Nei cilindri oleodinamici utilizzati negli stampi a iniezione, uno dei problemi più critici è il movimento indesiderato dello stelo durante la fase di iniezione.
Il fenomeno può sembrare semplice: il cilindro dovrebbe mantenere il componente dello stampo nella posizione raggiunta, ma sotto l’azione della pressione di iniezione lo stelo arretra leggermente.
In realtà, quando questo accade, è necessario analizzare contemporaneamente diversi fattori:
- dimensionamento del cilindro;
- precarico;
- pressione idraulica durante l’iniezione;
- valvole di ritegno;
- collegamenti idraulici;
- deformazioni del sistema;
- comportamento del materiale plastico.
Un caso seguito dal Vega Team mostra molto bene quanto sia importante non fermarsi alla prima ipotesi.
Il problema riguardava cilindri installati su uno stampo nel quale, dopo alcuni cicli, uno dei cilindri iniziava ad arretrare leggermente. Il fenomeno diventava ancora più evidente passando dal PP all’ABS, con conseguente aumento delle bave sul pezzo stampato.
Il problema: il cilindro arretra durante la produzione
Durante le prime prove con PP, i cilindri sembravano funzionare correttamente.
Dopo alcuni cicli, tuttavia, il cilindro con corsa di 10 mm iniziava a rientrare leggermente.
Quando il materiale veniva cambiato da PP ad ABS, il problema diventava molto più evidente.
Il movimento dello stelo aveva una conseguenza diretta sulla qualità del pezzo.
L’arretramento del cilindro poteva infatti creare una piccola apertura nel sistema meccanico dello stampo, permettendo al materiale plastico di penetrare nella zona di accoppiamento e generando flash o bave.
Il Cliente aveva quindi richiesto la sostituzione delle flange dopo aver osservato il movimento dei cilindri.
Ma la sostituzione delle flange non avrebbe necessariamente risolto il problema se la causa fosse stata nel comportamento idraulico o nella regolazione del sistema.
Il primo punto da verificare: il cilindro è correttamente dimensionato?
Quando un cilindro arretra sotto la pressione di iniezione, una delle prime domande è se il cilindro sia sufficientemente dimensionato per sostenere il carico.
In questo caso, il Vega Team aveva già ricontrollato il calcolo.
La conclusione riportata nella corrispondenza era chiara: i cilindri risultavano correttamente dimensionati e, nelle condizioni previste, avrebbero dovuto bloccarsi.
Questo elemento è importante perché permette di spostare l’attenzione dalla semplice scelta del diametro del cilindro verso il comportamento dell’intero sistema.
Il problema, quindi, non poteva essere spiegato semplicemente dicendo:
“Il cilindro è troppo piccolo.”
La verifica doveva continuare.
La sostituzione delle flange non cambia il comportamento
Un altro elemento importante dell’indagine è che erano state sostituite le flange di fissaggio di tutti i cilindri.
Il risultato, però, era rimasto sostanzialmente lo stesso.
Il Vega Team lo evidenziava esplicitamente nella propria comunicazione: erano stati cambiati tutti i cilindri con le relative flange di fissaggio, ma il problema continuava a presentarsi.
Questo è un classico esempio di diagnosi tecnica in cui la sostituzione di un componente non è sufficiente.
Se il fenomeno rimane invariato dopo la sostituzione, bisogna chiedersi se quel componente fosse realmente la causa del problema.
Il ruolo del precarico
L’attenzione si è quindi concentrata anche sul precarico.
Il precarico è particolarmente importante nei cilindri autobloccanti utilizzati negli stampi a iniezione perché consente di mantenere il sistema meccanico in pressione prima dell’iniezione.
Il suo scopo non è semplicemente aumentare la forza teorica del cilindro.
Il precarico serve a compensare i piccoli giochi e le deformazioni elastiche presenti nel sistema, mantenendo il componente dello stampo correttamente appoggiato contro la superficie di riferimento.
Nel caso analizzato, il Vega Team aveva già verificato il comportamento del sistema dopo una riduzione del precarico.
Dalle verifiche effettuate con comparatore, dopo la riduzione del precarico il movimento misurato era stato di circa 0,02 mm.
