Iniezione

Stampaggio ad iniezione (stampaggio a iniezione negli USA) è un processo di fabbricazione per la produzione di parti mediante iniezione di materiale in uno stampo. Lo stampaggio a iniezione può essere eseguito con una serie di materiali, compresi i metalli (per i quali il processo è chiamato pressofusione), vetri, elastomeri, confezioni e più comunemente polimeri termoplastici e termoindurenti. Il materiale per la parte viene introdotto in una canna riscaldata, miscelato e forzato in una cavità dello stampo, dove si raffredda e si indurisce fino alla configurazione della cavità. Dopo che un prodotto è stato progettato, solitamente da un designer industriale o da un ingegnere, gli stampi sono realizzati da un produttore di stampi (o utensileria) in metallo, solitamente acciaio o alluminio, e lavorati con precisione per formare le caratteristiche della parte desiderata. Lo stampaggio a iniezione è ampiamente utilizzato per la produzione di una varietà di parti, dai componenti più piccoli all'intera carrozzeria delle auto. I progressi nella tecnologia di stampa 3D, utilizzando fotopolimeri che non si sciolgono durante lo stampaggio a iniezione di alcuni termoplastici a temperatura inferiore, possono essere utilizzati per alcuni semplici stampi a iniezione.

Le parti da stampare ad iniezione devono essere progettate con molta attenzione per facilitare il processo di stampaggio; il materiale utilizzato per la parte, la forma e le caratteristiche desiderate della parte, il materiale dello stampo e le proprietà della macchina di stampaggio devono essere tutti presi in considerazione. La versatilità dello stampaggio a iniezione è facilitata da questa ampiezza di considerazioni e possibilità progettuali.

Applicazioni

Lo stampaggio a iniezione viene utilizzato per creare molte cose come bobine di filo, imballaggio, tappi di bottiglia, parti e componenti automobilistici, Gameboys, pettini tascabili, alcuni strumenti musicali (e parti di essi), sedie e tavolini monoblocco, contenitori, parti meccaniche (inclusi ingranaggi) e la maggior parte degli altri prodotti in plastica oggi disponibili. Lo stampaggio a iniezione è il metodo moderno più comune per la produzione di parti in plastica; è ideale per produrre volumi elevati dello stesso oggetto.

Caratteristiche del processo

Lo stampaggio a iniezione utilizza uno stantuffo a pistone oa vite per forzare la fusione plastica materiale in una cavità dello stampo; questo si solidifica in una forma che si è conformata al contorno dello stampo. È più comunemente usato per trattare polimeri sia termoplastici che termoindurenti, con il volume utilizzato dei primi notevolmente più alto. I materiali termoplastici sono prevalenti per caratteristiche che li rendono altamente adatti allo stampaggio ad iniezione, come la facilità con cui possono essere riciclati, la loro versatilità che ne consente l'utilizzo in un'ampia varietà di applicazioni, e la loro capacità di ammorbidirsi e scorrere al riscaldamento. I materiali termoplastici hanno anche un elemento di sicurezza rispetto ai termoindurenti; se un polimero termoindurente non viene espulso tempestivamente dal cilindro di iniezione, può verificarsi una reticolazione chimica che causa il grippaggio della vite e delle valvole di ritegno e potenzialmente danni alla macchina di stampaggio a iniezione.

Lo stampaggio a iniezione consiste nell'iniezione ad alta pressione della materia prima in uno stampo che modella il polimero nella forma desiderata. Gli stampi possono essere di una singola cavità o di più cavità. Negli stampi con più cavità, ciascuna cavità può essere identica e formare le stesse parti oppure può essere unica e formare più geometrie diverse durante un singolo ciclo. Gli stampi sono generalmente realizzati con acciai per utensili, ma gli acciai inossidabili e gli stampi in alluminio sono adatti per determinate applicazioni. Gli stampi in alluminio in genere non sono adatti per la produzione di volumi elevati o parti con tolleranze dimensionali ristrette, poiché hanno proprietà meccaniche inferiori e sono più inclini a usura, danni e deformazioni durante i cicli di iniezione e bloccaggio; tuttavia, gli stampi in alluminio sono economici nelle applicazioni a basso volume, poiché i costi e il tempo di fabbricazione degli stampi sono notevolmente ridotti. Molti stampi in acciaio sono progettati per elaborare oltre un milione di parti durante la loro vita e possono costare centinaia di migliaia di dollari per la fabbricazione.

