Quando più cilindri idraulici devono muovere contemporaneamente una piastra di uno stampo a iniezione, è naturale aspettarsi che cilindri identici, alimentati dallo stesso circuito, si muovano alla stessa velocità.
Nella pratica, però, questo non è sempre vero.
Un caso tecnico analizzato dal Vega Team mostra molto bene perché un movimento non sincronizzato non debba essere attribuito automaticamente ai cilindri. In questa applicazione erano presenti quattro cilindri idraulici e il problema consisteva nel fatto che non riuscivano a muoversi contemporaneamente, impedendo alla parte mobile dello stampo di funzionare correttamente.
L’analisi ha evidenziato diversi possibili motivi: circuito idraulico non perfettamente bilanciato, differenze nelle resistenze interne dei cilindri, possibili problemi di tenuta e differenze nelle lunghezze delle tubazioni.
La conclusione più importante è quindi semplice:
Quando più cilindri non si muovono insieme, bisogna analizzare l’intero sistema idraulico e meccanico, non soltanto i cilindri.
Perché cilindri identici possono muoversi a velocità diverse?
La velocità di un cilindro idraulico dipende principalmente dalla quantità di olio che arriva al cilindro e dalla superficie del pistone.
Di conseguenza, se quattro cilindri ricevono esattamente la stessa portata e sono sottoposti alle stesse condizioni meccaniche, ci si può aspettare un movimento molto simile.
Il problema è che, in un impianto reale, le condizioni non sono necessariamente identiche.
Possono esistere differenze dovute a:
- lunghezza delle tubazioni;
- diametro delle tubazioni;
- perdite di carico;
- geometria dei passaggi interni nello stampo;
- attrito delle guarnizioni;
- attrito delle guide;
- tolleranze di produzione;
- distribuzione del carico;
- eventuali perdite interne del cilindro.
La documentazione tecnica Vega evidenzia proprio questo principio: anche cilindri apparentemente identici possono presentare differenze di movimento quando il circuito idraulico non distribuisce la portata in modo uniforme.
Un caso reale: quattro cilindri che non si muovevano contemporaneamente
Il caso analizzato riguardava uno stampo di dimensioni circa 1020 × 900 × 1850 mm, equipaggiato con quattro cilindri idraulici.
Il Cliente segnalava che i cilindri non riuscivano a muoversi contemporaneamente e che, di conseguenza, lo stampo non poteva eseguire correttamente il movimento richiesto.
Il problema era quindi più complesso di una semplice scelta del cilindro.
Il Cliente aveva infatti chiesto al Vega Team di individuare una soluzione che permettesse ai quattro cilindri di muoversi in modo equilibrato.
La prima domanda: il circuito idraulico è realmente bilanciato?
Questa è probabilmente la verifica più importante.
Il fatto che quattro cilindri siano collegati allo stesso sistema idraulico non significa necessariamente che ricevano la stessa portata.
Nel caso analizzato, il Vega Team aveva osservato che una parte del circuito passava all’interno della piastra dello stampo e che non era possibile vedere chiaramente tutti i collegamenti di ingresso e uscita dell’olio.
Questo elemento era importante perché un passaggio interno può introdurre differenze di:
- lunghezza;
- diametro;
- resistenza al flusso;
- perdita di pressione.
Di conseguenza, due cilindri collegati apparentemente allo stesso circuito possono ricevere condizioni idrauliche differenti.
La lunghezza dei tubi può influenzare la sincronizzazione
Nel caso specifico, il Vega Team suggerì di utilizzare tubi della stessa lunghezza tra i cilindri e il distributore di flusso installato sulla macchina.
Il motivo è semplice.
Se un cilindro è collegato attraverso un tubo più lungo e un altro attraverso un tubo più corto, le perdite di carico possono essere differenti.
Questo può influenzare la quantità di olio che raggiunge ciascun cilindro e quindi la loro velocità.
Per questo, quando più cilindri devono muovere una stessa piastra, è buona pratica progettare il circuito in modo il più possibile simmetrico.
Non basta avere tubi della stessa lunghezza
È importante però non semplificare eccessivamente il problema.
Anche con tubazioni della stessa lunghezza, il circuito può rimanere sbilanciato.
