Quando più cilindri idraulici devono lavorare contemporaneamente nello stesso stampo, conoscere la portata massima di olio ammissibile per ciascun cilindro è fondamentale.
La portata non riguarda soltanto la capacità della centralina idraulica. Deve essere verificata anche in funzione della costruzione del cilindro, della velocità richiesta e, in particolare, della presenza e dell’utilizzo dell’ammortizzo di fine corsa.
Un caso tecnico relativo a quattro cilindri compatti e quattro cilindri con stelo-pistone integrale ammortizzato mostra chiaramente come la portata massima possa cambiare significativamente in funzione della configurazione e dell’utilizzo dell’ammortizzo.
1. La domanda iniziale: quanta portata serve?
Nel caso analizzato, il Cliente aveva bisogno di conoscere la quantità di olio necessaria per alimentare:
- 4 cilindri compatti CM040EOEG#050;
- 4 cilindri CR050022C3GESN125S073, con stelo-pistone integrale ammortizzato.
La richiesta era quindi direttamente collegata alla progettazione del circuito idraulico e alla capacità della centralina di alimentare contemporaneamente i cilindri.
Il Vega Team fornì per ciascuna configurazione un limite di portata specifico.
2. La portata massima dei cilindri compatti
Per i cilindri compatti CM040EOEG#050, la portata massima indicata era:
7 l/min per cilindro.
Poiché l’applicazione prevedeva quattro cilindri, la portata teorica complessiva corrispondente è:
4 × 7 l/min = 28 l/min
Questo valore è importante per il dimensionamento del circuito quando i quattro cilindri vengono alimentati contemporaneamente.
Naturalmente, la portata effettivamente richiesta dall’impianto dipende dal ciclo della macchina e dalla velocità desiderata; il valore indicato dal produttore rappresenta il limite di portata specificato per quella configurazione.
3. Un secondo cilindro può avere un limite completamente diverso
Per i cilindri CR050022C3GESN125S073, dotati di stelo-pistone integrale ammortizzato, il Vega Team indicò una portata massima molto superiore:
90 l/min per cilindro.
Con quattro cilindri, il valore complessivo corrispondente sarebbe:
4 × 90 l/min = 360 l/min
La differenza rispetto ai cilindri compatti è quindi molto significativa.
Questo dimostra perché non sia corretto dimensionare una centralina considerando solamente il diametro del cilindro o il numero di cilindri.
È necessario conoscere la portata massima ammessa dalla specifica configurazione.
4. Il ruolo fondamentale dell’ammortizzo
La parte più interessante del caso riguarda però l’ammortizzo.
Il valore di 90 l/min per i cilindri CR050022C3GESN125S073 era indicato quando l’ammortizzo veniva utilizzato.
Il Vega Team specificò infatti che:
se l’ammortizzo non viene utilizzato, oppure viene utilizzato solo parzialmente, la portata massima si riduce a 10 l/min per cilindro.
Questa è la caratteristica tecnica più importante del caso.
La differenza è enorme:
| Configurazione | Portata massima per cilindro |
|---|---|
| CR050022C3GESN125S073 con ammortizzo utilizzato | 90 l/min |
| Stesso cilindro con ammortizzo non utilizzato o parziale | 10 l/min |
Per quattro cilindri:
| Configurazione | Portata complessiva teorica |
|---|---|
| Ammortizzo utilizzato | 360 l/min |
| Ammortizzo non utilizzato/parziale | 40 l/min |
5. Perché l’ammortizzo è così importante?
L’ammortizzo ha la funzione di controllare e rallentare il pistone nella parte finale della corsa.
Quando il pistone raggiunge la zona di fine corsa, il sistema di ammortizzazione limita il passaggio dell’olio e permette di ridurre progressivamente la velocità.
In un cilindro progettato per lavorare ad alta velocità, la gestione corretta dell’olio durante questa fase è quindi fondamentale.