Quando termoplastici vengono stampati, la materia prima tipicamente pellettizzata viene alimentata attraverso una tramoggia in un barile riscaldato con una vite alternativa. All'ingresso della canna la temperatura aumenta e le forze di Van der Waals che resistono al flusso relativo delle singole catene sono indebolite a causa dell'aumento dello spazio tra le molecole a stati di energia termica più elevati. Questo processo riduce la sua viscosità, che consente al polimero di fluire con la forza motrice dell'unità di iniezione. La vite trasporta la materia prima in avanti, mescola e omogeneizza le distribuzioni termiche e viscose del polimero e riduce il tempo di riscaldamento richiesto tagliando meccanicamente il materiale e aggiungendo una quantità significativa di riscaldamento per attrito al polimero. Il materiale scorre in avanti attraverso una valvola di ritegno e si raccoglie nella parte anteriore della vite in un volume noto come a tiro. Un colpo è il volume di materiale utilizzato per riempire la cavità dello stampo, compensare il restringimento e fornire un cuscinetto (circa il 10% del volume totale del colpo, che rimane nella canna e impedisce alla vite di toccare il fondo) per trasferire la pressione dalla vite alla cavità dello stampo. Quando si è raccolto abbastanza materiale, il materiale viene forzato ad alta pressione e velocità nella cavità di formazione della parte. Per evitare picchi di pressione, il processo utilizza normalmente una posizione di trasferimento corrispondente a una cavità piena al 95-98% in cui la vite passa da una velocità costante a un controllo di pressione costante. Spesso i tempi di iniezione sono ben al di sotto di 1 secondo. Una volta che la vite raggiunge la posizione di trasferimento, viene applicata la pressione di riempimento, che completa il riempimento dello stampo e compensa il ritiro termico, che è piuttosto elevato per i termoplastici rispetto a molti altri materiali. La pressione di riempimento viene applicata fino a quando il punto di iniezione (ingresso cavità) si solidifica. A causa delle sue piccole dimensioni, il cancello è normalmente il primo punto a solidificarsi per tutto il suo spessore. Una volta che il cancello si solidifica, non può più entrare materiale nella cavità; di conseguenza, la vite si muove alternativamente e acquisisce materiale per il ciclo successivo mentre il materiale all'interno dello stampo si raffredda in modo che possa essere espulso ed essere dimensionalmente stabile. Questa durata di raffreddamento è drasticamente ridotta dall'uso di linee di raffreddamento che fanno circolare acqua o olio da un regolatore di temperatura esterno. Una volta raggiunta la temperatura richiesta, lo stampo si apre e una serie di perni, maniche, estrattori, ecc. Viene spinta in avanti per sformare l'articolo. Quindi, lo stampo si chiude e il processo viene ripetuto.

Per i termoindurenti, tipicamente due diversi componenti chimici vengono iniettati nella canna. Questi componenti iniziano immediatamente reazioni chimiche irreversibili che alla fine reticolano il materiale in una singola rete connessa di molecole. Quando si verifica la reazione chimica, i due componenti del fluido si trasformano permanentemente in un solido viscoelastico. La solidificazione nel cilindro di iniezione e nella vite può essere problematica e avere ripercussioni finanziarie; quindi, ridurre al minimo la polimerizzazione termoindurente all'interno della canna è fondamentale. Ciò significa tipicamente che il tempo di permanenza e la temperatura dei precursori chimici sono ridotti al minimo nell'unità di iniezione. Il tempo di permanenza può essere ridotto minimizzando la capacità di volume della canna e massimizzando i tempi di ciclo. Questi fattori hanno portato all'uso di un'unità di iniezione a freddo termicamente isolata che inietta i prodotti chimici reagenti in uno stampo caldo isolato termicamente, il che aumenta la velocità delle reazioni chimiche e si traduce in un tempo più breve necessario per ottenere un componente termoindurente solidificato. Dopo che la parte si è solidificata, le valvole si chiudono per isolare il sistema di iniezione e i precursori chimici e lo stampo si apre per espellere le parti stampate. Quindi, lo stampo si chiude e il processo si ripete.

