Come calcolare correttamente la portata richiesta quando più cilindri idraulici lavorano contemporaneamente
Quando si progettano stampi a iniezione dotati di più cilindri idraulici, uno degli aspetti che viene spesso sottovalutato è la portata dell’olio necessaria per alimentare correttamente tutti i cilindri.
Non è sufficiente conoscere la portata massima di un singolo cilindro.
Se più cilindri vengono alimentati contemporaneamente, la portata richiesta dalla centralina deve essere valutata considerando il numero di cilindri, la portata individuale e le condizioni effettive di utilizzo dell’ammortizzo.
Un caso tecnico Vega mostra molto bene questa differenza.
Il Cliente aveva richiesto informazioni sulla quantità di olio necessaria per:
- 4 cilindri compatti CM040EOEG#050;
- 4 cilindri CR050022C3GESN125S073, dotati di stelo integrale ammortizzato.
La risposta tecnica evidenziò una differenza molto significativa tra le due configurazioni.
1. La portata è un parametro fondamentale
La portata idraulica determina la velocità con cui il cilindro può effettuare il proprio movimento.
In termini semplificati:
maggiore portata → maggiore velocità del cilindro
Naturalmente, la velocità effettiva dipende anche dalla cilindrata del cilindro e dall’area utile del pistone.
Quando si utilizzano più cilindri contemporaneamente, la portata richiesta dall’impianto aumenta.
Per questo motivo, la domanda:
“Quanta portata richiede questo cilindro?”
deve essere distinta dalla domanda:
“Quanta portata deve fornire la centralina per alimentare tutti i cilindri contemporaneamente?”
Sono due informazioni differenti.
2. Il primo caso: quattro cilindri compatti CM040
Per i cilindri compatti CM040EOEG#050, il valore indicato dal Vega Team era:
7 l/min per cilindro.
Il Cliente aveva richiesto informazioni per 4 cilindri.
Se tutti e quattro i cilindri devono ricevere contemporaneamente la portata massima indicata, il fabbisogno teorico complessivo diventa:
4 × 7 l/min = 28 l/min
Quindi:
Portata complessiva teorica: 28 l/min
Questo è il valore che deve essere considerato quando i quattro cilindri lavorano contemporaneamente alla portata massima indicata.
3. Il secondo caso: cilindri con stelo integrale ammortizzato
La seconda configurazione era costituita da 4 cilindri CR050022C3GESN125S073 con stelo integrale ammortizzato.
Per questi cilindri il valore indicato era molto più elevato:
90 l/min per cilindro.
Con quattro cilindri:
4 × 90 l/min = 360 l/min
Pertanto, se tutti e quattro i cilindri devono lavorare contemporaneamente nelle condizioni che consentono la portata massima indicata, la portata complessiva teorica è:
360 l/min
La differenza rispetto ai 28 l/min del primo gruppo è enorme.
Questo dimostra perché la configurazione del cilindro può avere un impatto significativo sul dimensionamento dell’impianto idraulico.
4. Il ruolo dell’ammortizzo
La parte più interessante del caso riguarda però l’ammortizzo.
Il valore di 90 l/min per cilindro non deve essere interpretato come una portata sempre disponibile indipendentemente dalle condizioni di utilizzo.
Il Vega Team specificò infatti che, qualora l’ammortizzo non fosse utilizzato oppure fosse utilizzato solo parzialmente, la portata massima si sarebbe ridotta a:
10 l/min per cilindro.
Questo significa che la stessa configurazione può presentare condizioni di portata molto diverse a seconda di come viene utilizzato il sistema di ammortizzazione.
5. Quattro cilindri con ammortizzo non utilizzato
Se i quattro cilindri CR050 vengono utilizzati senza ammortizzo, oppure con ammortizzo utilizzato solo parzialmente, il valore indicato è:
10 l/min per cilindro.
Per quattro cilindri:
4 × 10 l/min = 40 l/min
Quindi il fabbisogno teorico complessivo diventa:
40 l/min
La differenza rispetto alla condizione da 90 l/min per cilindro è quindi:
360 l/min → 40 l/min
Questo è un esempio estremamente chiaro di come il comportamento dell’ammortizzo possa influenzare il dimensionamento della portata dell’impianto.
