Comprendere la Pressione della Plastica, la Forza di Bloccaggio e la Pressione Idraulica
Negli stampi a iniezione, i cilindri oleodinamici autobloccanti vengono spesso considerati una garanzia assoluta contro qualsiasi movimento del tassello durante la fase di iniezione.
Molti progettisti ritengono infatti che, una volta raggiunta la posizione di bloccaggio, il cilindro rimanga immobile indipendentemente dalle forze generate all’interno della cavità.
In realtà non è sempre così.
Anche un cilindro autobloccante può arretrare se la forza esercitata dalla plastica fusa supera la capacità di bloccaggio del cilindro oppure se il circuito oleodinamico non mantiene le condizioni di pressione necessarie durante tutta la fase di stampaggio.
Un interessante caso reale affrontato dal Reparto Tecnico Vega dimostra come la comprensione della pressione della plastica, della superficie proiettata e della pressione idraulica sia fondamentale per scegliere correttamente un cilindro autobloccante.
Il Problema Segnalato dal Cliente
Un cliente riscontrò un comportamento anomalo durante la produzione.
Il cilindro autobloccante installato nello stampo arretrava durante la fase di iniezione.
A prima vista il problema poteva sembrare un difetto del cilindro.
Il Reparto Tecnico Vega, invece, decise di analizzare l’intero sistema prima di formulare qualsiasi conclusione.
L’indagine prese in considerazione:
- la superficie realmente esposta alla pressione della plastica;
- la pressione di iniezione;
- la pressione idraulica disponibile;
- la forza di bloccaggio sviluppata dal cilindro;
- la configurazione meccanica dello stampo.
Solo dopo aver valutato tutti questi elementi è stato possibile individuare la vera causa del problema.
La Vera Forza È Generata dalla Plastica
Uno degli aspetti meno conosciuti nella progettazione degli stampi riguarda l’enorme forza sviluppata dalla plastica fusa durante l’iniezione.
La pressione della plastica non agisce esclusivamente all’interno della cavità.
Essa si trasmette a tutte le superfici direttamente esposte al materiale fuso.
Se un tassello laterale, un carrello o un inserto mobile presenta una superficie rivolta verso la cavità, tale superficie viene immediatamente sottoposta alla pressione esercitata dalla plastica.
Maggiore è la superficie esposta, maggiore sarà la forza che il cilindro dovrà contrastare.
Per questo motivo il calcolo della forza agente sul componente mobile dovrebbe sempre precedere la scelta del cilindro oleodinamico.
Trascurare questo passaggio può portare a installare un cilindro perfettamente funzionante, ma semplicemente sottodimensionato rispetto alle reali condizioni di lavoro.
Il Principio di Pascal Spiega Tutto
Il comportamento dei cilindri oleodinamici e delle pressioni nello stampo può essere spiegato attraverso uno dei principi fondamentali dell’oleodinamica:
il Principio di Pascal.
Il Manuale Tecnico Vega ricorda che la pressione applicata a un fluido confinato si trasmette uniformemente in ogni direzione, esercitando la stessa pressione su tutte le superfici interessate.
Questo principio aiuta a comprendere perché la pressione della plastica possa generare carichi così elevati sui componenti mobili dello stampo.
La forza dipende esclusivamente da due fattori:
- la pressione della plastica;
- la superficie proiettata sulla quale essa agisce.
Anche un piccolo aumento della superficie può tradursi in diverse tonnellate aggiuntive di forza.
La Superficie Proiettata Conta Più della Pressione
Quando si parla di stampaggio a iniezione, l’attenzione viene spesso rivolta esclusivamente al valore della pressione.
In realtà la pressione, da sola, non è sufficiente per valutare il carico che il cilindro dovrà sostenere.
Durante l’analisi, il Reparto Tecnico Vega ha calcolato con precisione la superficie effettivamente investita dalla pressione della plastica.
Il risultato ha evidenziato che la forza sviluppata durante l’iniezione era molto superiore a quanto inizialmente ipotizzato.
Il cilindro non presentava alcun difetto.
Semplicemente era stato chiamato a contrastare una forza superiore alla propria capacità di bloccaggio.
Questo rappresenta un insegnamento fondamentale.
Scegliere un cilindro esclusivamente in funzione dello spazio disponibile o del diametro significa ignorare il parametro più importante: la forza realmente generata durante il processo di stampaggio.
La Forza di Bloccaggio Deve Sempre Superare la Forza della Plastica
Un cilindro autobloccante svolge due funzioni distinte.
La prima consiste nello spostare il tassello nella posizione desiderata.
La seconda consiste nel mantenerlo fermo durante l’iniezione, opponendosi alle enormi forze generate dalla plastica.