I componenti preformati o lavorati possono essere inseriti nella cavità mentre lo stampo è aperto, consentendo al materiale iniettato nel ciclo successivo di formarsi e solidificarsi attorno ad essi. Questo processo è noto come Inserire la modanatura e consente alle singole parti di contenere più materiali. Questo processo viene spesso utilizzato per creare parti in plastica con viti metalliche sporgenti, consentendo loro di fissarle e sganciarle ripetutamente. Questa tecnica può essere utilizzata anche per l'etichettatura in stampo e i coperchi in pellicola possono anche essere attaccati a contenitori di plastica stampati.

Nella parte finale sono solitamente presenti una linea di divisione, un canale di colata, segni di gate e segni di perni di espulsione. Nessuna di queste caratteristiche è tipicamente desiderata, ma è inevitabile a causa della natura del processo. I segni del punto di iniezione si verificano nel punto di iniezione che unisce i canali di erogazione del materiale fuso (canale di colata e canale) alla cavità di formazione del pezzo. I segni della linea di separazione e del perno di espulsione derivano da piccoli disallineamenti, usura, sfiati gassosi, giochi per parti adiacenti in movimento relativo e / o differenze dimensionali delle superfici di accoppiamento a contatto con il polimero iniettato. Le differenze dimensionali possono essere attribuite alla deformazione non uniforme indotta dalla pressione durante l'iniezione, alle tolleranze di lavorazione e all'espansione termica e alla contrazione non uniformi dei componenti dello stampo, che subiscono cicli rapidi durante le fasi di iniezione, imballaggio, raffreddamento ed espulsione del processo . I componenti dello stampo sono spesso progettati con materiali con vari coefficienti di espansione termica. Questi fattori non possono essere considerati simultaneamente senza aumenti astronomici nei costi di progettazione, fabbricazione, lavorazione e monitoraggio della qualità. L'abile progettista di stampi e parti posizionerà questi danni estetici in aree nascoste, se possibile.

Storia

L'inventore americano John Wesley Hyatt insieme a suo fratello Isaiah, Hyatt brevettò la prima macchina per stampaggio a iniezione nel 1872. Questa macchina era relativamente semplice rispetto alle macchine in uso oggi: funzionava come un grosso ago ipodermico, utilizzando uno stantuffo per iniettare la plastica attraverso un cilindro in uno stampo. L'industria è progredita lentamente nel corso degli anni, producendo prodotti come foderi per colletti, bottoni e pettini per capelli.

I chimici tedeschi Arthur Eichengrün e Theodore Becker inventarono le prime forme solubili di acetato di cellulosa nel 1903, che era molto meno infiammabile del nitrato di cellulosa. Alla fine è stato reso disponibile sotto forma di polvere da cui è stato prontamente stampato ad iniezione. Arthur Eichengrün sviluppò la prima pressa per stampaggio a iniezione nel 1919. Nel 1939 Arthur Eichengrün brevettò lo stampaggio a iniezione di acetato di cellulosa plastificato.

L'industria si espanse rapidamente negli anni '1940 perché la seconda guerra mondiale creò un'enorme domanda di prodotti economici e prodotti in serie. Nel 1946, l'inventore americano James Watson Hendry costruì la prima macchina per iniezione a vite, che consentiva un controllo molto più preciso sulla velocità di iniezione e sulla qualità degli articoli prodotti. Questa macchina ha anche permesso di miscelare il materiale prima dell'iniezione, in modo che la plastica colorata o riciclata potesse essere aggiunta al materiale vergine e miscelata accuratamente prima di essere iniettata. Oggi le macchine per iniezione a vite rappresentano la stragrande maggioranza di tutte le macchine per iniezione. Negli anni '1970, Hendry sviluppò il primo processo di stampaggio a iniezione assistito da gas, che consentiva la produzione di articoli cavi complessi che si raffreddavano rapidamente. Ciò ha notevolmente migliorato la flessibilità di progettazione, nonché la resistenza e la finitura delle parti prodotte, riducendo i tempi, i costi, il peso e gli sprechi di produzione.

L'industria dello stampaggio a iniezione di materie plastiche si è evoluta nel corso degli anni dalla produzione di pettini e bottoni alla produzione di una vasta gamma di prodotti per molti settori tra cui automobilistico, medico, aerospaziale, prodotti di consumo, giocattoli, idraulica, imballaggi e costruzioni.