Il Vega Team aveva infatti identificato anche un’altra possibilità: anche quando il circuito idraulico appare bilanciato, cilindri apparentemente identici possono avere differenze di comportamento dovute alle tolleranze di produzione.
In particolare, venivano indicati come possibili fattori le tolleranze delle sedi delle guarnizioni e delle guide.
Questo significa che due cilindri costruiti secondo lo stesso disegno non sono necessariamente identici dal punto di vista della resistenza al movimento.
Guarnizioni e guide possono influenzare la velocità
Un cilindro deve superare diverse resistenze interne prima che il pistone possa muoversi.
Tra queste rientrano:
- attrito delle guarnizioni;
- attrito degli elementi di guida;
- interferenze dimensionali;
- condizioni delle superfici;
- viscosità dell’olio.
Se la resistenza interna di un cilindro è leggermente superiore a quella degli altri, quel cilindro potrebbe iniziare a muoversi più lentamente.
Questo può essere particolarmente evidente quando quattro cilindri devono muovere insieme una struttura rigida.
Il problema non deve quindi essere necessariamente ricondotto a un difetto del cilindro.
Può essere il risultato della combinazione tra tolleranze del cilindro e distribuzione della portata.
Un cilindro con una guarnizione danneggiata può creare uno squilibrio
Nel caso analizzato, il Vega Team considerò anche la possibilità che uno dei cilindri avesse una guarnizione del pistone danneggiata.
Una perdita interna potrebbe provocare una riduzione della pressione effettivamente disponibile per il movimento di quel cilindro.
Questo è un punto molto importante nella diagnosi.
Se tre cilindri funzionano correttamente e uno rimane indietro, non è sufficiente guardare soltanto il circuito esterno.
Bisogna anche verificare se il cilindro più lento presenta:
- perdita interna;
- guarnizione danneggiata;
- maggiore attrito;
- problema di guida;
- resistenza meccanica anomala.
Anche il circuito meccanico deve essere controllato
La sincronizzazione non è esclusivamente un problema idraulico.
I cilindri possono essere perfettamente funzionanti e ricevere una portata simile, ma incontrare carichi meccanici differenti.
Per esempio:
- una guida può avere più attrito;
- una piastra può essere leggermente disallineata;
- un componente può esercitare una forza laterale;
- una struttura può deformarsi;
- una boccola può avere una resistenza superiore alle altre.
In queste condizioni, un cilindro potrebbe rallentare mentre gli altri continuano a muoversi.
La documentazione tecnica Vega sottolinea infatti che la sincronizzazione deve essere valutata insieme al circuito idraulico e alla struttura meccanica dello stampo.
La prima soluzione: rendere il circuito il più simmetrico possibile
Prima di introdurre componenti aggiuntivi, è opportuno verificare che il circuito sia progettato correttamente.
Nel caso analizzato, il Vega Team suggerì in particolare:
- utilizzare tubazioni della stessa lunghezza;
- verificare il circuito idraulico;
- effettuare lo spurgo dell’aria;
- verificare il risultato prima di sostituire necessariamente i cilindri.
Questa è una strategia importante perché permette di risolvere il problema alla radice senza sostituire componenti che potrebbero essere perfettamente funzionanti.
L’aria nel circuito può peggiorare il comportamento
Il Vega Team ricordava inoltre la necessità di effettuare lo spurgo dell’aria presente nel circuito idraulico prima di mettere in movimento i cilindri.
La presenza di aria può rendere il comportamento del sistema meno prevedibile e può contribuire a movimenti irregolari.
Per questo, quando un sistema idraulico viene installato o modificato, lo spurgo deve essere considerato parte della procedura di messa in servizio.
Utilizzare un regolatore di portata per ogni cilindro
Una delle soluzioni considerate dal Vega Team era l’utilizzo di regolatori di portata individuali per ciascun cilindro.
In teoria questa soluzione permette di regolare separatamente la velocità di ogni cilindro.
È però necessario considerare un limite importante.
Il Vega Team evidenziava che ottenere un movimento perfettamente bilanciato attraverso quattro regolatori individuali non è semplice.
La regolazione deve infatti essere effettuata tenendo conto delle condizioni reali di funzionamento.
