High technicality and ultra-cleanliness in the plastics industry Stampi ad alta precisione per LSR Sistemi di iniezione ad alte prestazioni Galliate, 22 Settembre 2015 1
Haute technicité et ultra-propreté en plasturgie Stampi ad alta precisione per LSR Sistemi di iniezione ad alte prestazioni Galliate, 22 Settembre 2015 2
Stampare LSR ad alta precisione Lo stampaggio di silicone liquido permette di: Realizzare componenti in elastomero di grandissima precisione, Con elevato grado di automazione industriale (processi automatici) Ottimizzazione di efficienza e costi (senza riprese post stampaggio) Per ottenere questi risultati 4 sono gli elementi fondamentali La pressa: precisione, ripetibilità di processo Lo stampo: alta qualità, durata nel tempo, sistemi di iniezione adatti ai volumi di produzione Il sistema di dosaggio: precisione e ripetibilità nella miscelazione e alimentazione Le risorse umane: é necessaria un adeguata formazione del personale 3
Lo stampo ottimale: partire dall analisi del prodotto Il primo passo per avere successo é partire del prodotto, analizzando: Geometrie: spesso gli articoli sono disegnati da progettisti specializzati nei termoplastici e disegnano secondo le caratteristiche di quei materiali Spessori: l ottimizzazione degli spessori é critica nella concezione di un articolo in termoindurente Estrazione: l estrazione di un articolo in LSR puo essere automatizzata ma in maniera diversa dai termoplastici, larticolo puo essere ottimizzato in questo senso 4
Lo stampo ottimale: l analisi delle necessità di produzione Secondo passo per disegnare lo stampo ottimale é capire cosa ci serve Volumi di produzione: la concezione dello stampo puo cambiare molto se dobbiamo produrre 10.000 pezzi o 10.000.000 all anno Mercato di destinazione: oggi tutti i mercati hanno richieste di alta qualità, ma diverse in base alla destinazione del prodotto. La concezione dello stampo puo variare se il mercato di destinazione é l automotive piuttosto che l elettronica o il medicale/farmaceutico 5
Le caratteristiche degli stampi Gli stampi per LSR devono essere stampi di alta qualità, paragonabili ai migliori stampi per termoplastico, in alcuni casi ancora superiori. Le ragioni tecniche sono Il silicone liquido ha una fluidità altissima, pertanto crea bave su imprecisioni della chiusura stampo superiori a 7/8 micron. Pertanto le impronte devono avere una precisione altissima di realizzazione, e devono essere in acciaio temprato per non perere questa precisione nel tempo Il silicone liquido tende ad attaccarsi all acciaio, pertanto richiede spesso acciai speciali. Gli stampi lavorano ad alte temperature: le tolleranze dimensionali e la stabilità termica sono ancora più importanti 6
Uno stampo per ogni esigenza Gli stampi possono essere divisi in diverse tipologie Stampi prototipo: sono indispensabili nello sviluppo di un nuovo prodotto sia per determinare la corretta geometria dell articolo, sia per verificare ed ottimizzare le soluzioni tecniche soprattutto nel caso di stampi di serie multi- impronte Gli stampi monoimpronta, per produzione di articoli di grandi dimensioni con pochi numeri Gli stampi multi-impronta, per produrre volumi più elevati di particolari più piccoli. In quest ultima categoria possiamo dividere le produzioni fino a circa 500K pz/anno, con stampi normalmente fino a 8 impronte, da quelli per tirature superiori, con stampi fino a 64 o 128 impronte. 7
Gli stampi prototipo nascono per Stampo prototipo Verificare eventuali errori di progettazione e/o ottimizzare la funzionalità del prodotto Verificare la concezione dello stampo quando non standard, ed in particolare il sistema di iniezione e di estrazione. In quest ottica lo stampo deve necessariamente: Rispettare la geometria dell articolo finito Rispecchiare il punto e la tecnologia di iniezione dello stampo di serie Rispecchiare il sistema di estrazione e di vuoto dello stampo di serie Per ottenere questo, in ottica di contenimento dei costi, gli stampisti specializzati nel silicone spesso predispongono carcasse e sistemi di iniezione su cui adattare, ove possibile, le impronte o gli stampi prototipo. 8
Stampi di serie mono-impronta Gli stampi di serie monoimpronta sono rivolti a particolari grandi o complessi ove sia conveniente realizzare una sola impronta. Anche per questi stampi é consigliabile: Realizzare stampi in acciaio temperato Automatizzare quando é possibile l estrazione del pezzo Utilizzare sistemi di iniezione fredda (ugello monoimpronta) 9