Queste forze non sono prodotte dal cilindro.
Sono generate dalla pressione esercitata dal materiale plastico sul componente mobile dello stampo.
Affinché il sistema funzioni correttamente, la forza di bloccaggio disponibile deve sempre essere superiore alla forza esercitata dalla plastica.
Se questa condizione non viene rispettata, il cilindro può arretrare pur essendo perfettamente efficiente.
Anche la Pressione Idraulica Fa Parte del Sistema di Bloccaggio
L’indagine svolta dal Reparto Tecnico Vega ha evidenziato un secondo aspetto fondamentale.
Il sistema di bloccaggio non dipende esclusivamente dalla meccanica del cilindro.
Anche il circuito oleodinamico riveste un ruolo determinante.
Per ottenere le massime prestazioni del cilindro autobloccante V260, è infatti necessario mantenere costantemente una pressione di 120 bar durante tutta la fase di iniezione.
Qualora la pressa non sia in grado di mantenere tale pressione, il Reparto Tecnico Vega raccomanda l’installazione di una valvola di ritegno idraulica, in modo da conservare la pressione all’interno del cilindro durante l’intero ciclo di stampaggio.
Questo dimostra che cilindro e circuito oleodinamico devono sempre essere considerati come un unico sistema.
Anche l’Aria nell’Olio Può Peggiorare il Problema
Il Manuale Tecnico Vega evidenzia inoltre un aspetto spesso trascurato.
L’olio idraulico non è perfettamente incomprimibile.
La presenza di aria all’interno del circuito aumenta ulteriormente la comprimibilità del sistema.
Per questo motivo è fondamentale eliminare completamente l’aria durante la messa in servizio, soprattutto nelle applicazioni in cui il cilindro deve contrastare direttamente la pressione di iniezione.
Anche deformazioni estremamente piccole possono infatti contribuire allo spostamento del tassello quando le forze in gioco raggiungono decine di tonnellate.
La manutenzione del circuito oleodinamico diventa quindi parte integrante dell’affidabilità dello stampo.
L’Ingegneria Analizza Sempre il Sistema Completo
Uno dei punti di forza dell’approccio seguito dal Reparto Tecnico Vega è il metodo di analisi.
Prima di sostituire il cilindro, i tecnici hanno verificato:
- la superficie proiettata investita dalla plastica;
- la pressione di iniezione;
- la forza realmente generata;
- la capacità di bloccaggio del cilindro;
- la pressione disponibile nel circuito oleodinamico;
- la configurazione meccanica dello stampo.
Solo dopo aver completato questa analisi è stato possibile individuare la soluzione corretta.
Questo metodo evita sostituzioni inutili e garantisce che il cilindro venga dimensionato sulla base delle reali condizioni di lavoro.
Il Corretto Calcolo della Forza Evita lo Spostamento del Cilindro
Nella prima parte abbiamo visto che un cilindro oleodinamico autobloccante può arretrare durante la fase di iniezione anche quando funziona perfettamente.
L’indagine svolta dal Reparto Tecnico Vega ha dimostrato che il problema non era il cilindro, ma il rapporto tra pressione della plastica, superficie proiettata e forza di bloccaggio disponibile.
Una volta analizzati questi parametri, è stato possibile individuare la soluzione tecnicamente corretta.
Il Calcolo Ingegneristico
Il primo passo è stato determinare la superficie realmente investita dalla pressione della plastica.
Dall’analisi dello stampo è risultata una superficie proiettata di circa 100–106 cm².
Successivamente il Reparto Tecnico Vega ha calcolato la forza generata dalla plastica considerando due differenti condizioni di lavoro:
- pressione di iniezione di 500 bar;
- pressione di iniezione di 350 bar.
Sebbene la geometria dello stampo rimanesse identica, la variazione della pressione modificava completamente il carico che il cilindro doveva contrastare.
Questo dimostra perché il dimensionamento di un cilindro autobloccante non può essere separato dal processo di stampaggio.
Perché il CF045 Era Sottodimensionato
Lo stampo era equipaggiato con un cilindro autobloccante CF045.
Dopo avere calcolato la forza esercitata dalla plastica sulla superficie proiettata, il Reparto Tecnico Vega concluse che la capacità di bloccaggio del cilindro non era sufficiente per le reali condizioni di lavoro.
Il cilindro non era difettoso.
Semplicemente era stato scelto per contrastare un carico inferiore rispetto a quello realmente sviluppato durante l’iniezione.
Questa distinzione è fondamentale.
Un cilindro perfettamente costruito può comunque risultare inadeguato se il dimensionamento iniziale non tiene conto delle reali forze agenti sul tassello.
