Un caso Cliente: richiesta di una cremagliera da 1.100 mm, deformazione e soluzione personalizzata

Nei sistemi di svitamento per stampi a iniezione, il cilindro idraulico non lavora da solo. La sua corsa lineare viene trasformata in movimento rotatorio attraverso una cremagliera e un pignone, che permettono di ruotare il componente filettato dello stampo.

Questo significa che, quando aumenta la corsa richiesta, non è sufficiente verificare soltanto il cilindro.

Bisogna verificare anche lunghezza, rigidità, guida e stabilità della cremagliera.

Un caso reale seguito dal Vega Team mostra molto bene questo problema.

Il Cliente aveva modificato la richiesta iniziale e aveva chiesto un cilindro V210CS con una cremagliera lunga 1.100 mm, oltre a due sensori magnetici MSU4.

La richiesta era tecnicamente interessante, ma la lunghezza della cremagliera introduceva un problema importante: secondo il Vega Team, a 1.100 mm le deformazioni lungo la lunghezza avrebbero potuto essere significative. Per questo motivo, Vega non poteva fornire direttamente una cremagliera di quella lunghezza.

La soluzione proposta non fu però quella di abbandonare il progetto.

Il Vega Team propose di fornire il cilindro completo di guida, lasciando al Cliente la realizzazione della cremagliera da 1.100 mm.

È un esempio interessante di come una personalizzazione tecnica debba tenere conto non soltanto delle prestazioni del cilindro, ma anche dei limiti meccanici del sistema di trasmissione.

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1. Il problema del Cliente

La richiesta originale riguardava un cilindro idraulico V210CS per un sistema di svitamento.

Nella prima richiesta era stata indicata una configurazione con:

• alesaggio 50 mm;
• configurazione 2.5;
• corsa 650 mm;
• configurazione specifica;
• sensore MSU4.

Successivamente il Cliente modificò il codice richiesto.

La nuova richiesta prevedeva:

V210CS 50 2.5 1100 A O E M 400 + 2 × MSU4

con una domanda molto precisa:

è possibile realizzare una cremagliera lunga 1.100 mm?

È proprio questa modifica a trasformare una normale richiesta di cilindro in un problema di progettazione meccanica.

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2. Come funziona il sistema di svitamento

Il V210CS è progettato specificamente per applicazioni in cui lo stampo deve eseguire un movimento di svitamento. La versione standard utilizza un cilindro compatto V220CC con una o due cremagliere montate lateralmente.

Il principio di funzionamento è relativamente semplice:

pressione idraulica

↓

movimento lineare del pistone

↓

movimento della cremagliera

↓

rotazione del pignone

↓

rotazione del componente filettato

Il sistema consente quindi di trasformare il movimento lineare del cilindro in un movimento rotatorio.

Questo rende il V210CS particolarmente adatto agli stampi nei quali è necessario svitare direttamente un filetto presente sul pezzo stampato.

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3. Perché la cremagliera è un componente critico

A prima vista potrebbe sembrare sufficiente aumentare la corsa del cilindro e, di conseguenza, aumentare la lunghezza della cremagliera.

Ma la cremagliera è un componente meccanico che deve mantenere una geometria precisa durante il movimento.

Deve rimanere correttamente:

• guidata;
• allineata;
• ingranata con il pignone;
• sufficientemente rigida;
• stabile lungo tutta la corsa.

Quando la lunghezza aumenta, anche la deformazione diventa un parametro importante.

Nel caso Cliente, il Vega Team ha evidenziato proprio questo problema. Una cremagliera da 1.100 mm avrebbe potuto presentare deformazioni significative lungo la sua lunghezza.

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4. Il limite indicato da Vega: 950 mm

Il Vega Team ha indicato come lunghezza massima fornibile della cremagliera:

950 mm.

Ma anche questo valore veniva considerato già impegnativo.

La comunicazione tecnica specifica infatti che anche con una cremagliera da 950 mm si verificavano spesso problemi.

Questo è un punto molto importante.

I 950 mm non devono essere interpretati come una lunghezza ideale per qualsiasi applicazione, ma come il limite massimo indicato da Vega per la fornitura della cremagliera.

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5. Da 650 a 1.100 mm: un aumento significativo

La richiesta iniziale prevedeva una corsa di:

650 mm

La nuova richiesta arrivò a:

1.100 mm.

La differenza è:

450 mm

pari a circa:

69% di aumento della lunghezza.

Non si tratta quindi di una piccola modifica.

Una variazione di questo tipo può cambiare completamente il comportamento meccanico della cremagliera.

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6. Perché la deformazione diventa importante

Una cremagliera lunga può essere considerata, dal punto di vista meccanico, come un elemento che deve mantenere una determinata geometria sotto carico.