Nel caso specifico, la possibilità di raggiungere 90 l/min era direttamente associata all’utilizzo dell’ammortizzo.
Se l’ammortizzo viene utilizzato soltanto parzialmente, il limite indicato scende a 10 l/min.
6. Portata e velocità del cilindro sono strettamente collegate
La portata idraulica determina la velocità con cui il pistone può muoversi.
In termini semplificati:
Q = A × v
dove:
- Q è la portata;
- A è l’area idraulica efficace;
- v è la velocità del pistone.
Questo significa che, aumentando la portata, è possibile aumentare la velocità del cilindro, a parità di area efficace.
Ma il fatto che la centralina possa fornire una determinata portata non significa automaticamente che il cilindro possa riceverla.
Il cilindro ha una propria portata massima ammessa, che deve essere rispettata.
7. La centralina non è l’unico elemento da dimensionare
Quando si progetta un circuito idraulico per più cilindri, è quindi necessario considerare almeno tre elementi:
1. La portata disponibile della centralina
Quanta quantità di olio può fornire la centralina?
2. La portata richiesta dal ciclo
Quanta portata è necessaria per raggiungere la velocità desiderata?
3. La portata massima ammessa dal cilindro
Quanta portata può effettivamente ricevere il cilindro nella configurazione scelta?
Il terzo punto viene talvolta trascurato.
Questo caso dimostra invece quanto possa essere importante.
8. Quattro cilindri non significano automaticamente quattro volte la stessa portata
Quando vengono utilizzati più cilindri contemporaneamente, è necessario verificare come il circuito distribuisce l’olio.
Se quattro cilindri identici devono muoversi contemporaneamente alla stessa velocità e nelle stesse condizioni, la portata totale richiesta può essere approssimata come la somma delle portate individuali.
Nel caso analizzato:
4 cilindri × 7 l/min = 28 l/min
per i cilindri compatti.
Per i cilindri CR con ammortizzo utilizzato:
4 cilindri × 90 l/min = 360 l/min.
Questi valori evidenziano quanto la scelta del cilindro possa influenzare anche il dimensionamento della centralina e del circuito.
9. La portata massima non è necessariamente la portata che bisogna utilizzare
È importante distinguere tra:
portata massima ammessa
e
portata necessaria per ottenere la velocità desiderata.
Se un cilindro può ricevere fino a 90 l/min, non significa che debba necessariamente essere alimentato a 90 l/min.
La portata effettiva deve essere determinata in funzione di:
- corsa;
- tempo di movimento;
- area del pistone;
- area anulare sul lato stelo;
- ciclo dello stampo;
- velocità richiesta.
Il valore massimo indicato dal produttore rappresenta invece un limite da non superare nella configurazione specificata.
10. Il lato del cilindro influisce sulla portata necessaria
In un cilindro a doppio effetto, la superficie utile non è uguale nelle due direzioni.
Sul lato pistone viene utilizzata l’intera superficie del pistone.
Sul lato stelo, l’area effettiva è ridotta dalla sezione dello stelo.
Di conseguenza, a parità di portata, la velocità può essere diversa nelle due direzioni.
Questo deve essere considerato quando si calcola il tempo necessario per:
- avanzamento;
- ritorno;
- apertura;
- chiusura;
- movimentazione della piastra di estrazione.
11. Perché non bisogna ignorare l’ammortizzo
Il caso evidenzia un errore progettuale che può essere molto costoso: considerare solamente il valore massimo di portata senza verificare in quali condizioni quel valore è valido.
Nel caso dei cilindri CR analizzati:
90 l/min non era un valore valido indistintamente in ogni condizione.
Era associato all’utilizzo dell’ammortizzo.
Se l’ammortizzo non veniva utilizzato o veniva utilizzato solo parzialmente, il limite scendeva a:
10 l/min.
La differenza è di un fattore 9.
Questo è un ottimo esempio del motivo per cui le specifiche tecniche devono essere lette insieme alla configurazione del cilindro.
