Tecnologie Materie Plastiche Modulo3 INIEZIONE Lezione _01

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Liliana Dini
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1 ITIS Giulio Natta Istituto Tecnico Industriale per la meccanica e le materie plastiche - Liceo Scientifico Tecnologico Via XX settembre 14/A - Rivoli TO Tecnologie Materie Plastiche Modulo3 INIEZIONE Lezione _01 Contenuti IMPIANTO DI STAMPAGGIO EVOLUZIONE del PROCESSO EVOLUZIONE della MACCHINA DATI CARATTERISTICI CHIUSURA dello STAMPO CLASSIFICAZIONE DELLE PRESSE FORZA DI CHIUSURA Bibliografia De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici Hoepli Bertacchi G. Manuale dello stampaggio progettato Tecniche nuove TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 1/12

2 IMPIANTO DI STAMPAGGIO: SISTEMA COMPLETO Sistema completo di stampaggio 2. Miscelazione (Blending) 3. Essiccazione (Drying) 4. Caricamento (Hoppering) 5. Regolazioni (Metering) 6. Plastificazione (Plastication) 7. Iniezione (Injection) 8. Raffreddamento (Cooling) 9. Estrazione (Ejection clamping unit) 2. Unità di governo Descrizione (Control unit) 2. Materiali,pigmenti,ausiliari,riciclat o 3. Forno ad aria deumidificatore 4. Tramoggia = Hopper 5. Regolaz. Velocità pressione 6. Vite + Fasce Riscaldanti 7. Vite (Screw) 8. Centralina di condizionamento 9. Gruppo apertura estrazione chiusura TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 2/12

3 EVOLUZIONE DEL PROCESSO Le fasi di Miscelazione (Blending) Essiccazione (Drying) Caricamento (Hoppering) sono oggi integrate nel sistema di trasporto (mecc. pneum.) in sostituzione dei barrel blender (mescolatore a barili) e del forno (oven) a cassetti (ormai scomparso). La regolazione dei parametri di processo è passata dalla semplice impostazione di un valore di pressione alla possibilità di impostare profili di pressione e di velocità molto precisi. Il raffreddamento (Cooling) viene oggi affrontato con maggiore attenzione (occupa gran parte del ciclo totale). La progettazione dei canali nello stampo è sviluppata con l uso strumenti di calcolo. L estrazione (Ejection clamping unit) tradizionalmente a caduta è oggi gestita da manipolatori di vario tipo ai quali sono affidati anche compiti di separazione della materozza, di assemblaggio o TMP_M3_Iniezione_lez01 imballaggio Rev_0 - Dic. 07 finale. - Pag 3/12

4 EVOLUZIONE DELLA MACCHINA: LA PRESSA A VITE Macchina costituita da un cilindro. Il materiale viene plasticizzato nel cilindro e successivamente iniettato col moto dello stantuffo. Macchina costituita da due cilindri. Si ottimizza il tempo ciclo: mentre un cilindro inietta il fuso nello stampo, l altro plasticizza il materiale (riscaldamento resistenze elettriche. Macchina costituita da un cilindro e un estrusore a vite. La differenza è nella fase di fusione che qui è svolta dall estrusore e non da un cilindro riscaldato. Nelle presse moderne non ci sono cilindri. Le due funzioni di plasticazione e iniezione sono svolte dalla vite (estrusore) Compiti della pressa a vite Chiudere lo stampo Fluidificare il materiale Iniettarlo nello stampo Aprire lo stampo Espellere i pezzi Struttura della pressa 2 PIASTRE FISSE collegate da 4 COLONNE 1 PIASTRA MOBILE (tra le due fisse scorrevole sulle colonne) 2 semi stampi (1 fisso + 1 mobile). 1 SISTEMA DI AZIONAMENTO (per chiusura apertura stampo). 1 ESTRUSORE A VITE 1 AZIONAMENTO MECCANICO per la rotazione della vite + 1 AZIONAMENTO IDRAULICO per la traslazione Prof. della Giovanni vite. Coppola - Dipartimento di Meccanica TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 4/12

5 TAGLIA o forza massima di chiusura dello stampo espressa in kn (1 kn = 0.1 ton) Volume massimo d iniezione in cm 3 è pari al volume della camera di accumulo in testa alla vite. Portata massima d iniezione in cm 3 / s è calcolata in base alla velocità di traslazione della vite. Portata massima di plastificazione espressa in g/s è valutata in base ai polimeri di riferimento PS (polistirene) per i TP e PF (fenolica) per i TI. Valori elevati del parametro rispetto al volume della stampata comportano tempi di attraversamento eccessivi con pericolo di degrado del polimero. Passaggio tra le colonne è il parametro che stabilisce la massima dimensione dello stampo che può essere montato. (con stampi piccoli le piastre si possono flettere fino a far rompere le colonne coprire il 70% dell area) Hidraulic Cylinder p HC Hopper DATI CARATTERISTICI DELLA PRESSA A VITE Barrel Pressione massima d iniezione p B in MPa è data dal prodotto della pressione dell olio nello stantuffo (p HC ) per il rapporto tra l area dello stantuffo(a HC ) e quella della sezione retta della vite (A V ) raggiunge valori dell ordine dei 200 MPa. p B = p HC x (A HC /A V ) p B TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 5/12