Esempi di polimeri più adatti al processo

È possibile utilizzare la maggior parte dei polimeri, a volte denominati resine, inclusi tutti i materiali termoplastici, alcuni termoindurenti e alcuni elastomeri. Dal 1995, il numero totale di materiali disponibili per lo stampaggio a iniezione è aumentato a un ritmo di 750 all'anno; c'erano circa 18,000 materiali disponibili quando è iniziata questa tendenza. I materiali disponibili includono leghe o miscele di materiali sviluppati in precedenza, in modo che i progettisti di prodotto possano scegliere il materiale con la migliore serie di proprietà da una vasta selezione. I criteri principali per la selezione di un materiale sono la resistenza e la funzione richieste per la parte finale, nonché il costo, ma anche ogni materiale ha parametri di stampaggio diversi che devono essere presi in considerazione. Polimeri comuni come resina epossidica e fenolica sono esempi di plastiche termoindurenti mentre nylon, polietilene e polistirene sono termoplastici. Fino a tempi relativamente recenti, le molle in plastica non erano possibili, ma i progressi nelle proprietà dei polimeri le rendono ora abbastanza pratiche. Le applicazioni includono fibbie per l'ancoraggio e lo scollegamento di cinghie di apparecchiature esterne.

Materiale

Le macchine per lo stampaggio a iniezione sono costituite da una tramoggia del materiale, un pistone di iniezione o un pistone a vite e un'unità di riscaldamento. Conosciute anche come presse, tengono gli stampi in cui vengono modellati i componenti. Le presse sono valutate in base al tonnellaggio, che esprime la quantità di forza di serraggio che la macchina può esercitare. Questa forza mantiene lo stampo chiuso durante il processo di iniezione. Il tonnellaggio può variare da meno di 5 tonnellate a oltre 9,000 tonnellate, con le cifre più elevate utilizzate in relativamente poche operazioni di produzione. La forza di serraggio totale necessaria è determinata dall'area proiettata della parte da stampare. Questa area proiettata viene moltiplicata per una forza di serraggio da 1.8 a 7.2 tonnellate per ogni centimetro quadrato delle aree proiettate. Come regola generale, 4 o 5 tonnellate / pollice² può essere utilizzato per la maggior parte dei prodotti. Se il materiale plastico è molto rigido, sarà necessaria una maggiore pressione di iniezione per riempire lo stampo, e quindi più tonnellaggio di serraggio per tenere lo stampo chiuso. La forza richiesta può anche essere determinata dal materiale utilizzato e dalle dimensioni del pezzo; le parti più grandi richiedono una forza di serraggio maggiore.

Muffa

Muffa or il sono i termini comuni utilizzati per descrivere l'utensile utilizzato per produrre parti in plastica nello stampaggio.

Poiché gli stampi erano costosi da produrre, di solito venivano utilizzati solo nella produzione di massa dove venivano prodotte migliaia di parti. Gli stampi tipici sono costruiti in acciaio temprato, acciaio pre-temprato, alluminio e / o lega di rame-berillio. La scelta del materiale con cui costruire uno stampo è principalmente economica; in generale, la costruzione degli stampi in acciaio costa di più, ma la loro maggiore durata compenserà il costo iniziale più elevato rispetto a un numero maggiore di parti realizzate prima dell'usura. Gli stampi in acciaio pre-temprato sono meno resistenti all'usura e vengono utilizzati per requisiti di volume inferiori o componenti più grandi; la loro durezza tipica dell'acciaio è 38–45 sulla scala Rockwell-C. Gli stampi in acciaio temprato vengono trattati termicamente dopo la lavorazione; questi sono di gran lunga superiori in termini di resistenza all'usura e durata. La durezza tipica varia tra 50 e 60 Rockwell-C (HRC). Gli stampi in alluminio possono costare sostanzialmente meno e, se progettati e lavorati con moderne apparecchiature computerizzate, possono essere economici per lo stampaggio di decine o addirittura centinaia di migliaia di parti. Il rame berillio viene utilizzato nelle aree dello stampo che richiedono una rapida rimozione del calore o nelle aree che vedono la maggior parte del calore generato. Gli stampi possono essere realizzati mediante lavorazione CNC o mediante processi di lavorazione a scarica elettrica.