La deformazione dipende da diversi fattori, tra cui:

• lunghezza;
• sezione;
• materiale;
• modalità di supporto;
• carichi applicati;
• posizione dei punti di guida;
• geometria del sistema;
• velocità e accelerazione.

Non è quindi sufficiente chiedersi se il materiale sia abbastanza resistente.

Bisogna chiedersi anche:

La cremagliera rimarrà sufficientemente rigida e stabile per mantenere il corretto ingranamento con il pignone?

Nel caso Cliente, questa era precisamente la preoccupazione tecnica del Vega Team.

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7. Resistenza e rigidità non sono la stessa cosa

È importante distinguere due concetti.

Resistenza

Indica la capacità del componente di sopportare un carico senza rompersi o raggiungere condizioni inaccettabili.

Rigidità

Indica quanto il componente si deforma quando viene sottoposto a un carico.

Una cremagliera può quindi essere realizzata con un materiale molto resistente e tuttavia deformarsi eccessivamente se la sua geometria e il suo supporto non sono adeguati.

Nel caso analizzato, il problema segnalato da Vega riguardava proprio le deformazioni sulla lunghezza.

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8. Cosa può succedere se la cremagliera si deforma

La cremagliera deve lavorare in combinazione con un pignone.

L’ingranamento deve rimanere corretto lungo il movimento.

Una deformazione eccessiva può potenzialmente provocare:

• variazioni dell’ingranamento;
• carichi non uniformi sui denti;
• maggiore attrito;
• usura;
• gioco;
• movimento irregolare;
• aumento del rumore;
• sollecitazioni anomale sul pignone.

Il caso Cliente non documenta che questi problemi si siano verificati concretamente sulla specifica applicazione; il Vega Team evidenziava invece il rischio di deformazioni significative come motivo per non fornire la cremagliera da 1.100 mm.

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9. Il ruolo della guida

La guida è un elemento fondamentale del sistema.

Nel caso Cliente, il Vega Team propose infatti di fornire:

cilindro + guida

mentre la cremagliera da 1.100 mm sarebbe stata realizzata dal Cliente.

Questa soluzione permette di mantenere sotto controllo il collegamento tra il cilindro e il sistema di trasmissione.

La guida contribuisce a mantenere la cremagliera nella posizione corretta rispetto al pignone.

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10. Il sistema di regolazione del V210CS

Il V210CS dispone di una vite di regolazione sulla testa posteriore che permette di ottimizzare:

• l’ingranamento tra cremagliera e pignone;
• il punto di partenza del cilindro.

Questo elemento è particolarmente importante perché il sistema non deve soltanto generare una corsa.

Deve anche garantire che la cremagliera e il pignone lavorino nella posizione corretta.

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11. Perché una cremagliera lunga richiede maggiore attenzione

Più la cremagliera è lunga, maggiore è l’attenzione necessaria alla sua geometria.

Il problema non riguarda soltanto il momento dell’installazione.

Durante il funzionamento devono essere mantenuti:

• allineamento;
• distanza corretta dal pignone;
• guida;
• parallelismo;
• stabilità.

Una piccola deviazione può diventare più significativa quando viene estesa lungo una lunghezza elevata.

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12. La soluzione proposta da Vega

Il Vega Team non propose semplicemente di ridurre la corsa richiesta.

La soluzione era più interessante:

Vega fornisce il cilindro e la guida

il Cliente realizza la cremagliera da 1.100 mm.

In questo modo è possibile mantenere il concetto di sistema V210CS, ma lasciare al costruttore dello stampo la responsabilità di progettare la lunga cremagliera in funzione delle proprie esigenze meccaniche.

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13. Perché può essere conveniente realizzare localmente la cremagliera

Il costruttore dello stampo conosce direttamente:

• lo spazio disponibile;
• i punti di fissaggio;
• la posizione del pignone;
• il percorso della cremagliera;
• i supporti disponibili;
• la struttura dello stampo;
• le condizioni di carico.

Può quindi progettare la cremagliera da 1.100 mm insieme alla struttura dello stampo.

Questo può consentire di aggiungere, quando necessario, supporti o soluzioni di guida specifiche.

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14. Il vantaggio di separare cilindro e cremagliera

La proposta del Vega Team crea una divisione tecnica molto chiara.

Componenti forniti da Vega

Cilindro idraulico + guida

Componente realizzato dal Cliente

Cremagliera lunga 1.100 mm

Questo approccio consente di mantenere il cilindro come componente standard o personalizzato all’interno delle possibilità Vega, mentre la parte meccanica eccezionalmente lunga viene adattata al progetto dello stampo.

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15. Il ruolo dei sensori magnetici

La nuova richiesta del Cliente comprendeva anche:

2 × MSU4.