Perché quattro regolatori possono essere difficili da regolare
Immaginiamo quattro cilindri:
Cilindro 1
Cilindro 2
Cilindro 3
Cilindro 4
Se ciascuno ha un regolatore di portata indipendente, bisogna regolare quattro circuiti.
Una modifica alla portata di un cilindro può modificare la distribuzione del carico sulla piastra e quindi influenzare il comportamento degli altri cilindri.
Per questo la regolazione manuale può diventare complessa, soprattutto quando:
- il carico cambia;
- la temperatura dell’olio cambia;
- l’attrito cambia;
- lo stampo lavora a velocità differenti;
- il numero di cicli è molto elevato.
Il flow divider: una soluzione più strutturata
Quando più cilindri devono muoversi insieme, una soluzione più controllata può essere l’utilizzo di un flow divider, cioè un divisore di portata.
Il principio è quello di distribuire la portata idraulica tra più uscite in modo controllato.
La documentazione tecnica Vega spiega che i flow divider sono particolarmente interessanti quando due o più cilindri devono rimanere sincronizzati durante il movimento.
Il flow divider non deve però essere considerato una soluzione universale.
Deve essere dimensionato in funzione dei parametri reali dell’impianto.
Prima di scegliere un flow divider servono i dati del circuito
Un punto molto importante della documentazione Vega recente è che non è possibile scegliere correttamente un flow divider conoscendo soltanto il numero di cilindri.
Sono necessari almeno:
- pressione di esercizio;
- portata della pompa;
- numero di cilindri;
- diametro dei cilindri;
- corsa;
- tempo richiesto per il movimento.
Solo con questi dati è possibile determinare correttamente la portata necessaria e quindi valutare il divisore più appropriato.
Questo principio è perfettamente coerente con il caso storico analizzato.
Divisore di portata e valvole di rifasamento
Nel caso documentato, il Vega Team indicava come soluzione più sofisticata un flow divider con valvole di rifasamento, capace di dividere la quantità di olio tra i cilindri indipendentemente dalla lunghezza delle tubazioni.
Il concetto di rifasamento è particolarmente interessante nelle applicazioni che devono ripetere lo stesso movimento per migliaia o milioni di cicli.
La documentazione tecnica Vega attuale spiega infatti che alcuni divisori possono integrare sistemi di correzione della fase per compensare piccoli errori di sincronizzazione accumulati durante il funzionamento.
Sostituire i cilindri non sempre risolve il problema
Nel caso analizzato, il Vega Team era molto prudente sull’ipotesi di risolvere il problema semplicemente sostituendo i cilindri.
La comunicazione tecnica affermava chiaramente che non era certo che la sostituzione dei cilindri attuali con altri cilindri, Vega o di altra marca, avrebbe risolto il problema, perché la causa poteva trovarsi nel circuito idraulico.
Questo è probabilmente l’insegnamento più importante dell’intero caso.
Se il problema è nella distribuzione dell’olio, sostituire quattro cilindri con quattro cilindri nuovi potrebbe non cambiare il comportamento del sistema.
Un caso ancora più evidente: il problema rimaneva anche usando solo due cilindri
Nella fase iniziale della diagnosi, il Cliente aveva anche provato a utilizzare solamente due cilindri.
Il problema, tuttavia, continuava a manifestarsi.
Questo dato è particolarmente interessante perché riduce la probabilità che il problema dipenda esclusivamente dal numero di cilindri.
Se anche due cilindri presentano un comportamento anomalo, bisogna concentrarsi maggiormente su:
- circuito;
- distribuzione della portata;
- tubazioni;
- meccanica dello stampo;
- singoli cilindri.
Perché il cambio di cilindro non era sufficiente
Nel caso, il Cliente aveva già cambiato il cilindro utilizzato in precedenza con un altro modello, ma continuava a riscontrare problemi anche sulle guarnizioni. Era quindi stato richiesto al Vega Team di verificare anche il blocco di connessione.
Il documento non fornisce una conclusione definitiva che attribuisca il problema al connection block.
È quindi importante non trasformare questa ipotesi in una certezza.