Progettazione di stampi

Lo stampo è costituito da due componenti primari, lo stampo a iniezione (piastra A) e lo stampo espulsore (piastra B). Questi componenti sono indicati anche come modellatore ed costruttore di stampi. La resina plastica entra nello stampo attraverso a canale di colata or gate nello stampo ad iniezione; la boccola del canale di colata deve sigillare ermeticamente contro l'ugello del cilindro di iniezione della macchina di stampaggio e per consentire alla plastica fusa di fluire dal cilindro nello stampo, noto anche come cavità. La boccola del canale di colata dirige la plastica fusa verso le immagini della cavità attraverso canali che vengono lavorati nelle facce delle piastre A e B. Questi canali consentono alla plastica di scorrere lungo di essi, quindi sono indicati comecorridori. La plastica fusa scorre attraverso il corridore ed entra in una o più porte specializzate e nella geometria della cavità per formare la parte desiderata.

La quantità di resina richiesta per riempire il canale di colata, il corridore e le cavità di uno stampo comprende un "colpo". L'aria intrappolata nello stampo può fuoriuscire attraverso prese d'aria che sono messe a terra nella linea di divisione dello stampo, o attorno a perni di espulsione e guide che sono leggermente più piccoli dei fori che li trattengono. Se l'aria intrappolata non può fuoriuscire, viene compressa dalla pressione del materiale in ingresso e schiacciata negli angoli della cavità, dove impedisce il riempimento e può anche causare altri difetti. L'aria può anche diventare così compressa da incendiare e bruciare il materiale plastico circostante.

Per consentire la rimozione della parte stampata dallo stampo, le caratteristiche dello stampo non devono sporgere l'una sull'altra nella direzione in cui lo stampo si apre, a meno che le parti dello stampo non siano progettate per spostarsi tra tali sporgenze quando lo stampo si apre (utilizzando componenti chiamati Sollevatori ).

Lati della parte che appaiono paralleli alla direzione di stiro (l'asse della posizione animata (foro) o dell'inserto è parallelo al movimento su e giù dello stampo quando si apre e si chiude) sono tipicamente leggermente angolate, chiamate bozza, per facilitare il rilascio della parte dallo stampo. Un tiraggio insufficiente può causare deformazioni o danni. Il tiraggio richiesto per il rilascio dello stampo dipende principalmente dalla profondità della cavità: più profonda è la cavità, maggiore è lo sformo necessario. Anche il restringimento deve essere preso in considerazione quando si determina il tiraggio richiesto. Se la pelle è troppo sottile, la parte stampata tenderà a restringersi sui nuclei che si formano durante il raffreddamento e aderirà a quei nuclei, oppure la parte potrebbe deformarsi, torcersi, riempirsi di bolle o rompersi quando la cavità viene rimossa.

Uno stampo è solitamente progettato in modo che la parte stampata rimanga in modo affidabile sul lato di espulsione (B) dello stampo quando si apre, e tira fuori il corridore e la materozza dal lato (A) insieme alle parti. La parte quindi cade liberamente quando viene espulsa dal lato (B). Le porte del tunnel, note anche come porte sottomarine o di stampo, si trovano sotto la linea di divisione o la superficie dello stampo. Un'apertura viene lavorata sulla superficie dello stampo sulla linea di divisione. La parte stampata viene tagliata (dallo stampo) dal sistema di guide all'espulsione dallo stampo. I perni di espulsione, noti anche come perni di espulsione, sono perni circolari posizionati in una delle metà dello stampo (di solito la metà dell'espulsore), che spingono il prodotto stampato finito o il sistema di guida fuori dallo stampo. L'espulsione dell'articolo utilizzando perni, manicotti, estrattori, ecc. Può causare impronte o distorsioni indesiderate, quindi è necessario prestare attenzione durante la progettazione dello stampo.

Il metodo standard di raffreddamento consiste nel far passare un refrigerante (solitamente acqua) attraverso una serie di fori praticati attraverso le piastre dello stampo e collegati da tubi flessibili per formare un percorso continuo. Il refrigerante assorbe il calore dallo stampo (che ha assorbito il calore dalla plastica calda) e mantiene lo stampo a una temperatura adeguata per solidificare la plastica alla velocità più efficiente.

Per facilitare la manutenzione e la ventilazione, le cavità e le anime sono divise in pezzi, chiamati Insertie sottoassiemi, chiamati anche Inserti, blocchi, o inseguire i blocchi. Sostituendo gli inserti intercambiabili, uno stampo può realizzare più varianti della stessa parte.