6. Tre valori da non confondere
Nel caso analizzato possiamo quindi distinguere tre situazioni:
| Configurazione | Portata per cilindro | 4 cilindri |
|---|---|---|
| CM040EOEG#050 | 7 l/min | 28 l/min |
| CR050 con ammortizzo utilizzato | 90 l/min | 360 l/min |
| CR050 con ammortizzo non utilizzato/parzialmente utilizzato | 10 l/min | 40 l/min |
I valori sopra riportati derivano dalla comunicazione tecnica Vega relativa a questa applicazione.
La tabella mostra immediatamente quanto possa essere importante conoscere come il cilindro viene realmente utilizzato prima di dimensionare la centralina.
7. Portata del cilindro e portata della centralina non sono la stessa cosa
Questo è uno degli aspetti più importanti.
La portata indicata per un cilindro è un dato relativo al singolo cilindro.
La centralina, invece, deve essere dimensionata in funzione del numero di cilindri che possono richiedere olio nello stesso momento.
Se quattro cilindri richiedono contemporaneamente 7 l/min:
portata richiesta = 28 l/min
Se quattro cilindri richiedono contemporaneamente 90 l/min:
portata richiesta = 360 l/min
Pertanto, il dimensionamento dell’impianto deve partire dal massimo fabbisogno simultaneo previsto dal ciclo.
8. Non sempre tutti i cilindri lavorano contemporaneamente
Naturalmente, il semplice calcolo della somma delle portate non significa automaticamente che la centralina debba sempre funzionare a quella portata.
È necessario conoscere il ciclo della macchina.
Per esempio, se quattro cilindri sono presenti nello stampo ma:
- due lavorano contemporaneamente;
- gli altri due lavorano successivamente;
la portata simultanea richiesta sarà differente.
La domanda corretta è quindi:
Quanti cilindri possono richiedere contemporaneamente la massima portata?
Questo dato è fondamentale per il dimensionamento dell’impianto.
9. La velocità del cilindro deve essere considerata insieme alla portata
La portata non è un valore isolato.
È direttamente collegata alla velocità del movimento.
Un progettista che richiede una determinata velocità del cilindro deve verificare che la centralina possa fornire la portata necessaria.
Allo stesso tempo, il cilindro deve essere in grado di gestire la portata richiesta senza superare i limiti previsti per quella configurazione.
Nel caso analizzato, la differenza tra 7 l/min, 10 l/min e 90 l/min mostra quanto possa cambiare il comportamento dell’impianto a seconda della configurazione.
10. Perché una portata elevata può essere necessaria?
Una portata elevata può essere richiesta quando si desidera ottenere:
- velocità elevate;
- tempi ciclo ridotti;
- movimenti rapidi della piastra di estrazione;
- rapidi movimenti di carrelli o altri componenti dello stampo.
Tuttavia, una portata elevata non deve essere considerata automaticamente un vantaggio.
Il circuito idraulico deve essere progettato per gestire correttamente:
- portata;
- pressione;
- tubazioni;
- valvole;
- raccordi;
- centralina;
- scambiatori o sistemi di raffreddamento, quando necessari.
11. Portata e pressione sono due parametri diversi
È importante non confondere:
pressione
con
portata.
La pressione è collegata alla capacità del sistema di generare forza.
La portata è collegata principalmente alla velocità del movimento.
In termini molto semplificati:
pressione → forza
portata → velocità
Nella realtà, i due parametri interagiscono all’interno dell’impianto e devono essere considerati insieme.
12. Perché il dato dell’ammortizzo è così importante?
Nel caso analizzato, l’ammortizzo cambia radicalmente la portata massima indicata per il secondo cilindro.
Con l’ammortizzo utilizzato:
90 l/min per cilindro
Con ammortizzo non utilizzato o utilizzato parzialmente:
10 l/min per cilindro.
Il progettista non dovrebbe quindi limitarsi a chiedere:
“Qual è la portata massima del cilindro?”
Dovrebbe anche chiedere:
“In quali condizioni operative è disponibile questa portata?”
Questa seconda domanda può essere molto più importante per il dimensionamento dell’impianto.