Stampi di serie multimpronta Gli stampi di serie multimpronta sono rivolti a particolari di dimensioni medio piccole, quando sia conveniente realizzare più imrpnte nello stesso stampo. Pe rquesti stampi é necessario: Realizzare stampi in acciaio temperato Automatizzare l estrazione del pezzo Utilizzare sistemi di iniezione fredda multiugello, con inezione diretta in figura o di tipo ibrido, con minimatarozze per ogni ugello che alimentano 2/4 figure. Ottimizzare il sistema di evacuazione del vuoto Ottimizzare il sistema di regolazione termica dello stampo, sia in termini di impianto nello stampo, che in termini di controllo tramite centralina o pressa 10
I sistemi di iniezione Nella descrizione dei diversi tipi di stampo in ordine crescente di complessità, abbiamo toccato uno dei temi a cui é dedicato il seminario: i sistemi di iniezione. Il silicone liquido, come ampiamente descritto negli interventi precedenti reticola nello stampo con apporto di calore. Prima che reticoli dobbiamo riempire le impronte. Ci sono tre diversi sistemi che possiamo considerare: Stampi con iniezione tradizionale a matarozza Stampi con sistemi di iniezione diretta in figura, in cui l ugello o gli ugelli portano il materiale non reticolato fino alla figura. In questa famiglia si distinguono ssistemi ad ugello aperto e sistemi a ugello con otturazione. Stampi con sistemi ibridi, che combinano un sistema di camera fredda con un numero limitato di ugelli e mini-matarozze con iniezione laminare in figura 11
I sistemi di iniezione a matarozza I sistemi ad iniezione a matarozza, sono utlizzati normalmente per stampi monoimpronta, o con poche impronte, con tirature limitate. Presentano diversi svantaggi Spreco del materiale della matarozza. Quando ii particolar é piccolo, puo essere maggiore del peso articolo Prereticolazione del materiale prima dell ingresso in figura Minore effetto della regolazione dei parametri di processo Operazioni di separazione della matarozza post-stampaggio, a volte tramite tranciatura Difficoltà / impossibilità di automazione completa del processo Sostanzialmente il vantaggio é uno solo: Minor costo degli stampi 12
I sistemi di iniezione camera fredda I sistemi ad iniezione a camera fredda, con ingresso diretto in figura, sono utilizzati normalmente soprattutto per stampi multi-impronta, ma anche per stampi monoimpronta, con alte tirature Presentano diversi vantaggi L iniezione diretta in figura elimina il problema della separazione della matarozza Non c é spreco del materiale della matarozza. Bilanciatura del flusso fra le diverse impronte (meccanica) con riduzione bave e uniformità dimensionale prodotto Possibilità di automazione completa del processo Effetto ottimale della regolazione dei parametri di processo Riduzione dei tassi di scarto e dei tempi ciclo Gli svantaggi sono: Maggior costo degli stampi Necessità di maggior esperienza / competenze nell utilizzo dei sistemi di iniezione 13
I sistemi di iniezione «ibridi» La difficoltà della scelta si pone quando abbiamo: Stampi multi-impronta Tirature non enormi. Spesso, come nell esempio degli OR dell immagine, siamo costretti ad avere molte impronte, per avere un volume minimo iniettabile. Altre volte dobbiamo necessariamente iniettare sul fianco del pezzo, ma abbiamo grandi tirature. Si possono alora realizzare dei sistemi che combinano I vantaggi delle camere fredde La necessità o l opportunità di mini -atarozze. Ogni iniettore riempie 2/4 cavità secondo le scelte tecniche. nell utilizzo dei sistemi di iniezione 14
I sistemi di iniezione «ibridi» I vantaggi sono Riduzione delle matarozze al minimo, con conseguente riduzione del materiale sprecato Vista la matarozza molto corta, si riduce l effetto di prereticolazione rispetto agli stampi tradizionali, migliorando i tassi di scarto E possibile automatizzare con maggior facilità la separazione delle matarozze con un adeguato disegno stampo. Riduzione di costo rispetto a uno stampo completamente a camera fredda con iniezione in figura Gli svantaggi sono: Presenza delle mini matarozze Iniezione talvolta da separare manualmente 15