12. L’ammortizzo deve essere considerato già in fase di progetto
La scelta dell’ammortizzo non dovrebbe essere lasciata alla fase finale del progetto.
Deve essere valutata insieme a:
- velocità del cilindro;
- portata;
- corsa;
- massa movimentata;
- frequenza dei cicli;
- necessità di arresto controllato.
In particolare, quando il cilindro deve lavorare ad alta velocità, la gestione dell’energia cinetica alla fine della corsa diventa importante.
La configurazione del cilindro deve quindi essere coerente con il ciclo previsto.
13. Un’elevata portata richiede un circuito adeguato
Se il sistema richiede portate elevate, non è sufficiente scegliere un cilindro ad alta portata.
Anche il circuito deve essere dimensionato correttamente.
Bisogna verificare:
- diametro delle tubazioni;
- valvole;
- raccordi;
- collettori;
- lunghezza delle tubazioni;
- perdite di carico;
- capacità della centralina;
- capacità di filtrazione;
- gestione del calore generato dall’olio.
Un cilindro che può lavorare a 90 l/min deve quindi essere integrato in un circuito capace di gestire correttamente quella portata.
14. La portata influenza anche il comportamento termico
Quando grandi quantità di olio vengono movimentate rapidamente attraverso un circuito, le perdite di carico possono trasformarsi in calore.
Questo significa che un sistema ad alta portata deve essere valutato anche dal punto di vista termico.
La centralina deve essere in grado di gestire:
- portata;
- pressione;
- perdite di carico;
- temperatura dell’olio.
Il problema non è quindi semplicemente “avere abbastanza litri al minuto”.
Bisogna verificare che l’intero circuito possa funzionare correttamente nelle condizioni previste.
15. Il caso dei cilindri compatti
I cilindri compatti CM040EOEG#050 presentavano una portata massima indicata di:
7 l/min per cilindro.
Per quattro cilindri, il valore complessivo è:
28 l/min.
Questa configurazione può quindi essere valutata in funzione della velocità richiesta dal sistema e della capacità della centralina.
Il dato fondamentale è però che il limite di 7 l/min deve essere rispettato per ciascun cilindro.
16. Il caso dei cilindri CR con stelo-pistone integrale
La seconda configurazione era costituita da cilindri:
CR050022C3GESN125S073
con stelo-pistone integrale ammortizzato.
Per questi cilindri il valore indicato era:
90 l/min per cilindro, quando l’ammortizzo veniva utilizzato.
Questo rappresenta una capacità di portata molto maggiore rispetto alla configurazione compatta.
Ma, ancora una volta, il dato deve essere interpretato insieme alle condizioni di utilizzo dell’ammortizzo.
17. Una domanda tecnica corretta non è soltanto “quanta portata serve?”
Quando un Cliente chiede la portata necessaria per un cilindro, è utile chiarire almeno:
- quale modello di cilindro;
- quale alesaggio;
- quale corsa;
- quale configurazione;
- quale velocità richiesta;
- quale direzione del movimento;
- se è presente l’ammortizzo;
- se l’ammortizzo viene utilizzato completamente;
- quanti cilindri lavorano contemporaneamente.
Nel caso analizzato, la risposta tecnica dipendeva proprio dalla configurazione specifica dei due tipi di cilindro.
18. Una procedura pratica per il dimensionamento della portata
Per evitare errori, si può seguire questa procedura.
Step 1 – Identificare il cilindro
Indicare modello, alesaggio, corsa e configurazione.
Step 2 – Determinare la velocità richiesta
Definire quanto rapidamente deve essere completato il movimento.
Step 3 – Calcolare la portata necessaria
Utilizzare l’area efficace del cilindro e la velocità desiderata.
Step 4 – Verificare la portata massima del cilindro
Non superare il limite indicato dal produttore.
Step 5 – Verificare l’ammortizzo
Se il cilindro è dotato di ammortizzo, verificare le condizioni necessarie per utilizzare la portata massima prevista.