13. Il numero di cilindri modifica completamente il problema
Un singolo cilindro con una portata elevata può essere facilmente gestibile da una determinata centralina.
Lo stesso cilindro moltiplicato per quattro può invece richiedere una portata complessiva molto superiore.
Nel caso analizzato:
90 l/min × 4 = 360 l/min
Questo valore può modificare significativamente il dimensionamento dell’impianto.
Per questo motivo, quando un Cliente comunica il numero di cilindri necessari, è importante considerare sempre il fabbisogno simultaneo e non soltanto il valore per singolo cilindro.
14. Il ciclo dello stampo deve essere analizzato
Per dimensionare correttamente la centralina, è utile conoscere la sequenza del ciclo.
Per esempio:
- chiusura stampo;
- iniezione;
- mantenimento pressione;
- apertura;
- movimentazione carrello;
- estrazione;
- ritorno dei cilindri;
- nuovo ciclo.
La domanda fondamentale è:
in quale fase i cilindri richiedono la massima portata?
Se la massima portata viene richiesta soltanto in una fase specifica, il progettista può dimensionare il circuito sulla base di quella condizione.
15. Una richiesta corretta al produttore
Quando si richiede al produttore un’indicazione sulla portata, è utile fornire:
- modello del cilindro;
- alesaggio;
- corsa;
- velocità desiderata;
- pressione di esercizio;
- numero di cilindri;
- simultaneità dei movimenti;
- utilizzo dell’ammortizzo;
- durata del ciclo.
Nel caso documentato, il Cliente specificò che erano necessari quattro cilindri compatti e quattro cilindri modificati con stelo-pistone integrale e chiese quale quantità di olio fosse necessaria.
Questa è esattamente la tipologia di informazione che permette al produttore di fornire una risposta utile.
16. Esempio di dimensionamento preliminare
Supponiamo di avere quattro cilindri.
Caso A – CM040
Portata massima:
7 l/min per cilindro
Quattro cilindri:
28 l/min
Caso B – CR050 con ammortizzo
Portata indicata:
90 l/min per cilindro
Quattro cilindri:
360 l/min
Caso C – CR050 senza ammortizzo o con utilizzo parziale
Portata indicata:
10 l/min per cilindro
Quattro cilindri:
40 l/min
Questi tre risultati sono molto diversi tra loro.
Per questo motivo, non è corretto dimensionare una centralina senza conoscere la configurazione effettiva e il ciclo di funzionamento.
17. La centralina non deve essere dimensionata soltanto sulla base del numero di cilindri
Dire:
“Abbiamo otto cilindri, quindi ci serve una centralina molto grande”
non è sufficiente.
Bisogna conoscere:
portata per cilindro × numero di cilindri simultanei
e verificare le condizioni operative.
Per esempio, otto cilindri che lavorano alternativamente possono richiedere una portata molto diversa rispetto a otto cilindri che si muovono contemporaneamente alla massima velocità.
18. Anche le tubazioni devono essere considerate
Una portata elevata non riguarda soltanto la pompa.
Quando aumenta la portata, devono essere verificate anche:
- diametro delle tubazioni;
- lunghezza delle tubazioni;
- raccordi;
- valvole;
- passaggi interni;
- perdite di carico.
Un cilindro può essere tecnicamente in grado di ricevere una determinata portata, ma il circuito completo deve essere progettato per trasferire quella portata in modo appropriato.
19. Il ruolo dell’ammortizzo nel progetto
L’ammortizzo ha una funzione specifica nel controllo del movimento del cilindro.
Quando il pistone si avvicina alla fine della corsa, l’ammortizzazione può modificare il comportamento del flusso e contribuire a controllare la velocità nella parte finale del movimento.
Nel caso documentato, proprio il modo in cui l’ammortizzo viene utilizzato modifica il valore di portata massima indicato dal Vega Team.
Questo significa che l’ammortizzo non deve essere considerato soltanto come un accessorio del cilindro, ma come un elemento che può influenzare il comportamento idraulico dell’applicazione.
20. Una procedura pratica per dimensionare la portata
Per una nuova applicazione, il Vega Team può utilizzare una procedura semplice.
Step 1 – Identificare il cilindro
Definire modello, alesaggio e corsa.
