Come funziona lo stampaggio a iniezione della plastica?

Lo stampaggio a iniezione è una tecnica di produzione molto diffusa e utilizzata per creare pezzi in plastica in grandi volumi con design e specifiche complesse. Ma come funziona esattamente questo processo? Come professionista produttore di stampaggio a iniezione di plasticavi aiuterò a scoprirlo.

Che cos'è lo stampaggio a iniezione?

Lo stampaggio a iniezione è un metodo di produzione di parti in plastica attraverso un processo ciclico. Il materiale plastico prepesato in forma granulare viene fuso e iniettato ad alta pressione in uno stampo metallico per dargli la forma desiderata. Una volta che la plastica fusa si solidifica e si raffredda all'interno dello stampo, il prodotto finale è un pezzo termoplastico di forma netta che soddisfa le specifiche di progetto.

L'attrezzatura di alta precisione utilizzata si chiama stampo a iniezione: conferisce alla plastica la sua forma unica e deve essere progettata specificamente per ogni prodotto. Lo stampo è costituito da due parti principali: cavità e anima, insieme a componenti come linee di raffreddamento, perni di espulsione, ecc. Quando vengono chiusi insieme sotto pressione, formano la cavità dello stampo in cui viene iniettata la plastica fusa durante il processo di stampaggio.

Comprendere il processo di stampaggio a iniezione

Il processo di stampaggio a iniezione può essere suddiviso in quattro fasi fondamentali:

1. Serraggio
2. Iniezione
3. Raffreddamento
4. Espulsione

Fase 1: serraggio

Durante il bloccaggio, le metà dello stampo vengono chiuse saldamente dall'unità di bloccaggio per evitare perdite di materiale quando la plastica fusa viene iniettata ad alta pressione.

I sistemi di bloccaggio idraulici, meccanici o idraulico-meccanici forniscono la forza necessaria per mantenere lo stampo saldamente chiuso fino al completo raffreddamento e solidificazione della plastica fusa all'interno. Un tonnellaggio di serraggio sufficiente assicura una chiusura ermetica lungo le linee di divisione dello stampo.

Fase 2: iniezione

Con lo stampo chiuso e pronto, inizia la fase di iniezione. Qui, il tipo di materiale plastico desiderato, solitamente in forma di pellet, viene alimentato per gravità da una tramoggia nel cilindro riscaldato della pressa a iniezione.

All'interno del cilindro si trova una lunga vite che ruota per fondere, miscelare e raccogliere la plastica, grazie al riscaldamento conduttivo e meccanico indotto dalla sua rotazione. La plastica fusa viene quindi iniettata ad alta pressione attraverso l'ugello e nelle porte dello stampo, nelle guide e nelle cavità fino a riempire tutti gli spazi.

La velocità e la pressione devono essere adeguatamente mantenute durante la corsa di iniezione per garantire che tutti gli spazi vuoti all'interno dello stampo (materozze, guide, cavità, ecc.) vengano riempiti senza essere ostruiti.

Fase 3: raffreddamento

Durante il raffreddamento, il materiale plastico fuso si solidifica gradualmente nella forma finale desiderata, dissipando il calore attraverso i canali di raffreddamento dello stampo. Questo periodo di raffreddamento è necessario prima di aprire le piastre dello stampo per rivelare la parte finale in plastica.

Liquidi a base di acqua o olio vengono fatti circolare attraverso linee di raffreddamento che circondano ogni cavità per aiutare a rimuovere il calore dalla plastica fusa calda al suo interno. L'impianto di raffreddamento deve essere regolato in modo adeguato per garantire un raffreddamento sufficiente senza congelare o deformare i componenti.

Fase 4: espulsione

Nella fase finale, una volta raffreddato a sufficienza, lo stampo si apre e viene separato in cavità e nucleo grazie ai perni di espulsione. In questo modo le parti in plastica completamente solidificate vengono espulse comodamente.

In questa fase viene rimossa dall'utensile anche l'eventuale plastica residua rimasta nelle guide dello stampo, dette corridori. I pezzi stampati a iniezione finiti possono presentare alcuni difetti di finitura, per cui può essere necessaria una post-lavorazione come la rifilatura con CNC.

E il processo ciclico ricomincia dalla fase di serraggio!

Come funzionano le macchine per lo stampaggio a iniezione

Le sofisticate macchine per lo stampaggio a iniezione sono necessarie per eseguire questo processo fondamentale in modo preciso e ripetuto per la produzione di massa di componenti in plastica.

Queste unità dedicate hanno tre sezioni principali:

1. Unità di serraggio

Ospita le piastre di contenimento degli stampi per mantenerli chiusi e allineati prima o durante l'iniezione.

2. Unità di iniezione

Fonde la resina plastica e inietta il polimero fuso nelle cavità attraverso l'alta temperatura e la pressione.

3. Stampo

Utensili sagomati tenuti tra le piastre con l'impronta dei dettagli del rilievo negativo del pezzo.

I controllori di processo programmabili avanzati controllano finemente vari parametri di lavorazione come il riscaldamento, il numero di giri della vite, l'impianto idraulico, ecc. Ciò consente di regolare con precisione caratteristiche come il tasso di plastificazione, le dimensioni dei pallini, i profili di iniezione e le pressioni.

L'automazione rende lo stampaggio a iniezione altamente ripetibile per la produzione di massa, mantenendo al contempo un rigoroso controllo della qualità dei complessi pezzi in plastica di precisione.