Questo dato era importante perché mostrava che il comportamento del sistema poteva essere influenzato dalla regolazione meccanica del precarico.
Il precarico doveva quindi essere verificato con attenzione, non semplicemente impostato in modo arbitrario.
Il precarico deve essere verificato con una misura reale
Un aspetto interessante della procedura adottata dal Vega Team è l’utilizzo del comparatore.
Invece di limitarsi a osservare visivamente se il cilindro si muoveva, veniva richiesto di verificare nuovamente l’entità del movimento attraverso una misurazione.
Questo è un approccio molto più affidabile.
Quando si parla di movimenti dell’ordine di pochi centesimi di millimetro, infatti, la percezione visiva non è sufficiente.
È necessario misurare:
- posizione iniziale;
- posizione dopo il precarico;
- movimento durante la prova;
- eventuale arretramento durante l’iniezione.
Nel caso in esame, il Vega Team chiedeva espressamente di ripetere la verifica con il comparatore prima di procedere alla sostituzione delle flange.
La valvola di ritegno è installata correttamente?
Un altro elemento fondamentale dell’indagine riguarda la valvola di ritegno.
Il Cliente utilizzava una valvola di ritegno direttamente su ciascun cilindro.
A prima vista, questa soluzione dovrebbe impedire il ritorno dell’olio e quindi contribuire a mantenere il cilindro nella posizione raggiunta.
Ma la presenza della valvola non è sufficiente.
È necessario verificare:
- che la valvola sia del tipo corretto;
- che sia installata correttamente;
- che sia sufficientemente vicina al cilindro;
- che non vi siano condizioni che permettano un movimento indesiderato;
- che il comportamento del circuito sia compatibile con la fase di iniezione.
Il Vega Team chiese infatti esplicitamente di verificare se le valvole di ritegno fossero correttamente installate.
Una domanda fondamentale: quando viene tolta la pressione?
L’aspetto forse più interessante del caso riguarda la gestione della pressione durante l’iniezione.
Il Vega Team chiese al Cliente di verificare se la pressione idraulica venisse effettivamente interrotta prima dell’iniezione, e non contemporaneamente all’inizio dell’iniezione.
Questa distinzione è molto importante.
Se il cilindro deve mantenere un componente dello stampo in posizione mentre la pressione di iniezione agisce sullo stesso componente, la sequenza temporale tra:
pressione idraulica → raggiungimento posizione → mantenimento → iniezione
può essere determinante.
Non è quindi sufficiente sapere che il circuito dispone di una valvola di ritegno.
È necessario capire come viene gestita la pressione durante l’intero ciclo.
Un risultato apparentemente controintuitivo
Il Cliente aveva provato a fermare la pressione idraulica durante l’iniezione.
Il risultato, però, era stato addirittura peggiore.
Il Cliente riferiva infatti che lo stampo sembrava lavorare meglio mantenendo la pressione idraulica durante l’iniezione, anche utilizzando una valvola di ritegno direttamente sul cilindro.
Questo comportamento è particolarmente interessante perché dimostra quanto possa essere fuorviante una diagnosi basata esclusivamente sul componente.
Se il sistema funziona meglio mantenendo la pressione, è necessario analizzare il circuito e il comportamento meccanico del sistema nel suo complesso.
Il case non documenta una conclusione definitiva che permetta di attribuire il fenomeno esclusivamente alla valvola o esclusivamente al precarico.
Ed è proprio questo uno degli aspetti più interessanti dal punto di vista tecnico.
Perché la pressione idraulica può essere importante durante l’iniezione
In un sistema ideale, una volta raggiunta la posizione finale, il meccanismo di bloccaggio dovrebbe mantenere il componente dello stampo nella posizione richiesta.
Nella realtà, però, entrano in gioco:
- elasticità dei componenti;
- giochi;
- tolleranze;
- comprimibilità dell’olio;
- deformazione dello stampo;
- pressione di iniezione;
- regolazione del precarico.
Per questo motivo la pressione idraulica e il sistema di bloccaggio non devono essere analizzati separatamente.