Due Pressioni Diverse, Due Soluzioni Diverse
I calcoli del Reparto Tecnico Vega portarono a due differenti raccomandazioni.
Con una pressione della plastica di 500 bar, la forza esercitata sul tassello raggiungeva circa 50.000–53.000 kgf.
In queste condizioni il cilindro consigliato era un CF084, in grado di garantire una forza di bloccaggio adeguata.
Se invece la pressione reale dello stampaggio fosse stata pari a circa 350 bar, la forza risultava sensibilmente inferiore.
In questo caso il Reparto Tecnico Vega indicò come soluzione sufficiente un CF071.
Questo confronto mette in evidenza uno dei principi più importanti della progettazione oleodinamica:
il cilindro corretto dipende dalle reali condizioni di stampaggio e non semplicemente dalle dimensioni dello stampo.
Le Tabelle Ufficiali del Catalogo Confermano il Dimensionamento
Le raccomandazioni formulate dal Reparto Tecnico Vega sono perfettamente coerenti con le tabelle ufficiali del catalogo V260CF.
Il catalogo riporta infatti le forze di bloccaggio, di spinta e di trazione disponibili per ciascun modello di cilindro nelle diverse condizioni di utilizzo.
Anziché scegliere un cilindro in modo approssimativo, il reparto tecnico ha confrontato il carico realmente generato dalla plastica con le prestazioni certificate dei diversi modelli.
Questo metodo garantisce un dimensionamento basato su dati tecnici verificabili.
I 120 Bar Devono Essere Mantenuti Durante Tutta l’Iniezione
Un altro elemento fondamentale emerso dal caso riguarda la pressione idraulica.
Il sistema autobloccante raggiunge le massime prestazioni soltanto se la pressione all’interno del cilindro viene mantenuta costante.
Il Reparto Tecnico Vega specifica chiaramente che il cilindro V260 deve mantenere 120 bar durante tutta la fase di iniezione.
Se la pressa non è in grado di mantenere questa pressione, la soluzione consigliata consiste nell’installazione di una valvola di ritegno idraulica, capace di conservare la pressione nel cilindro fino al termine del ciclo.
Questo significa che il circuito oleodinamico fa parte integrante del sistema di bloccaggio.
Anche la Qualità del Circuito Oleodinamico È Determinante
Il Manuale Tecnico Vega ricorda che l’olio idraulico presenta una leggera comprimibilità e che la presenza di aria nel circuito aumenta ulteriormente questo fenomeno.
Per applicazioni in cui il cilindro deve contrastare direttamente la pressione della plastica, è quindi indispensabile eliminare completamente l’aria dal circuito per ridurre al minimo eventuali spostamenti indesiderati del tassello.
La stabilità del sistema dipende quindi sia dal corretto dimensionamento del cilindro sia dalla qualità dell’impianto oleodinamico.
L’Ingegneria Considera Sempre il Sistema Completo
Questo caso dimostra che il corretto funzionamento di un cilindro autobloccante non può essere valutato analizzando il cilindro come componente isolato.
Il Reparto Tecnico Vega ha preso in considerazione contemporaneamente:
- la superficie proiettata;
- la pressione della plastica;
- la forza realmente generata;
- la forza di bloccaggio del cilindro;
- la pressione del circuito oleodinamico;
- la configurazione meccanica dello stampo.
Solo dopo aver completato questa analisi è stato possibile individuare la soluzione corretta.
Questo approccio sistematico riduce il rischio di guasti, migliora l’affidabilità dello stampo e consente di evitare costosi fermi di produzione.
Conclusioni
Questo caso reale dimostra che lo spostamento di un cilindro oleodinamico autobloccante durante l’iniezione non è necessariamente indice di un guasto del cilindro.
L’analisi del Reparto Tecnico Vega ha evidenziato che i fattori determinanti erano la forza generata dalla pressione della plastica, la superficie proiettata investita dal materiale fuso e la reale capacità di bloccaggio del cilindro installato. Dopo avere eseguito i calcoli, il reparto tecnico ha raccomandato la sostituzione del CF045 con un CF071 oppure un CF084, a seconda della pressione effettiva di stampaggio, confermando inoltre che il cilindro V260 deve mantenere costantemente 120 bar durante tutta la fase di iniezione per garantire le massime prestazioni.
Questo caso conferma uno dei principi fondamentali della progettazione degli stampi a iniezione:
Un cilindro oleodinamico autobloccante non deve essere scelto in funzione delle sue dimensioni, ma in base alla massima forza che dovrà contrastare durante l’iniezione, verificando sempre i dati tecnici del costruttore e progettando correttamente anche il circuito oleodinamico.
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