Contenuti Approfondimento sulle VARIABILI del PROCESSO Pressione Portata Temperatura Tempo di Raffreddamento

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Nicolo Di Matteo
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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 03 Contenuti Approfondimento sulle VARIABILI del PROCESSO Pressione Portata Temperatura Tempo di Raffreddamento Bibliografia De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici Hoepli Bertacchi G. Manuale dello stampaggio progettato Tecniche nuove TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 1/12

2 VARIABILI DI PROCESSO E TERMINOLOGIA Può capitare che due schede di lavorazione diverse relative ad uno stesso processo di stampaggio forniscano un dato parametro con valori diversi. È opportuno allora precisare se si tratta di: PARAMETRI CALCOLATI oppure di PARAMETRI MISURATI Esempio: pressione d iniezione: 8 MPa (80 bar), è la pressione del circuito idraulico, in testa alla vite si avrà una pressione di circa 80 MPa (800 bar). Inoltre per evitare ambiguità è sempre meglio dare le definizioni dei parametri. Come per esempio: Temperatura del materiale Temperatura dello stampo Pressione di mantenimento Sono tutti parametri fondamentali per i quali è necessario precisare, oltre che se si tratta di valori calcolati o misurati, anche: Il dove (in quale punto dell impianto è misurato) Il quando (il momento in cui è rilevato) Il come (strumenti di misura e metodologia) TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 2/12

3 PRESSIONE DEFINIZIONE E TERMINOLOGIA In un ciclo di stampaggio i valori delle pressioni sono quelle del materiale all uggello ovvero nella camera di accumulo. Esse vengono solitamente indicate come: Fase di Riempimento p i Pressione d iniezione prima pressione pressione specifica d iniezione Fase di Mantenimento p m Pressione di mantenimento pressione regolata pressione d impaccamento pressione di compattazione seconda pressione. p i p m Comprimibile Compattato Fase di Plastificazione Nella fase di plastificazione la pressione nel cilindro idraulico è detta: p p Contro pressione post pressione p p Hidraulic Cylinder TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 3/12

4 Valori di pressione tipici dello stampaggio Plastificazione Post pressione p P Hidraulic Cylinder Barrel Cilindro di plastificazione Iniezione Riempimento Screw Rapporto tra superfici A HC = (10 15) A B p (HC)i = MPa < 20 MPa Mantenimento A HC A B p (SC)i = MPa p (HC)m = ½ Riempimento P (SC)m = ½ Riempimento TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 4/12

5 PRESSIONE Pressione è la grandezza più importante per tenere sotto controllo il ciclo di stampaggio. Evidentemente la pressione assume valori diversi in funzione del punto e del momento di rilevamento. Si parla di profili di pressione. Analisi di un profilo di pressione nel cilindro idraulico p HC Si notano 5 fasi: II. III. IV. Riempimento rapida salita della pressione Compressione breve mantenimento alla pressione massima Passaggio al mantenimento rapida diminuzione della pressione V. Mantenimento lungo a pressione costante VI. Discesa rapida e assestamento alla postpressione La p (HP)i è la pressione nel cilindro con la vite al 95% della sua corsa. p max è quella che si raggiunge nella fase di compressione. Tra p (HP)i e p max si ha il passaggio V/P. È opportuno impostare, e le presse lo permettono, un limite alla p max. Durante lo stampaggio è poi importante sapere se si è raggiunto tale limite ovvero l effettivo valore della pmax. p max p (HP)i p P I II III IV Commutazione V/P t I t Hold Hidraulic Cylinder V Compattazione e Mantenimento TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 5/12

6 PRESSIONE Confronto tra le pressioni nel cilindro idraulico p HC nel cilindro di plastificazione p B Commutazione V/P Il profilo della pressione nel cilindro idraulico p HC è molto simile a quello sul fronte della vite (screw tip) p B. Le differenze sono dovute agli attriti tra pistone e cilindro e tra vite e cilindro di plastificazione; le perdite di pressione sono tipicamente dell ordine del 3-5% dei valori tipici di stampaggio. Tali valori sono compresi, per il materiale plastificato, tra 50 e 150 MPa mentre nel cilindro non si superano i 20 MPa (tipicamente MPa) Hidraulic Cylinder Pressione di compattazione seconda pressione pressione regolata Barrel Cilindro di plastificazione 10 TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 6/12

7 PRESSIONE Esempio Andamento della pressione in funzione del posizione di misura e del tempo ciclo. Line pressure Line pressure Pressure in hydraulic cylinder Pressure in front of screw tip Pressure in gate system Cavity pressure near gate Cavity pressure near end of flow 5 Oil pressure (MPa) P HP P sc P c1 P c2 P c3 P H 50 Plastics pressure (MPa) Time [s] time [ s ] P HP P HP P SC P C1 P C2 PC3 Ac As sprue Mold cavity Line pressure Injection unit Mold Osservazioni c è poca differenza tra la pressione nel cilindro e quella nella camera di accumulo. Invece tra la camera d accumulo e la pressione nello stampo si notano: 1 i massimi di pressione sono più bassi, 2 i tempi per cui agisce la pressione di mantenimento nello stampo sono brevissimi. TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 7/12