Il «monougello» Anche negli stampi monoimpronta, di serie o pilota, é oggi possibile utilizzare l ugello freddo. ad otturatore pneumatico, montato sullo stampo assialmente all iniettore pressa. Questa soluzione permette di: Iniettare direttamente in figura, senza lasciare alcun testimone (sporgenza massima del punto di iniezione0,03mm), rendendo cosi l automazione di processo semplice e completa, non essendo più necessario riprendere il pezzo dopo lo stampaggio Avere un punto di iniezione che puo variare da dimensioni piccole, 0,5mm, fino a dimensioni molto grandi, 2mm, in modo da portare il materiale freddo fino in figura Avere un assoluta ripetibilità di processo, in quanto le regolazioni non sono influenzate dalla matarozza Un costo molto interessante rispetto ai costi delle camere fredde, facile da mmortizzare considerando il materiale risparmiato eliminando lo spreco della matarozza, ed il tempo e operazione aggiuntiva necessaria per la rifinitura del pezzo 16
Le camere fredde tradizionali Entrando in dettaglio, le camere fredde si distinguono in Camere fredde con ugelli a flusso libero Camere fredde con ugelli a otturatore ( normalmente pneumatico) Analizzando i vantaggi dell una e l altra Gli ugelli a flusso libero permettono.un interasse più piccolo di quello con otturatore pneumatico, e quindi sono consigliabili con stampi a molte impronte ( 64/128) Gli ugelli a flusso libero richiedono molta meno manutenzione Gli ugelli a otturatore permettono un arresto e un avvio di produzione più semplici e richiedono meno esperienza Gli ugelli a otturatore permettono punti di iniezione di dimensioni molto più grandi e semplificano il riempimento di articoli più pesanti Gli ugelli ad otturatore non lasciano nessun segno sul punto di iniezione, mentre gli ugelli liberi lasciano un testimone i almeno 0,2mm di altezza; ed una parte viene riiniettata ad ogni ciclo 17
Le camere fredde tradizionali Di conseguenza é consigliabile utilizzare le camere fredde ad ugelli aperti per stampi ad altissime produzioni, con 64/128 impronte, in produzione su tre turni e con pochi cambi stampo, gestiti da operatori esperti Iniezione in matarozza, sempre con operatori esperti Viceversa, é consigliabile beneficare della maggior flessibilità dei sistemi ad ugello con otturatore 18
Le camere fredde elettroniche 19
Le camere fredde elettroniche Le camere fredde ad otturatore hanno normalmente un sistema pneumatico di otturazione. Oggi presso Top Tech Italia abbiamo introdotto il sistema di gestione degli otturatori e della bilanciatura di flusso elettronico. L evoluzione nasce dall esigenza di superare i limiti nelle performance degli otturatori idraulici primi e pneumatici poi 20
Le camere fredde elettroniche Infatti l utilizzo di motori elettrici controllati elettronicamente permette : L assoluta contemporaneità di apertura e chiusura degli ugelli anche su stampi a moltissime impronte (fino a 64 oggi), eliminando i ritardi variabili delle valvole pneumatiche Ridurre gli interassi delle impronte rispetto ai cilindri pneumatici che lavorano a pressioni standard di 6/8 bar, fino ad interassi di 25mm, contro i circa 60mm precedenti Rendere possibile la regolazione e la bilanciatura dei flussi e quindi dei riempimenti delle diverse impronte, fino appunto alle 64 impronte, agendo semplicemente sulla centralina di controllo anche durante il processo di stampaggio fra un ciclo e l altro 21
Le camere fredde elettroniche Avere un assoluta ripetibilità di processo, garantità dal controllo elettronico e dai tempi di apertura e chiusura degli otturatori veloci e costanti (meno di 2 decimi di secondo!) Riduzione dei tassi di scarto soprattutto su particolari molto tecnici e leggeri Si elimina completamente la pneumatica e la regolazione meccanica manuale, eliminando una grande parte della manutenzione (i motori brushless hanno vita pressoché illimitata su queste applicazioni) Nel caso dell utilizzo di un sistema di iniezione a canale freddo elettronico su più stampi, l utilizzo di una centralina di controllo permette di memorizzare i dati relativi ad uno stampo e ricaricarli assolutamente identici dopo aver utilizzato il sitema su un altro stampo. Questo con enormi vantaggi sia produttivi, sia in processi ove il cliente finale richieda una qualificazione di processo (QO/QP) 22
Le camere fredde elettroniche In produzione Le camere elettroniche non richiedono nessuna modifica alle presse. É sufficiente fornire un alimentazione a 380 V ed un segnale pulito di inizio iniezione e fine post-pressione La centralina di controllo é touch screen, di utilizzo semplice e intuitivo 23
GRAZIE E ARRIVEDERCI 24
High technicality and ultra-cleanliness in the plastics industry, worldwide 25
Haute technicité et ultra-propreté en plasturgie, mondialement 26