La documentazione tecnica Vega sui cilindri autobloccanti evidenzia proprio il ruolo del precarico e delle condizioni idrauliche nel mantenimento della posizione durante l’iniezione. (icvega.com)
Anche il materiale plastico influenza il risultato
Un altro dato interessante del caso è la differenza di comportamento osservata tra PP e ABS.
Con il PP, il sistema aveva inizialmente funzionato senza problemi.
Dopo alcuni cicli, però, era comparso un piccolo arretramento.
Con ABS il risultato era stato molto peggiore.
Questo non significa necessariamente che l’ABS fosse la causa del problema.
Il dato indica piuttosto che il comportamento dello stampo era sensibile alle condizioni di processo e alle forze generate durante l’iniezione.
Quando cambia il materiale, possono cambiare anche le condizioni di processo necessarie per ottenere il pezzo, e di conseguenza le sollecitazioni applicate al sistema.
Per questo motivo una diagnosi corretta deve considerare anche il processo di stampaggio, non soltanto il cilindro.
Perché la dimensione della bava è un parametro utile
Il Vega Team chiese inoltre quale fosse l’entità della bava presente sui pezzi stampati, ipotizzando un valore dell’ordine di 0,1 mm.
Anche questa è una domanda tecnica importante.
La dimensione della bava può fornire un’indicazione indiretta sull’entità del movimento o della deformazione del sistema.
Non significa che la bava possa essere utilizzata direttamente per calcolare lo spostamento del cilindro, ma può essere un parametro utile per correlare:
movimento del cilindro → apertura del sistema → infiltrazione del materiale → bava sul pezzo.
In una diagnosi industriale, mettere in relazione queste grandezze può aiutare a distinguere un problema occasionale da un fenomeno sistematico.
Il problema non era semplicemente “il cilindro non blocca”
La frase “il cilindro non blocca” descrive il sintomo, ma non identifica la causa.
Nel caso analizzato, il Vega Team ha considerato diverse possibilità:
- valvole di ritegno;
- sequenza di pressione;
- precarico;
- flange;
- movimento effettivo del cilindro;
- condizioni di iniezione.
Il cilindro era stato inoltre nuovamente verificato dal punto di vista del dimensionamento e risultava corretto.
Questa distinzione è fondamentale.
Sintomo: lo stelo arretra.
Cause da verificare: comportamento idraulico, precarico, installazione, sequenza di pressione e condizioni meccaniche dello stampo.
Una procedura corretta di diagnosi
Un caso come questo dovrebbe essere affrontato attraverso una sequenza ordinata di verifiche.
1. Verificare il dimensionamento del cilindro
Calcolare la forza richiesta durante l’iniezione e verificare che il cilindro sia adeguatamente dimensionato.
2. Verificare il precarico
Controllare il precarico effettivamente applicato e non soltanto quello nominalmente previsto.
3. Misurare il movimento
Utilizzare un comparatore per determinare l’effettivo spostamento del cilindro.
4. Controllare le flange
Verificare che il fissaggio sia rigido e che non introduca movimenti indesiderati.
5. Controllare le valvole di ritegno
Verificare posizione, installazione e funzionamento della valvola.
6. Analizzare la sequenza di pressione
Verificare esattamente quando la pressione viene mantenuta, ridotta o interrotta rispetto all’inizio dell’iniezione.
7. Confrontare i materiali
Se il problema cambia significativamente passando da PP ad ABS, verificare le diverse condizioni di processo.
8. Correlare il movimento alla qualità del pezzo
Misurare il movimento del cilindro e confrontarlo con l’entità della bava.
La verifica sperimentale è più importante della semplice sostituzione
Uno degli aspetti più interessanti del caso è che il Vega Team non ha cercato immediatamente una soluzione attraverso la sostituzione indiscriminata dei componenti.
Anche quando il Cliente chiedeva nuove flange, veniva richiesto prima di ripetere la prova con il comparatore.
Questo approccio consente di separare due situazioni molto diverse:
componente realmente difettoso
oppure
componente corretto inserito in un sistema che presenta un problema di funzionamento.