8 PORTATA Portata In un ciclo di stampaggio il controllo della portata si effettua in modo indiretto mediante il controllo della velocità di traslazione della vite nella fase d iniezione. La corsa della vite è suddivisa in una decina di tratti. Ad ognuno di essi è associato un valore della velocità. La variazione della velocità di traslazione della vite, oltre a regolare la portata, influenza in modo importante anche parametri come la viscosità del materiale fuso e la sua pressione. La variazione di viscosità, ha una spiegazione intuitiva: a bassa velocità le macromolecole sono aggrovigliate, mentre a velocità elevate si ha una disposizione, per così dire, laminare delle catene molecolari con riduzione della viscosità Valori tipici della velocità di traslazione della vite Vanno da 50 a 150 mm/s della fase di Riempimento e scendono a 2 mm/s nella fase di Mantenimento. Misurazione della velocità Misurazione della velocità Si effettua con trasduttori di tipo potenziometrico (variazione della resistenza elettrica in funzione del contatto) V = mm/s V = 2 mm/s Riempimento Mantenimento TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 8/12

9 TEMPERATURA TERMINOLOGIA Un tipico processo di stampaggio è caratterizzato da tre distinti valori di temperatura: 1. La temperatura del materiale 2. La temperatura dello stampo (all estrazione) 3. La temperatura di condizionamento (dello stampo) DEFINIZIONI: 1. La temperatura del materiale è quella del polimero fuso all uscita dell uggello (con pressa stabilizzata e velocità = velocità di stampaggio). La misurazione viene effettuata con pirometro a sonda a immersione nel polimero fuso iniettato in un recipiente di materiale isolante. 2. La temperatura dello stampo è pari al valor medio delle temperature misurate in più punti della superficie della cavità. Si misura al momento dell estrazione con pirometro a sonda per superfici a risposta rapida con pressa stabilizzata. 3. La temperatura di condizionamento (dello stampo) è funzione della temperatura media del fluido di condizionamento (media tra ingresso e uscita). È inoltre opportuno ricordare la temperatura di estrazione del pezzo stampato. TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 9/12

10 TEMPERATURA Impostazioni dei profili di temperatura per lo stampaggio Operazioni pratiche In fase preliminare si effettua una campionatura delle temperature del materiale, dello stampo e del fluido di condizionamento che servono a definirne i valori ottimali. A tali valori ottimali corrispondono: Il profilo di temperatura del cilindro di plastificazione e I due valori di temperatura ( ingresso uscita) del fluido di condizionamento Si imposta quindi in macchina il profilo di temperatura di riferimento per le fasce riscaldanti del cilindro di plastificazione. Anche le temperature del fluido di condizionamento sono misurate con continuità, eventuali scostamenti comportano l intervento del sistema per riportarli ai valori di riferimento impostati. TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 10/12

11 TEMPO DI RAFFREDDAMENTO TERMINOLOGIA Si deve chiarire il momento in cui si fa iniziare il raffreddamento. Per la fine si considera sempre il momento di apertura stampo. Le opzioni per l inizio sono due: T R1 fine riempimento calcoli T R2 inizio mantenimento (fine del compattazione) lavorazione T R T R2 T R1 Il raffreddamento, in effetti, si ha anche durante il riempimento: il materiale, iniettato a temperature tra 180 C e 300 C comincia a raffreddarsi appena tocca le pareti dello stampo che si trovano a temperature solitamente inferiori ai 100 C. Il tempo di raffreddamento dipende principalmente dalla qualità del pezzo ed è più ampio per i semi cristallini che per gli amorfi. TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 11/12

12 TEMPO DI RAFFREDDAMENTO La funzione del raffreddamento è quella di consentire al manufatto di raggiungere una rigidità sufficiente all estrazione. Naturalmente l obiettivo è quello di ridurre al minimo i tempi di raffreddamento. Il tempo di raffreddamento dipende principalmente dalla qualità del pezzo. La qualità assume maggior rilievo anche del tipo di polimero. L altro parametro importante per il tempo di raffreddamento è lo spessore. Inoltre il campo dei tempi minimi è più ampio per i semi cristallini che per gli amorfi. TEMPO SEMI CRISTALLINO TEMPO AMORFO TOLL. STRETTE TOLL. LARGHE spessore del pezzo spessore del pezzo TMP_M3_Iniezione_lez03 Rev_0 Dic 07 - Pag 12/12

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