Gli stampi per lo stampaggio a iniezione

Quando si parla di stampaggio a iniezione, lo stampo a iniezione è di certo uno dei primi strumenti tra quelli coinvolti nel processo a cui si pensa. Infatti, lo stampo a iniezione ricopre un ruolo fondamentale in quanto determina la forma del pezzo da realizzare. Parlare di stampi per lo stampaggio a iniezione è piuttosto complesso, ma in questo articolo proporremo una panoramica che introduce gli aspetti essenziali di questa attrezzatura.

COSA SONO GLI STAMPI PER LO STAMPAGGIO A INIEZIONE

In generale possiamo affermare che lo stampo a iniezione è una matrice costituita da due semistampi. Uno di questi semistampi viene posizionato nella cosiddetta “zona di plastificazione” della pressa e prende il nome di parte fissa. Quest’ultima in gergo è nota anche come “femmina” o “matrice”. L’altro semistampo si trova invece nel “gruppo di chiusura” ed è chiamato parte mobile o “maschio” o ancora “punzone”.

Come già accennato, lo stampo determina la forma del pezzo. Infatti, all’interno dello stampo si ricavano le cosiddette cavità (o figure o impronte). Queste, una volta riempite dal fuso e dopo un adeguato raffreddamento, danno vita al componente.

Oltre alle figure, lo stampo può anche essere costituito da svariati altri elementi, ad esempio espulsori, sfiati ed eventuali movimenti (sliders, lifters) per l’espulsione del pezzo.

Nei prossimi paragrafi spiegheremo in modo più approfondito questi ed altri elementi in genere presenti all’interno di uno stampo.

GLI STAMPI PER LO STAMPAGGIO A INIEZIONE: COME SONO FATTI

I materiali di costruzione degli stampi a iniezione

Prima di addentrarci in un’analisi più profonda della struttura degli stampi per lo stampaggio a iniezione, vediamo quali sono i materiali in genere impiegati per la loro costruzione:

• l’acciaio, che può essere legato, temprato, bonificato o nitrurato a seconda di tutta una serie di fattori ed esigenze. Ad esempio, potrebbero essere necessarie particolari resistenze chimiche o a corrosione e/o ad abrasione. Determinati polimeri o additivi aggressivi possono infatti comportare un forte deterioramento dei canali o delle figure dello stampo. Oppure ancora, possono essere richiesti parametri di tolleranza piuttosto rigidi e severi per stampi a lunga vita (5+ anni), che prevedono centinaia di migliaia o milioni di cicli;
• l’alluminio, per stampi prototipali o che prevedono un numero massimo di cicli nell’ordine di alcune migliaia. Si tratta di stampi che hanno una vita di pochi anni e tirature limitate. La lavorazione dell’alluminio è più rapida rispetto a quella per l’acciaio e questo permette un risparmio sui tempi di lavorazione e quindi anche sul costo dello stampo.

Pertanto, la scelta del materiale di costruzione di uno stampo dipende da svariati fattori. Di solito, il progettista deve acquisire tutta una serie di informazioni relative al pezzo da stampare per definire il materiale di costruzione più adatto.

Come vengono lavorati gli stampi per lo stampaggio a iniezione

In linea di massima, lo stampo si realizza tramite lavorazione meccanica di acciai o allumini.

In genere si lavora per asportazione di materiale ferroso, con processi quali, ad esempio, fresatura CNC ad alta velocità, elettroerosione (EDM) per le parti più sottili e complesse, rettifiche e taglio a filo EDM-WIRE. Le impronte che determinano la geometria del pezzo e l’estetica del componente vengono poi trattate con goffrature o finiture. Queste si apportano mediante fotoincisione da specialisti del settore, come Standex, Pelplastic, Eschmanntextures, Novatex.

LA STRUTTURA BASE DI UNO STAMPO A INIEZIONE: PARTE FISSA E PARTE MOBILE

Come visto all’inizio dell’articolo, lo stampo è composto di due “semigusci”, che presentano ciascuno diverse caratteristiche:

• la parte fissa: parte dello stampo composta da varie piastre con funzioni di isolamento, fissaggio e sostegno del tassello che contiene la semiforma “femmina” del pezzo. Al suo interno troviamo il canale d’ingresso del fluido plastificato. Se lo stampo è a canale freddo, la parte fissa conterrà il condotto per la materozza. Se invece è a camera calda, conterrà la camera calda, ovvero un assieme di piastre che racchiudono una serie di canali mantenuti caldi per evitare che il fuso solidifichi nel canale di iniezione.
• la parte mobile: di solito è il semistampo più complesso poiché contiene tutta una serie di meccanismi necessari all’estrazione del pezzo stampato. La parte mobile dello stampo presenta una piastra di fissaggio dotata di fori passanti che servono per lo scorrimento delle colonne che movimentano il tavolino di estrazione.