6 CHIUSURA DELLO STAMPO: TIPOLOGIE La chiusura dello stampo può essere: OLEODINAMICA DIRETTA IBRIDA ( CILINDRO OLEODINAMICO + LEVE MECCANICHE) Chiusura oleodinamica In questo caso il cilindro è cavo e l olio agisce su due diverse superfici. Una piccola per la velocità (Q=S v) una grande per la forza di chiusura (F = p S) [ p = bar] Chiusura ibrida In questo caso, a parità di azionamento idraulico, il dispositivo a ginocchiera moltiplica la forza di chiusura di circa 25 volte. TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 6/12

7 CHIUSURA a GINOCCHIERA (VANTAGGI) V2 [m/s] X Testa a croce X2 [mm] La chiusura a ginocchiera è vantaggiosa dal punto di vista della corsa X1 [mm] e dal punto di vista cinematico Il semistampo mobile durante la chiusura si accosta con piccoli spostamenti (X2) a fronte di grandi spostamenti della testa a croce (X1). A stampo chiuso (X2 =0) la testa a croce X1 si sposta da 350 a 420 mm stirando le colonne. La velocità v2 del semistampo mobile aumenta fino a circa metà corsa dello stantuffo (testa a croce) X1 [mm] quindi diminuisce - lo stampo rallenta - e in fase di chiusura l accostamento avviene in modo quasi statico. TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 7/12

8 CLASSIFICAZIONE PRATICA DELLE PRESSE Le presse possono essere classificate in base alla forza di chiusura che sono in grado di esercitare [ Taglia della pressa] Le Taglie della presse sono: 1. Forza di chiusura < kn ( 100 ton) chiusura diretta 2. Forza di chiusura < kn ( ton) chiusura ibrida 3. Forza di chiusura > kn ( ton) chiusura ibrida TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 8/12

9 FORZA DI CHIUSURA (esercitabile dalla pressa) Piastra fissa Ginocchiera a 3 punti p D F = p S N a F F T N Q Piastra mobile RELAZIONE tra F (spinta dello stantuffo) e Q (forza di chiusura) Ipotesi Le aste di pari lunghezza = a La reazione delle guide è pari a N = F/2 Dal triangolo delle forze T-Q-N si ricava N = Q tan Ovvero Uguagliando (N) F/2 = Q tan [3.5] Q = F / 2 tan Per = 0 ; [1/ tan Ovvero la posizione di chiusura con aste allineate sarebbe irraggiungibile; cosa che in realtà si verifica poiché il sistema è deformabile. La relazione [3.5] è utile per una valutazione approssimata della forza F da applicare ponendo = 1 TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 9/12

10 FORZA DI CHIUSURA (esempio di calcolo) Piastra fissa N a p F F N D T Q F = p S Piastra mobile Dati p = 150 bar = 15 MPa D = 180mm calcoli S = d 2 / 4 = mm 2 =0,025m 2 F = 15 MPa x 0,025m 2 = 0,38 MN = 382 kn = 38,2 ton Q = F/2 tan = 382 / 0,0174 = kn = ton Conclusione la ginocchiera produce una moltiplicazione della forza di chiusura di circa 30 volte (pari al rapporto 1.093/38,2) TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 10/12

11 FORZA DI CHIUSURA (necessaria) La forza necessaria per la chiusura dello stampo dipende dalle dimensioni e numero di impronte e dalla pressione del fuso nell impronta. Step di calcolo: Determinazione dell area (A) della figura proiettata sul piano perpendicolare alla direzione di apertura dello stampo; Prodotto dell area A per la pressione la pressione massima d iniezione (pi). [ In teoria la pressione da considerare sarebbe quella del fuso nell impronta e non la pressione massima] Il risultato si maggiora poi, per maggior sicurezza, del 15 20%. Nel caso di stampi multimpronta l area da considerare è la sommatoria di tutte le figure. Direzione apertura stampo Area proiettata (piano perp. apertura) TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 11/12

12 FORZA DI CHIUSURA (misurazione) Per la misurazione della forza effettiva di chiusura dello stampo si utilizzano metodi indiretti. Il parametro misurato è l allungamento subito dalle colonne in quanto soggette alla sollecitazione di trazione generata dalla forza di chiusura. I metodi di misurazione dell allungamento sono: a) estensimetrico b) a ultrasuoni Misurato l allungamento si può calcolare la forza di trazione e quindi quella di chiusura: A = p D 2 / 4 F L 0 Dalla equazione di stabilità a trazione: = F / A per la relazione di Hooke = E uguagliando: F / A = E essendo = L / L 0 sostituendo si ricava la forza su ciascuna colonna: F = E A L / L 0 Nell ipotesi che la forza si ripartisca uniformemente sulle 4 colonne: F ch = 4 F ove: = allungamento a trazione - E modulo di Young (per acciai MPa=N/mm 2 ) TMP_M3_Iniezione_lez01 Rev_0 - Dic Pag 12/12

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