Il V210CS può utilizzare sensori elettronici regolabili che rilevano il campo magnetico generato dal magnete presente nel pistone e permettono di trasmettere la posizione del cilindro al PLC della macchina.

Questo permette di controllare il movimento del cilindro durante il ciclo.

In un sistema di svitamento, il controllo della posizione è importante per determinare quando il movimento ha raggiunto la posizione prevista.

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16. Il V210CS e gli ambienti con spazio limitato

Uno dei vantaggi dichiarati del V210CS è la sua struttura compatta rispetto alle soluzioni con cilindri a tiranti.

Questo può essere particolarmente interessante negli stampi a iniezione dove lo spazio disponibile è ridotto.

La cremagliera è disposta parallelamente al corpo del cilindro, contribuendo alla compattezza del sistema.

La compattezza, però, non elimina i limiti meccanici della cremagliera.

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17. Le caratteristiche del V210CS

Secondo la documentazione ufficiale Vega, il V210CS:

• utilizza il cilindro compatto V220CC;
• può avere una o due cremagliere laterali;
• utilizza un corpo centrale in lega di alluminio 7075;
• dispone di flange terminali in acciaio;
• utilizza una configurazione di fissaggio a fori passanti con chiavetta;
• è progettato per sistemi di svitamento.

La versione standard è disponibile con alesaggi da 32 a 50 mm e corse da 300 a 500 mm.

La stessa documentazione specifica inoltre una pressione massima di esercizio di 180 bar e una velocità massima di 0,1 m/s.

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18. La personalizzazione è possibile, ma deve essere verificata

Vega indica ufficialmente che il V210CS può essere personalizzato attraverso un progetto speciale.

Questo è importante perché dimostra che le configurazioni standard non rappresentano necessariamente l’unica possibilità.

Ma personalizzazione non significa assenza di limiti.

Ogni modifica deve essere valutata in relazione a:

• geometria;
• materiali;
• dimensioni;
• carichi;
• guida;
• sistema di trasmissione;
• condizioni di lavoro.

Il caso della cremagliera da 1.100 mm è un esempio perfetto di questo principio.

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19. Il problema non era il cilindro

Questo è probabilmente l’aspetto più interessante del caso.

Il Cliente aveva chiesto una configurazione V210CS con una corsa molto lunga.

Il problema individuato dal Vega Team non era semplicemente:

“Il cilindro non può avere questa corsa.”

Il problema era:

“La cremagliera associata a questa lunghezza potrebbe deformarsi eccessivamente.”

La distinzione è fondamentale.

Il cilindro e la trasmissione meccanica devono essere valutati separatamente.

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20. Il sistema deve essere progettato come un insieme

Per una corretta progettazione di un sistema di svitamento bisogna considerare:

cilindro

corsa

cremagliera

guida

pignone

componente filettato

sensori

La prestazione finale dipende dall’interazione di tutti questi elementi.

Il catalogo italiano Vega classifica infatti il V210CS proprio nella categoria “Sistema di Svitamento”, insieme al V215CR.

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21. Una metodologia per progettare un sistema di svitamento lungo

Per un nuovo stampo, una procedura utile può essere:

1. Definire la rotazione necessaria

Quanti gradi deve ruotare il componente?

2. Determinare la corsa lineare

Quanto deve muoversi la cremagliera?

3. Definire il pignone

Il rapporto tra movimento lineare e rotazione dipende dalla geometria del pignone.

4. Scegliere il cilindro

Verificare alesaggio, corsa, pressione e velocità.

5. Verificare la lunghezza della cremagliera

Confrontarla con i limiti del sistema.

6. Analizzare la deformazione

Considerare lunghezza, sezione, supporti e condizioni di carico.

7. Verificare la guida

Assicurarsi che la cremagliera mantenga la posizione rispetto al pignone.

8. Verificare i sensori

Controllare che le posizioni necessarie possano essere rilevate.

9. Verificare il sistema completo

Cilindro, cremagliera, guida e pignone devono funzionare come un’unica trasmissione.

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22. Quanto può essere lunga una cremagliera?

Non esiste un valore universale valido per qualsiasi sistema.

La lunghezza massima dipende da:

• sezione della cremagliera;
• materiale;
• geometria dei denti;
• sistema di supporto;
• distanza tra i punti di guida;
• carichi;
• velocità;
• accelerazione;
• precisione richiesta.

Nel caso analizzato, Vega indicava:

950 mm come lunghezza massima fornibile.

E aggiungeva che anche a questa lunghezza si verificavano già frequentemente problemi di deformazione.

La richiesta del Cliente di 1.100 mm superava quindi il limite di fornitura indicato.

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23. Perché non è corretto semplicemente “allungare” una cremagliera standard

Una cremagliera più lunga non è necessariamente una versione standard semplicemente estesa.