La differenza è fondamentale, soprattutto quando il problema si manifesta dopo alcuni cicli e cambia in funzione del materiale.
Cosa ci insegna questo caso?
Questo caso offre alcune lezioni particolarmente utili per chi progetta e utilizza cilindri oleodinamici negli stampi a iniezione.
Il corretto dimensionamento non è sufficiente
Un cilindro correttamente dimensionato può comunque presentare un problema se le condizioni operative del sistema non sono corrette.
Il precarico deve essere misurato e verificato
Non deve essere considerato semplicemente come una quota di montaggio.
La valvola di ritegno deve essere correttamente integrata
La sola presenza della valvola non garantisce automaticamente l’assenza di movimento.
La sequenza di pressione è importante
Occorre sapere esattamente cosa succede al circuito idraulico prima e durante l’iniezione.
Il comparatore è uno strumento diagnostico prezioso
Quando si parla di movimenti molto piccoli, la misurazione è essenziale.
Il materiale plastico può modificare il comportamento del sistema
Un problema che appare limitato con un materiale può diventare molto più evidente con un altro.
Cilindri autobloccanti e applicazioni negli stampi
I cilindri autobloccanti sono progettati proprio per applicazioni nelle quali è necessario movimentare e mantenere in posizione componenti dello stampo sottoposti alla pressione di iniezione.
La serie V270CG di Vega utilizza un sistema di bloccaggio meccanico tra stelo e corpo ed è specificamente destinata ad applicazioni di movimentazione e bloccaggio di carrelli, punzoni e spine negli stampi a iniezione. (vegacylinders.com)
La documentazione Vega indica inoltre che il V270CG consente la regolazione del precarico dello stelo, una caratteristica particolarmente interessante nelle applicazioni in cui il componente dello stampo deve rimanere stabilmente in posizione durante l’iniezione. (vegacylinders.com)
Conclusione
Quando uno stelo di un cilindro idraulico arretra durante l’iniezione, la soluzione non consiste necessariamente nel sostituire il cilindro o la flangia.
Il caso analizzato mostra un approccio molto più completo.
Il cilindro era stato verificato e risultava correttamente dimensionato. Le flange erano state sostituite, ma il problema continuava. Il Cliente utilizzava valvole di ritegno direttamente sui cilindri, ma il comportamento cambiava quando la pressione idraulica veniva interrotta durante l’iniezione.
Parallelamente, le prove avevano evidenziato l’importanza del precarico e la necessità di misurare con precisione il movimento del cilindro.
La documentazione disponibile non permette di attribuire il problema a una singola causa definitiva. Proprio per questo il caso è particolarmente utile dal punto di vista ingegneristico.
La lezione principale è:
quando un cilindro sembra non mantenere la posizione durante l’iniezione, bisogna analizzare il sistema completo: cilindro, precarico, valvola di ritegno, circuito idraulico, sequenza di pressione e condizioni di stampaggio.
Solo attraverso misurazioni e prove controllate è possibile distinguere un problema del cilindro da un problema dell’integrazione del cilindro nello stampo.
Risorse tecniche Vega
Cilindri idraulici autobloccanti V270CG
La pagina ufficiale descrive il sistema di bloccaggio meccanico, le applicazioni negli stampi a iniezione e la regolazione del precarico.
V270CG – Cilindri Idraulici Compatti Autobloccanti
Cilindri idraulici con bloccaggio meccanico
Panoramica della gamma Vega dedicata alle applicazioni in cui è necessario mantenere il componente dello stampo in posizione.
Cilindri Idraulici con Bloccaggio Meccanico
Precarico nei cilindri autobloccanti
Approfondimento tecnico Vega sul ruolo del precarico nei cilindri autobloccanti utilizzati negli stampi a iniezione.
Precarico nei Cilindri Autobloccanti
Cilindri idraulici per stampi
Panoramica delle principali famiglie di cilindri Vega per stampi a iniezione e pressofusione.
Cilindri Idraulici per Stampi
Cilindri idraulici per stampi plastica e pressofusione
Gamma completa dei cilindri idraulici Vega disponibili per applicazioni industriali.
Cilindri Idraulici per Stampi Plastica e Pressofusione