Le parti più complesse vengono formate utilizzando stampi più complessi. Questi possono avere sezioni chiamate diapositive, che si spostano in una cavità perpendicolare alla direzione di disegno, per formare le caratteristiche della parte sporgente. Quando lo stampo viene aperto, le guide vengono allontanate dalla parte in plastica utilizzando "perni angolari" fissi sul semistampo fisso. Questi perni entrano in una fessura nelle diapositive e fanno sì che le diapositive si muovano all'indietro quando la metà mobile dello stampo si apre. La parte viene quindi espulsa e lo stampo si chiude. L'azione di chiusura dello stampo fa avanzare le slitte lungo i perni angolari.

Alcuni stampi consentono di reinserire le parti precedentemente stampate per consentire la formazione di un nuovo strato di plastica attorno alla prima parte. Questo viene spesso definito sovrastampaggio. Questo sistema può consentire la produzione di pneumatici e ruote monopezzo.

Gli stampi a due o più colpi sono progettati per "sovrastampare" all'interno di un singolo ciclo di stampaggio e devono essere lavorati su macchine di stampaggio a iniezione specializzate con due o più unità di iniezione. Questo processo è in realtà un processo di stampaggio a iniezione eseguito due volte e quindi ha un margine di errore molto inferiore. Nella prima fase, il materiale del colore di base viene modellato in una forma di base, che contiene spazi per la seconda ripresa. Quindi il secondo materiale, un colore diverso, viene stampato a iniezione in quegli spazi. I pulsanti e le chiavi, ad esempio, realizzati con questo processo hanno segni che non possono svanire e rimangono leggibili con un uso intenso.

Uno stampo può produrre più copie delle stesse parti in una singola "ripresa". Il numero di "impronte" nello stampo di quella parte viene spesso erroneamente definito cavitazione. Uno strumento con un'impronta sarà spesso chiamato stampo per impronta singola (cavità). Uno stampo con 2 o più cavità delle stesse parti verrà probabilmente definito stampo a impronta multipla (cavità). Alcuni stampi con volumi di produzione estremamente elevati (come quelli per tappi di bottiglia) possono avere oltre 128 cavità.

In alcuni casi, gli utensili con più cavità stampano una serie di parti diverse nello stesso utensile. Alcuni produttori di utensili chiamano questi stampi famiglia di stampi poiché tutte le parti sono correlate. Gli esempi includono kit di modelli in plastica.

Stoccaggio stampo

I produttori fanno di tutto per proteggere gli stampi personalizzati a causa dei loro costi medi elevati. Il livello di temperatura e umidità perfetto viene mantenuto per garantire la durata più lunga possibile per ogni stampo personalizzato. Gli stampi personalizzati, come quelli utilizzati per lo stampaggio a iniezione di gomma, vengono conservati in ambienti a temperatura e umidità controllate per evitare deformazioni.

Materiali per utensili

L'acciaio per utensili viene spesso utilizzato. Acciaio dolce, alluminio, nichel o resina epossidica sono adatti solo per prototipi o cicli di produzione molto brevi. Il moderno alluminio duro (leghe 7075 e 2024) con un design dello stampo adeguato, può facilmente realizzare stampi in grado di durare 100,000 o più parti con una corretta manutenzione dello stampo.

lavorazione a macchina

Gli stampi vengono costruiti attraverso due metodi principali: lavorazione standard ed EDM. La lavorazione standard, nella sua forma convenzionale, è stata storicamente il metodo di costruzione degli stampi a iniezione. Con lo sviluppo tecnologico, la lavorazione CNC è diventata il mezzo predominante per realizzare stampi più complessi con dettagli di stampo più accurati in meno tempo rispetto ai metodi tradizionali.

Il processo di elettroerosione (EDM) o elettroerosione è diventato ampiamente utilizzato nella costruzione di stampi. Oltre a consentire la formazione di forme difficilmente lavorabili, il processo consente di sagomare stampi pre-temprati in modo da non richiedere alcun trattamento termico. Le modifiche a uno stampo temprato mediante foratura e fresatura convenzionali normalmente richiedono la ricottura per ammorbidire lo stampo, seguito da un trattamento termico per indurirlo nuovamente. L'elettroerosione è un processo semplice in cui un elettrodo sagomato, solitamente di rame o grafite, viene calato molto lentamente sulla superficie dello stampo (per un periodo di molte ore), che viene immersa in olio di paraffina (cherosene). Una tensione applicata tra l'utensile e lo stampo provoca l'erosione da scintille della superficie dello stampo nella forma inversa dell'elettrodo.