Step 2 – Definire la velocità
Stabilire quanto rapidamente deve essere completato il movimento.
Step 3 – Determinare la portata del singolo cilindro
Utilizzare il valore appropriato alla configurazione specifica.
Step 4 – Verificare l’ammortizzo
Stabilire se viene utilizzato completamente, parzialmente o non utilizzato.
Step 5 – Determinare il numero di cilindri simultanei
Non è sufficiente conoscere il numero totale di cilindri installati.
Step 6 – Calcolare la portata simultanea
Moltiplicare la portata richiesta da ciascun cilindro per il numero di cilindri che possono lavorare contemporaneamente.
Step 7 – Verificare il circuito
Controllare pompa, valvole, tubazioni e raccordi.
Step 8 – Verificare il ciclo
Assicurarsi che il dimensionamento sia coerente con la reale sequenza dello stampo.
21. Una lezione importante per il progettista dello stampo
Il caso dimostra che una semplice domanda come:
“Quanta quantità di olio serve?”
può avere risposte molto diverse.
Per quattro cilindri compatti CM040, il valore indicato porta a 28 l/min complessivi.
Per quattro CR050 con ammortizzo utilizzato, il valore indicato arriva a 360 l/min complessivi.
Con ammortizzo non utilizzato o utilizzato parzialmente, il valore indicato scende invece a 40 l/min complessivi.
Il valore corretto dipende quindi dalla configurazione del cilindro e dalle condizioni operative.
22. Conclusione
Il dimensionamento della portata idraulica è un aspetto fondamentale quando più cilindri vengono installati nello stesso stampo.
Nel caso analizzato, il Cliente richiese la quantità di olio necessaria per quattro cilindri compatti CM040EOEG#050 e quattro cilindri CR050022C3GESN125S073 con stelo integrale ammortizzato.
Il Vega Team indicò per i CM040 una portata massima di 7 l/min per cilindro, corrispondente a 28 l/min per quattro cilindri se utilizzati contemporaneamente alla portata massima.
Per i CR050 con stelo integrale ammortizzato, venne invece indicata una portata di 90 l/min per cilindro. Per quattro cilindri, questo equivale teoricamente a 360 l/min.
Lo stesso documento specifica però che, qualora l’ammortizzo non fosse utilizzato oppure fosse utilizzato solo parzialmente, la portata massima si sarebbe ridotta a 10 l/min per cilindro, pari a 40 l/min per quattro cilindri.
La lezione principale è quindi:
La portata di un cilindro idraulico deve essere valutata in funzione della sua configurazione e delle reali condizioni di utilizzo. Quando più cilindri lavorano contemporaneamente, la portata richiesta dall’impianto deve essere calcolata considerando il numero di cilindri simultanei, la portata del singolo cilindro e l’eventuale utilizzo dell’ammortizzo.
Non è quindi sufficiente conoscere la portata nominale di un singolo cilindro: per dimensionare correttamente la centralina è necessario analizzare l’intero ciclo dello stampo e il massimo fabbisogno simultaneo di olio.
URL utili e verificati
Per questo articolo sceglierei collegamenti interni molto pertinenti e tutti sul sito ufficiale Vega.
1. Movimentazione Piastra di Estrazione
Vega Cylinders – Movimentazione Piastra di Estrazione
È il link più pertinente per collegare il tema della portata alle applicazioni degli stampi. La pagina include il V220CC e altre famiglie di cilindri utilizzate per la movimentazione della piastra di estrazione.
2. Cilindri Idraulici per Stampi
Vega Cylinders – Cilindri Idraulici per Stampi
È la pagina generale delle applicazioni Vega e permette di collegare l’articolo alle categorie di cilindri per stampi, tra cui movimentazione della piastra di estrazione e movimentazione carrello e spina.
3. Cataloghi Cilindri Idraulici
Vega Cylinders – Cataloghi Cilindri Idraulici
Utile come riferimento generale per il lettore che vuole confrontare le diverse famiglie di cilindri e le relative applicazioni.
4. Cilindri Idraulici – Prodotti
Questa pagina raccoglie le principali famiglie di cilindri Vega, compreso il V220CC, e permette di proseguire verso le relative configurazioni.