Aumentando la lunghezza cambiano:

• comportamento strutturale;
• deformazione;
• esigenze di supporto;
• allineamento;
• gestione delle tolleranze;
• condizioni di ingranamento.

Per questo una cremagliera da 1.100 mm deve essere considerata come un componente specifico dell’applicazione, non semplicemente come una cremagliera standard più lunga.

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24. Il valore della soluzione proposta

La soluzione proposta dal Vega Team è interessante proprio perché non cerca di forzare il componente oltre il limite per cui può essere fornito con adeguata affidabilità.

Invece:

Vega mantiene il controllo del cilindro e della guida

mentre:

il Cliente gestisce la cremagliera speciale richiesta dalla propria applicazione.

È un esempio concreto di collaborazione tra produttore del cilindro e costruttore dello stampo.

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25. Il caso Cliente in numeri

I dati relativi alla configurazione richiesta, alla cremagliera e ai sensori sono riportati nella corrispondenza tecnica del Cliente.

Il limite di 950 mm e la soluzione alternativa sono indicati direttamente dal Vega Team.

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26. Una lezione importante per i progettisti di stampi

Quando un’applicazione richiede un sistema di svitamento molto lungo, la domanda non dovrebbe essere soltanto:

“Quale cilindro ha la corsa necessaria?”

La domanda corretta è:

“Il cilindro, la cremagliera, la guida e il pignone possono lavorare insieme in modo affidabile per tutta la corsa richiesta?”

Questa differenza può evitare problemi durante la costruzione dello stampo.

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Conclusione

Il caso Cliente dimostra come una richiesta apparentemente semplice — aumentare la corsa di un cilindro di svitamento — possa trasformarsi in un problema di progettazione meccanica della trasmissione.

Il Cliente aveva richiesto un V210CS con una configurazione comprendente una cremagliera da 1.100 mm e due sensori MSU4.

Il Vega Team ha però evidenziato che una cremagliera di 1.100 mm poteva presentare deformazioni significative lungo la propria lunghezza e non poteva quindi essere fornita da Vega.

La lunghezza massima indicata per la cremagliera fornibile era:

950 mm,

con la precisazione che anche questa lunghezza poteva già presentare problemi di deformazione in determinate condizioni.

La soluzione proposta fu quindi:

Vega → cilindro + guida

Cliente → cremagliera da 1.100 mm.

Il V210CS è progettato proprio per trasformare il movimento lineare del cilindro in un movimento di svitamento attraverso il sistema cremagliera-pignone e dispone di una regolazione dedicata per ottimizzare l’ingranamento e il punto di partenza.

La lezione più importante è quindi:

In un sistema di svitamento, la corsa del cilindro non può essere analizzata separatamente dalla lunghezza e dalla rigidità della cremagliera. Quando la corsa aumenta, il sistema deve essere verificato come una trasmissione meccanica completa.

Una progettazione corretta deve quindi considerare:

corsa → cremagliera → guida → pignone → allineamento → deformazione → sensori → ciclo dello stampo.

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URL utili e verificati

1. V210CS – Cilindri oleodinamici con sistema di svitamento

Pagina ufficiale italiana del V210CS. Descrive il sistema di svitamento, il cilindro V220CC, le cremagliere laterali, la regolazione cremagliera-pignone, i sensori magnetici e le possibilità di personalizzazione.

V210CS – Cilindri Oleodinamici con Sistema di Svitamento

2. Catalogo dei cilindri idraulici per stampi

Pagina ufficiale italiana che organizza i cilindri Vega per applicazione. Il V210CS è inserito nella categoria Sistema di Svitamento, insieme al V215CR.

Catalogo Cilindri Idraulici per Stampi – Vega Cylinders

3. Cilindri idraulici per stampi

Pagina ufficiale italiana della gamma Vega, utile per confrontare le diverse famiglie di cilindri e le relative applicazioni.

Cilindri Idraulici per Stampi – Vega Cylinders

4. Accessori per cilindri idraulici

Pagina ufficiale italiana dedicata agli accessori Vega per il collegamento e il funzionamento dei cilindri, comprese connessioni idrauliche, valvole, regolatori e accessori per sensori.

VR Accessori Cilindri Idraulici – Vega Cylinders

5. Dimensionamento dei cilindri oleodinamici per stampi a iniezione

Articolo tecnico italiano di iCVEGA sul dimensionamento dei cilindri in funzione di forze, carichi dinamici, cinematica, guide, sincronizzazione e circuito oleodinamico. È un utile approfondimento per collegare il caso della cremagliera al più generale problema del dimensionamento del sistema.

Dimensionamento dei Cilindri Oleodinamici per Stampi a Iniezione