Costo

Il numero di cavità incorporate in uno stampo sarà direttamente correlato ai costi di stampaggio. Un numero inferiore di cavità richiede molto meno lavoro di attrezzaggio, quindi limitare il numero di cavità a sua volta si tradurrà in costi di produzione iniziali inferiori per costruire uno stampo a iniezione.

Poiché il numero di cavità gioca un ruolo fondamentale nei costi di stampaggio, così fa la complessità del design della parte. La complessità può essere incorporata in molti fattori come la finitura superficiale, i requisiti di tolleranza, le filettature interne o esterne, i dettagli fini o il numero di sottosquadri che possono essere incorporati.

Ulteriori dettagli come sottosquadri o qualsiasi caratteristica che causa ulteriori utensili aumenteranno il costo dello stampo. La finitura superficiale del nucleo e della cavità degli stampi influenzerà ulteriormente il costo.

Il processo di stampaggio a iniezione di gomma produce un alto rendimento di prodotti durevoli, rendendolo il metodo di stampaggio più efficiente ed economico. Processi di vulcanizzazione costanti che comportano un controllo preciso della temperatura riducono significativamente tutto il materiale di scarto.

Processo di iniezione

Con lo stampaggio a iniezione, la plastica granulare viene alimentata da un pistone forzato da una tramoggia in un barile riscaldato. Quando i granuli vengono lentamente spostati in avanti da uno stantuffo a vite, la plastica viene forzata in una camera riscaldata, dove viene fusa. Man mano che lo stantuffo avanza, la plastica fusa viene forzata attraverso un ugello che poggia contro lo stampo, permettendogli di entrare nella cavità dello stampo attraverso un sistema di gate e runner. Lo stampo rimane freddo quindi la plastica si solidifica quasi non appena lo stampo viene riempito.

Ciclo di stampaggio a iniezione

La sequenza di eventi durante lo stampaggio a iniezione di una parte in plastica è chiamata ciclo di stampaggio a iniezione. Il ciclo inizia alla chiusura dello stampo, seguito dall'iniezione del polimero nella cavità dello stampo. Una volta riempita la cavità, viene mantenuta una pressione di tenuta per compensare il ritiro del materiale. Nella fase successiva, la vite gira, alimentando il colpo successivo alla vite anteriore. In questo modo la vite si ritrae mentre viene preparata la ripresa successiva. Una volta che la parte è sufficientemente fredda, lo stampo si apre e la parte viene espulsa.

Stampaggio scientifico contro stampaggio tradizionale

Tradizionalmente, la parte di iniezione del processo di stampaggio veniva eseguita a una pressione costante per riempire e imballare la cavità. Questo metodo, tuttavia, ha consentito una grande variazione nelle dimensioni da ciclo a ciclo. Più comunemente usato ora è lo stampaggio scientifico o disaccoppiato, un metodo sperimentato da RJG Inc. In questo l'iniezione della plastica è "disaccoppiata" in fasi per consentire un migliore controllo delle dimensioni della parte e più ciclo a ciclo (comunemente chiamato -shot nel settore) coerenza. Per prima cosa la cavità viene riempita fino al 98% circa utilizzando il controllo della velocità (velocità). Sebbene la pressione dovrebbe essere sufficiente per consentire la velocità desiderata, i limiti di pressione durante questa fase sono indesiderabili. Una volta che la cavità è piena al 98%, la macchina passa dal controllo della velocità al controllo della pressione, dove la cavità viene "riempita" a una pressione costante, dove è richiesta una velocità sufficiente per raggiungere le pressioni desiderate. Ciò consente di controllare le dimensioni delle parti entro i millesimi di pollice o meglio.

Diversi tipi di processi di stampaggio a iniezione

Sebbene la maggior parte dei processi di stampaggio a iniezione siano coperti dalla descrizione del processo convenzionale sopra, ci sono diverse importanti variazioni di stampaggio tra cui, ma non limitate a:

• pressofusione
• Stampaggio a iniezione di metalli
• Stampaggio a iniezione di pareti sottili
• Stampaggio a iniezione di gomma siliconica liquida

Un elenco più completo dei processi di stampaggio a iniezione può essere trovato qui:

Risoluzione dei problemi di processo

Come tutti i processi industriali, lo stampaggio a iniezione può produrre parti difettose. Nel campo dello stampaggio a iniezione, la risoluzione dei problemi viene spesso eseguita esaminando parti difettose per difetti specifici e affrontando questi difetti con la progettazione dello stampo o le caratteristiche del processo stesso. Le prove vengono spesso eseguite prima della produzione completa nel tentativo di prevedere i difetti e determinare le specifiche appropriate da utilizzare nel processo di iniezione.