Step 6 – Moltiplicare per il numero di cilindri
Se più cilindri si muovono contemporaneamente, determinare la portata complessiva.
Step 7 – Verificare la centralina
Controllare che pompa e centralina possano fornire la portata richiesta.
Step 8 – Verificare il circuito
Controllare tubazioni, valvole, raccordi e perdite di carico.
Step 9 – Verificare la temperatura dell’olio
Considerare il calore generato dal funzionamento continuo.
19. Una lezione importante per la progettazione degli stampi
Questo caso mostra che la scelta di un cilindro idraulico non può essere fatta solamente sulla base di:
alesaggio + corsa + forza.
Per applicazioni ad alta velocità è necessario considerare anche:
portata + velocità + ammortizzo + circuito idraulico.
La configurazione del cilindro può modificare significativamente la portata massima ammessa.
Nel caso analizzato, si passa da 7 l/min per ciascun cilindro compatto a 90 l/min per ciascun cilindro CR con ammortizzo utilizzato, mentre il limite dei cilindri CR scende a 10 l/min quando l’ammortizzo non viene utilizzato o viene utilizzato parzialmente.
20. Conclusione
Quando più cilindri idraulici lavorano contemporaneamente in uno stampo, la portata dell’olio deve essere verificata con la stessa attenzione riservata a forza, pressione e corsa.
Nel caso analizzato, il Cliente richiese la quantità di olio necessaria per quattro cilindri compatti CM040EOEG#050 e quattro cilindri CR050022C3GESN125S073 con stelo-pistone integrale ammortizzato.
Il Vega Team indicò una portata massima di 7 l/min per ciascun cilindro compatto. Per quattro cilindri, questo corrisponde a una portata complessiva teorica di 28 l/min.
Per i cilindri CR con ammortizzo utilizzato, la portata massima indicata era invece di 90 l/min per cilindro, pari a 360 l/min per quattro cilindri.
Il dato più importante è però che, se l’ammortizzo non viene utilizzato o viene utilizzato soltanto parzialmente, la portata massima dei cilindri CR si riduce a 10 l/min per cilindro, cioè 40 l/min per quattro cilindri.
La lezione generale è quindi:
La portata massima di un cilindro idraulico non deve essere considerata come un valore indipendente dalla sua configurazione. In particolare, quando il cilindro è progettato per lavorare ad alta velocità, è necessario verificare se l’ammortizzo viene utilizzato nelle condizioni previste. La portata del cilindro, la velocità richiesta, il numero di cilindri e la capacità della centralina devono essere valutati insieme per dimensionare correttamente l’intero circuito idraulico.
URL utili e verificati
Ho verificato questi collegamenti direttamente sui siti ufficiali Vega.
1. Movimentazione Piastra di Estrazione
Vega Cylinders – Movimentazione Piastra di Estrazione
È il link più pertinente per collegare l’articolo alle applicazioni dei cilindri Vega negli stampi a iniezione. La pagina include il V220CC e altri cilindri destinati alla movimentazione della piastra di estrazione.
2. V220CC – Cilindro Idraulico Compatto a Corsa Lunga
La pagina prodotti ufficiale include il V220CC tra le famiglie di cilindri Vega.
3. Catalogo Cilindri Idraulici
Vega Cylinders – Cataloghi Cilindri Idraulici
Utile per collegare l’articolo alla classificazione generale dei cilindri Vega per applicazione: movimentazione carrello e spina, piastra di estrazione, svitamento e bloccaggio meccanico.
4. Cilindri Idraulici per Stampi
Vega Cylinders – Cilindri Idraulici per Stampi
È il collegamento generale più adatto per la parte conclusiva dell’articolo. La pagina spiega che Vega produce cilindri per stampi a iniezione plastica e pressofusione e che sono disponibili diverse configurazioni di fissaggio e personalizzazione.
