continuano infatti ad essere la soluzione migliore quando il cilindro lavora:
- con centraline idrauliche tradizionali;
- su macchine prive di valvole proporzionali;
- con movimenti a velocità costante;
- in impianti dove non è disponibile il controllo continuo della posizione.
Al contrario, il trasduttore di posizione integrato offre il massimo dei vantaggi quando è necessario:
- controllare con precisione la posizione del tassello;
- programmare diversi profili di movimento;
- ridurre i tempi ciclo;
- aumentare la ripetibilità del processo;
- integrare il cilindro nei sistemi Industry 4.0.
La scelta tra ammortizzatori tradizionali e controllo elettronico non dipende quindi da quale tecnologia sia più moderna, ma da quale sia più adatta allo specifico impianto.
La Progettazione di un Cilindro Speciale
Il caso affrontato dal Reparto Tecnico Vega evidenzia anche un altro aspetto molto importante.
Quando il cliente richiese il modello 3D del cilindro speciale, il reparto tecnico non fornì solamente il file CAD.
Fornì anche tutte le informazioni necessarie per la corretta installazione e manutenzione.
Ad esempio venne specificato che, essendo il trasduttore Balluff fornito senza connettore a 90°, era necessario prevedere circa 32 mm di ingombro aggiuntivo dietro il cilindro.
Fu inoltre precisato che il connettore disponeva di otto terminali, ma che solamente tre sarebbero stati utilizzati per collegare il trasduttore analogico alla pressa.
Per facilitare il cablaggio venne fornita anche tutta la documentazione tecnica Balluff relativa ai collegamenti elettrici.
Questi dettagli progettuali, apparentemente secondari, sono spesso determinanti per evitare interferenze durante il montaggio dello stampo.
L’Importanza della Documentazione dei Ricambi
Un altro elemento interessante di questo progetto riguarda la gestione dei ricambi.
Insieme al cilindro speciale, il Reparto Tecnico Vega preparò una distinta completa comprendente sia i componenti standard sia quelli speciali.
Tra questi erano presenti:
- kit guarnizioni dello stelo;
- cartuccia completa dello stelo;
- kit guarnizioni del pistone;
- camicia di ricambio;
- stelo speciale;
- gruppo stelo-pistone completo;
- trasduttore analogico Balluff;
- connettore schermato metallico;
- datore di posizione.
Disporre fin dall’inizio di una documentazione completa consente al reparto manutenzione di identificare rapidamente il componente necessario senza dover smontare il cilindro o attendere verifiche tecniche, riducendo in modo significativo i tempi di fermo macchina.
Dalla Meccanica all’Intelligenza del Controllo
Per molti anni migliorare un cilindro idraulico significava aggiungere componenti meccanici.
Oggi la filosofia progettuale sta cambiando.
Sempre più spesso le prestazioni vengono migliorate non aumentando la complessità meccanica, ma sfruttando sistemi elettronici di controllo.
Una valvola proporzionale, un trasduttore di posizione integrato e una corretta programmazione del PLC consentono di ottenere:
- rallentamenti estremamente fluidi;
- arresti molto precisi;
- profili di movimento personalizzabili;
- maggiore ripetibilità;
- diagnostica avanzata;
- minore necessità di regolazioni meccaniche.
Il cilindro non è più soltanto un attuatore oleodinamico.
Diventa un elemento intelligente dell’intero sistema di automazione.
L’Evoluzione delle Presse per Stampaggio
L’intero settore dello stampaggio a iniezione sta evolvendo verso sistemi sempre più automatizzati.
Le moderne presse richiedono:
- maggiore produttività;
- precisione di posizionamento;
- riduzione degli scarti;
- manutenzione predittiva;
- tracciabilità dei cicli;
- integrazione con i sistemi Industry 4.0.
I cilindri dotati di trasduttore di posizione integrato rispondono perfettamente a queste esigenze.
Oltre a movimentare il tassello, forniscono continuamente informazioni al controllo macchina, consentendo di monitorare ogni fase del movimento.
In questo modo il cilindro diventa una sorgente di dati utile non solo al controllo del processo, ma anche all’ottimizzazione della produzione.
Conclusioni
Questo caso tecnico dimostra come l’evoluzione dei sistemi di controllo stia modificando il modo di progettare i cilindri idraulici per stampi a iniezione.
Quando un trasduttore di posizione analogico viene integrato nel cilindro e lavora insieme ad una valvola proporzionale e ad un PLC correttamente programmato, il rallentamento può essere gestito direttamente dalla macchina, rendendo spesso non necessari gli ammortizzatori tradizionali.
Come spiegato dal Reparto Tecnico Vega, il trasduttore Balluff occupa lo spazio normalmente destinato agli ammortizzatori e, soprattutto, permette di ottenere un rallentamento controllato mediante la gestione elettronica della velocità.
Il caso evidenzia inoltre quanto sia importante progettare il sistema nel suo insieme.
L’ingombro del connettore, il cablaggio del trasduttore, la disponibilità dei ricambi e la documentazione tecnica rappresentano aspetti fondamentali tanto quanto il corretto dimensionamento del cilindro stesso.
Il futuro dei cilindri idraulici non dipenderà solamente dalla loro robustezza meccanica.
Dipenderà sempre di più dalla loro capacità di comunicare con la macchina, fornire dati in tempo reale e contribuire ad un controllo del movimento sempre più preciso, efficiente e affidabile.
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