Il punto tecnico corretto è che il blocco di connessione e il circuito idraulico dovevano essere verificati, insieme alle altre possibili cause.
Una procedura pratica per diagnosticare cilindri non sincronizzati
Quando due, quattro o più cilindri devono muoversi contemporaneamente, è possibile seguire una sequenza diagnostica strutturata.
1. Verificare il movimento
Identificare:
- quale cilindro parte prima;
- quale rimane indietro;
- se il problema si verifica in apertura, chiusura o entrambe;
- se il comportamento è sempre uguale.
2. Verificare il circuito
Controllare:
- percorso dei tubi;
- lunghezze;
- diametri;
- raccordi;
- distributori;
- passaggi interni nello stampo.
3. Rendere il circuito il più simmetrico possibile
Quando possibile, utilizzare tubazioni di uguale lunghezza tra distributore e cilindri, come suggerito nel caso analizzato.
4. Effettuare lo spurgo
Eliminare l’aria dal circuito prima delle prove.
5. Controllare la meccanica
Verificare:
- guide;
- boccole;
- allineamento;
- attriti;
- carichi laterali;
- eventuali deformazioni.
6. Verificare i cilindri individualmente
Se un cilindro si comporta diversamente dagli altri, verificare:
- guarnizioni;
- perdite interne;
- attrito;
- condizioni del pistone e della guida.
7. Valutare regolatori individuali
Possono essere utilizzati per regolare la velocità dei singoli cilindri, ma la regolazione di più cilindri può essere complessa.
8. Valutare un flow divider
Quando la sincronizzazione è critica, un divisore di portata può offrire una distribuzione più controllata dell’olio.
La sincronizzazione non significa necessariamente “velocità perfettamente identica”
È utile anche cambiare prospettiva.
In un sistema reale, parlare di sincronizzazione assoluta può essere fuorviante.
L’obiettivo ingegneristico dovrebbe essere definire una tolleranza di sincronizzazione accettabile.
Per esempio:
- 0,5 mm di differenza potrebbe essere irrilevante in un’applicazione;
- 0,5 mm potrebbe invece essere inaccettabile in un’altra.
Dipende dal movimento della piastra, dalle guide, dal carico e dalla precisione richiesta dallo stampo.
La documentazione Vega sui flow divider evidenzia proprio che la sincronizzazione deve essere valutata considerando le tolleranze reali del sistema e le condizioni operative.
La sincronizzazione è un problema idraulico e meccanico
Un errore frequente consiste nel considerare la sincronizzazione esclusivamente come un problema di portata.
In realtà:
Circuito idraulico
Cilindri
Guide
Struttura dello stampo
Distribuzione del carico
determinano insieme il comportamento della piastra.
Per questo la progettazione dei cilindri non può essere separata dalla progettazione del sistema nel quale verranno installati.
Conclusione
Quando più cilindri idraulici devono muovere contemporaneamente una piastra di uno stampo a iniezione, non è sufficiente scegliere cilindri con lo stesso diametro e la stessa corsa.
Il caso analizzato dal Vega Team dimostra che un movimento non sincronizzato può dipendere da molteplici fattori.
Tra le cause da verificare troviamo:
- circuito idraulico non bilanciato;
- differenze nelle lunghezze delle tubazioni;
- differenze nei passaggi idraulici interni allo stampo;
- tolleranze delle guarnizioni e delle guide;
- eventuali guarnizioni del pistone danneggiate;
- aria nel circuito;
- attriti o disallineamenti meccanici.
Nel caso specifico, il Vega Team suggerì di rendere il circuito il più possibile simmetrico, utilizzare tubazioni della stessa lunghezza ed effettuare lo spurgo prima di procedere con ulteriori prove.
Quando queste soluzioni non sono sufficienti, si può valutare l’impiego di regolatori di portata individuali oppure, per applicazioni che richiedono una sincronizzazione più controllata, un flow divider, eventualmente dotato di sistema di rifasamento.
La lezione fondamentale è quindi:
Se quattro cilindri non si muovono insieme, non significa necessariamente che i quattro cilindri siano il problema. Prima di sostituirli, bisogna verificare come l’intero sistema idraulico e meccanico distribuisce il flusso, il carico e il movimento.
URL utili e verificati
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