Materiali comuni utilizzati

Anche se diversi materiali possono essere utilizzati per lo stampaggio a iniezione, alcuni di quelli più comuni sono ABS, acrilico, nylon, policarbonato e polipropilene. Ognuno di essi ha proprietà uniche che lo rendono adatto a determinate applicazioni.

ABS - Acrilonitrile Butadiene Stirene ha un'elevata resistenza agli urti unita a tenacità, rigidità e stabilità termica. Elettrodomestici, interni di automobili e prodotti di consumo utilizzano ampiamente lo stampaggio a iniezione dell'ABS.

Policarbonato - Grazie all'impareggiabile trasparenza e alla resistenza al calore e agli urti, il policarbonato è adatto alle applicazioni che richiedono tale resilienza. Dai pannelli in vetro antiproiettile alle forniture mediche e ai CD, le parti in policarbonato sono stampate.

Nylon - L'eccellente rapporto forza-peso, la lubrificazione naturale, la resistenza all'abrasione e l'inerzia chimica fanno del nylon una scelta frequente per lo stampaggio. Ingranaggi, camme, cuscinetti, impianti idraulici/automobilistici speciali sono spesso realizzati mediante stampaggio a iniezione di nylon.

E molti altri ancora: PBT, POM, PMMA acrilico, HDPE, LDPE, PP, PS, PPS, PEEK, ecc.

Considerazioni chiave sulla progettazione

Per rendere i pezzi stampabili a iniezione producibili con efficienza, è necessario prendere in considerazione diverse regole di progettazione critiche:

Spessore della parete costante - La variazione dello spessore delle pareti provoca un restringimento non uniforme, con conseguenti deformazioni e segni di affossamento. Mantenendo uno spessore quasi uniforme si ottiene un raffreddamento costante.

Angoli generosi e raggiati - Gli angoli acuti a 90 gradi hanno un impatto negativo sul flusso del materiale. Gli ampi filetti migliorano il riempimento e garantiscono una resistenza adeguata.

Bozza su facce verticali - Un tiraggio anche marginale facilita l'espulsione dei pezzi dopo il processo di stampaggio a iniezione senza deformare le superfici dei pezzi.

Tiri centrali non vincolati - Le anime laterali, le guide devono avere un asse di movimento che consenta di rientrare in modo pulito e senza ostruzioni.

Tali considerazioni progettuali consentono di ottenere cicli più rapidi, di ridurre i problemi di stabilità dimensionale e di prolungare la durata dello stampo/del componente grazie alla riduzione dell'usura.

Domande frequenti

Come vengono fusi i pellet di plastica durante lo stampaggio a iniezione?

All'interno del cilindro della pressa a iniezione, i pellet di plastica entrano nella vite rotante. Grazie al riscaldamento conduttivo della canna metallica e alle sue azioni di taglio, la resina plastica si ammorbidisce gradualmente, si scioglie e si accumula davanti alla valvola di non ritorno sotto forma di pallini.

Cosa fornisce la pressione durante lo stampaggio a iniezione?

La plastica fusa accumulata davanti alla vite viene spinta nella cavità dello stampo attraverso la pressione idraulica di iniezione che agisce sulla vite e la chiusura della valvola di non ritorno. Ciò consente l'iniezione di plastica fusa senza riflusso.

Perché il tempo di raffreddamento è fondamentale per lo stampaggio a iniezione?

Un tempo di raffreddamento adeguato garantisce la corretta solidificazione della plastica fusa iniettata all'interno delle cavità dello stampo prima dell'apertura dell'utensile. Un raffreddamento insufficiente provoca una deformazione permanente in fase di espulsione a causa della morbidezza del materiale residuo.

Quanti tipi di stampaggio a iniezione esistono oggi?

Diverse varianti dello stampaggio a iniezione si rivolgono ad applicazioni speciali di nicchia: stampaggio multimateriale, sovrastampaggio, stampaggio con inserti, stampaggio assistito da gas sono alcune tecniche in continua evoluzione.

Il futuro dello stampaggio a iniezione

Già tecnica versatile per la lavorazione dei polimeri, lo stampaggio a iniezione continua a evolversi in modo sofisticato. Con il progredire dell'automazione, le macchine diventano sempre più precise, superando le tolleranze più strette e mantenendo la costanza in milioni di pezzi. Incorporando sensori e sistemi di dati interconnessi, le reti intelligenti ottimizzano i parametri di lavorazione cruciali in tempo reale. Sfruttando questi ecosistemi di stampaggio a iniezione 4.0 auto-raffinati, le precisioni dimensionali dei pezzi saranno spinte fino al regime dei nanometri!

Conclusione

In sintesi, lo stampaggio a iniezione costituisce la spina dorsale della produzione di massa di pezzi di plastica di precisione in vari settori. Questo metodo di produzione ciclico si basa su sofisticate attrezzature per stampi in cui vengono iniettati termoplastici fusi ad alta pressione. Dopo il raffreddamento e la solidificazione, i pezzi di plastica complessi vengono espulsi, completando il processo di stampaggio.

Grazie ai rigorosi controlli di lavorazione e all'aderenza alle considerazioni progettuali, lo stampaggio a iniezione consente di ottenere un'elevata uniformità su grandi volumi, precisione e automazione. Questa tecnica di produzione versatile e ad alte prestazioni continua quindi ad acquisire importanza, rendendo accessibili a livello globale prodotti migliori!