Il tavolino è una piastra mobile a cui sono fissati gli estrattori, ovvero delle colonnine cilindriche che spingono il pezzo fuori dalla metà stampo. Gli estrattori presenti nella parte mobile dello stampo scorrono in fori passanti che attraversano l’ultima piastra. In essa, è intassellata la semiforma “maschio” del pezzo, così da estrarre il pezzo alla fine del ciclo.

Stampi a canale freddo, stampi a canale caldo: le differenze

A seconda delle esigenze di stampaggio, è possibile optare per due diversi sistemi di iniezione del termoplastico fuso nello stampo:

1. il sistema a canale freddo: si può affermare che lo stampaggio sia nato con questo tipo di canale. Questo sistema, infatti, viene talvolta chiamato anche “tradizionale”. Il fuso passa attraverso il canale di iniezione che distribuisce ed inietta il materiale termoplastico nelle cavità. Il fuso poi raffredda e la materozza – intesa come sfrido di produzione – si estrae dallo stampo assieme al pezzo;
2. il sistema a canale caldo: è costituito dalla presenza di una camera calda inserita nella parte fissa dello stampo. Il fuso raggiunge la cavità in modo diretto o si ramifica per iniettare nelle diverse cavità. La materozza è in genere assente.

Nella camera calda sono presenti delle resistenze elettriche che scaldano i canali caldi che convogliano il fuso. Le resistenze sono controllate dall’esterno, per mezzo di termocoppie. Grazie ad una centralina, si può impostare la temperatura dei vari set di resistenze e controllare la corrente per preservare l’integrità delle resistenze.

COSA INCIDE SUI COSTI DI REALIZZAZIONE DELLO STAMPO

Va premesso che, in base a tipologia di stampo e scelta delle relative soluzioni di stampaggio, i costi possono variare anche piuttosto sensibilmente. I fattori che possono incidere sul prezzo degli stampi sono:

• complessità della geometria del pezzo: più la struttura è articolata, maggiore sarà il costo dello stampo;
• numero di cavità/figure: all’aumentare delle figure presenti sullo stampo, aumenta anche il costo di progettazione. Tuttavia, va segnalato l’aumento di produttività della macchina;
• presenza di sottosquadri: ove possibile, gli elementi che non permettono l’adeguata estrazione del pezzo vanno eliminati. La presenza di sottosquadri porterebbe infatti alla rottura del componente in fase di estrazione;
• tipo e posizionamento dei canali di alimentazione: negli stampi a canale caldo calano sia il tempo di propagazione del fuso che quello di raffreddamento (quindi diminuisce anche il tempo ciclo). Per contro, aumenta il costo dello stampo per la maggior complessità del sistema di iniezione. Lo schema a canale freddo, a fronte di un leggero aumento del tempo ciclo, comporta minori costi di produzione;
• materiale utilizzato per realizzare lo stampo: a seconda che sia realizzato con un determinato tipo di acciaio o in alluminio, il costo dello stampo varia sensibilmente. In fase di progettazione, è bene selezionare il materiale più adatto in base alle caratteristiche del componente da stampare. Così facendo, si può individuare il miglior compromesso tra tipologia e qualità del materiale, fattibilità e costo;
• tipo e posizione degli estrattori;
• tipo e posizione dei canali di raffreddamento;
• tipologia e disposizione dei dispositivi di sfiato;
• grado di finitura superficiale da ottenere. Più il componente richiede texture particolari ed elaborate, maggiore è il costo finale dello stampo.

In uno scenario ottimale, progettista, stampista, stampatore e cliente lavorano in co-design, confrontando tutti questi aspetti e individuando le soluzioni adatte a realizzare lo stampo nel modo più efficiente possibile.

STAMPI PER LO STAMPAGGIO A INIEZIONE – CONCLUSIONI

In conclusione, come abbiamo potuto vedere in questo articolo, gli stampi sono attrezzature davvero complesse e articolate. Infatti è necessaria una accurata e attenta progettazione al fine di realizzare uno stampo che offra il giusto compromesso tra produttività ottimale e costi adeguati.

Bemar Plast è in grado di seguire la progettazione e la realizzazione di uno stampo a 360 gradi, a partire dallo studio di fattibilità fino alla realizzazione dello stampo per la produzione in serie, offrendo inoltre il relativo servizio di stampaggio a iniezione.