Quando si riempie per la prima volta uno stampo nuovo o sconosciuto, dove la dimensione della graniglia per quello stampo è sconosciuta, un tecnico / addetto all'installazione può eseguire un ciclo di prova prima di un ciclo di produzione completo. Inizia con un piccolo peso della pallina e riempie gradualmente fino a riempire lo stampo dal 95 al 99%. Una volta ottenuto ciò, verrà applicata una piccola quantità di pressione di tenuta e il tempo di tenuta aumenterà fino a quando non si sarà verificato il congelamento del gate (tempo di solidificazione). Il tempo di congelamento del gate può essere determinato aumentando il tempo di attesa e quindi pesando il pezzo. Quando il peso del pezzo non cambia, si sa allora che il cancello si è congelato e non viene più iniettato materiale nel pezzo. Il tempo di solidificazione del cancello è importante, in quanto determina il tempo di ciclo e la qualità e la consistenza del prodotto, che di per sé è una questione importante nell'economia del processo di produzione. La pressione di mantenimento viene aumentata fino a quando le parti non sono prive di avvallamenti e il peso della parte è stato raggiunto.

Difetti di stampaggio

Lo stampaggio a iniezione è una tecnologia complessa con possibili problemi di produzione. Possono essere causati da difetti negli stampi o più spesso dal processo di stampaggio stesso.

Metodi come la scansione TC industriale possono aiutare a trovare questi difetti esternamente e internamente.

Le tolleranze

La tolleranza di stampaggio è una tolleranza specificata sulla deviazione di parametri come dimensioni, pesi, forme o angoli, ecc. Per massimizzare il controllo nell'impostazione delle tolleranze, di solito c'è un limite minimo e massimo di spessore, in base al processo utilizzato. Lo stampaggio a iniezione in genere è in grado di tollerare equivalenti a un grado IT di circa 9-14. La possibile tolleranza di un materiale termoplastico o termoindurente è compresa tra ± 0.200 e ± 0.500 millimetri. In applicazioni specializzate si ottengono tolleranze fino a ± 5 µm su entrambi i diametri e le caratteristiche lineari nella produzione di massa. È possibile ottenere finiture superficiali da 0.0500 a 0.1000 µm o migliori. Sono possibili anche superfici ruvide o pietrose.

Requisiti di alimentazione

La potenza richiesta per questo processo di stampaggio a iniezione dipende da molte cose e varia a seconda dei materiali utilizzati. Guida di riferimento dei processi produttivi afferma che i requisiti di alimentazione dipendono dal "peso specifico del materiale, punto di fusione, conduttività termica, dimensione del pezzo e velocità di stampaggio". Di seguito una tabella da pagina 243 dello stesso riferimento di cui sopra che meglio illustra le caratteristiche relative alla potenza richiesta per i materiali più comunemente utilizzati.

Stampaggio robotizzato

L'automazione significa che le dimensioni ridotte delle parti consentono a un sistema di ispezione mobile di esaminare più parti più rapidamente. Oltre a montare i sistemi di ispezione su dispositivi automatici, i robot multiasse possono rimuovere le parti dallo stampo e posizionarle per ulteriori processi.

Casi specifici includono la rimozione di parti dallo stampo immediatamente dopo la creazione delle parti, nonché l'applicazione di sistemi di visione artificiale. Un robot afferra il pezzo dopo che i perni di espulsione sono stati estesi per liberare il pezzo dallo stampo. Quindi li sposta in una posizione di attesa o direttamente su un sistema di ispezione. La scelta dipende dal tipo di prodotto, nonché dalla disposizione generale dell'attrezzatura di produzione. I sistemi di visione montati sui robot hanno notevolmente migliorato il controllo di qualità per le parti stampate a inserto. Un robot mobile può determinare con maggiore precisione la precisione di posizionamento del componente metallico e ispezionare più velocemente di quanto possa fare un essere umano.

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