Che cos'è lo stampaggio a iniezione di plastica? La guida completa

Lo stampaggio a iniezione di materie plastiche è uno dei processi produttivi più comuni utilizzati oggi. Dai componenti per l'auto ai dispositivi medici e all'elettronica di consumo, i componenti in plastica stampati a iniezione costituiscono una parte enorme dei prodotti che utilizziamo ogni giorno.

Ma cos'è esattamente lo stampaggio a iniezione di plastica? E come funziona questo processo per creare le parti in plastica che ci circondano?

In questa guida completa, come professionista stampaggio a iniezione di plastica Il produttore, che si occupa di tutto ciò che c'è da sapere, vi spiegherà tutto quello che c'è da sapere:

• Che cos'è lo stampaggio a iniezione di plastica?
• Il processo di stampaggio a iniezione passo dopo passo
• I diversi tipi di stampaggio a iniezione
• Macchine per lo stampaggio a iniezione di plastica
• Vantaggi e svantaggi
• Considerazioni sulla progettazione e limitazioni
• Difetti comuni nelle parti stampate a iniezione

Quindi, se volete capire esattamente cos'è e come funziona lo stampaggio a iniezione di plastica, continuate a leggere.

Che cos'è lo stampaggio a iniezione di plastica?

Lo stampaggio a iniezione di plastica è un processo di produzione ad alto volume in cui la plastica liquida viene iniettata in uno stampo a pressioni estremamente elevate. La plastica si raffredda e si solidifica nel pezzo finale.

Ecco un rapido riassunto del processo di base dello stampaggio a iniezione:

1. I pellet di plastica vengono introdotti nella macchina per lo stampaggio a iniezione attraverso una tramoggia.
2. I pellet vengono gradualmente spostati in avanti da una lunga vite rotante.
3. L'attrito e il calore ammorbidiscono i pellet mentre vengono spinti.
4. Quando i pellet raggiungono l'estremità della vite, sono plastica fusa (circa 450oF).
5. La plastica liquida viene iniettata sotto forte pressione in uno stampo d'acciaio.
6. Si raffredda rapidamente e si solidifica quando colpisce le pareti dello stampo.
7. Lo stampo si apre e il pezzo finito viene espulso.
8. Spesso sono necessarie operazioni di appassimento e finitura

Questo processo rapido e altamente automatizzato rende lo stampaggio a iniezione estremamente conveniente per la produzione di alti volumi. Il processo di stampaggio a iniezione offre anche un'estrema coerenza e ripetibilità da un pezzo all'altro, se eseguito correttamente.

Il processo di stampaggio a iniezione passo dopo passo

Ora analizziamo il processo di stampaggio a iniezione in modo più dettagliato. Seguiremo il percorso di un componente di una sedia in plastica, dai pellet di plastica al pezzo finito.

1. Morsetto di bloccaggio

La nostra macchina per lo stampaggio a iniezione contiene due metà di uno stampo in acciaio, fissate in posizione verticale. La metà fissa è saldamente bloccata contro la metà mobile "centrale".

Queste due metà dello stampo formano tutte le caratteristiche esterne del componente in plastica della nostra sedia. Rimangono ben chiuse sotto pressione per tutto il ciclo di iniezione per evitare perdite di plastica fusa ad alta pressione.

Ci sono piccoli spazi solo per le porte di iniezione e le prese d'aria. Avremo bisogno di tonnellate di pressione per iniettare la plastica liquida nella piccola cavità dello stampo.

2. L'unità di iniezione

Ora i pellet di plastica scendono a cascata da una tramoggia sopraelevata nell'unità di iniezione, costituita da un barile riscaldato e da una coclea alternata.

Quando la vite ruota e si ritira, i pellet cadono nello spazio vuoto nella parte anteriore della vite. Il calore di attrito della canna e il taglio tra i pellet ne provocano l'ammorbidimento.

3. Ricarica del colpo

I pellet di plastica si accumulano davanti alla vite, fondendosi ulteriormente grazie al calore condotto. Il volume dei pallini di plastica liquidi cresce...

Alla fine la vite smette di ruotare e inietta in avanti per erogare il colpo. A questo punto la plastica è a circa 500oF e quasi completamente fusa.

La corsa di iniezione deve essere veloce per evitare una solidificazione precoce. Il volume di iniezione viene pianificato con attenzione e con largo anticipo.

4. Iniezione nello stampo

Quando la plastica fusa entra nello stampo attraverso le materozze e le guide, l'aria della cavità fuoriesce. La pressione di iniezione raggiunge oltre 15.000 PSI!

Lo stampo rimane serrato per evitare l'infiammabilità durante il riempimento della cavità. Passiamo brevemente dal controllo della velocità al controllo della pressione al riempimento volumetrico 95% per riempire lo stampo.

La massa fusa si raffredda rapidamente a contatto con le pareti dello stampo a temperatura controllata. Quando si solidifica, il volume si riduce leggermente. Per compensare, la pressione aggiuntiva impacchetta una quantità maggiore di materiale.

5. Raffreddamento e solidificazione

Ora che il materiale è completamente imballato, la pressione viene mantenuta per alcuni secondi, mentre la porta si chiude. Al termine di questa fase di soffermarsi, la vite di iniezione rilascia completamente la pressione.

Il nostro componente in plastica si solidifica all'interno dello stampo mentre i canali di raffreddamento fanno circolare l'acqua, allontanando il calore. Il tempo di raffreddamento richiede almeno alcuni secondi, ma in genere minuti, a seconda dello spessore del pezzo e del tipo di plastica.

6. Espulsione delle parti

Infine, le metà dello stampo si separano, liberando il componente in plastica solida della sedia per l'espulsione. I perni di espulsione lo spingono dalla superficie fissa dello stampo. Alcune piccole rifiniture rimuovono le materozze o le guide.

E il gioco è fatto! Il componente in plastica della nostra sedia è pronto per le operazioni secondarie, l'imballaggio e la spedizione.

Lo stampo si richiude rapidamente e la plastica fusa viene iniettata nuovamente, riavviando il ciclo di stampaggio a iniezione. La produzione automatizzata consente di ottenere volumi enormi.

I diversi tipi di stampaggio a iniezione

Sebbene il processo di stampaggio a iniezione standard costituisca la stragrande maggioranza della produzione, alcune applicazioni richiedono tecniche modificate:

1. Stampaggio multicomponente

La produzione di parti in plastica con più materiali può offrire grandi vantaggi in termini di prestazioni. Lo stampaggio multicomponente combina plastiche diverse in un unico processo di iniezione.

Un esempio comune è l'inserimento di inserti metallici all'interno di uno stampo in plastica, eliminando l'assemblaggio secondario. Lo stampaggio multimateriale richiede tuttavia un'attrezzatura più complessa.

2. Stampaggio a iniezione con assistenza a gas

L'iniezione di azoto in pressione nella massa fusa crea canali interni cavi nelle parti stampate. Il gas sposta la plastica, espandendo gli spazi interni.

L'assistenza a gas è utile per ridurre i segni di affondamento in sezioni di plastica molto spesse. Inoltre, alleggerisce notevolmente i pezzi. Il gas pressurizzato compatta la plastica, migliorando anche la resistenza.

3. Decorazione in stampo

La decorazione in stampo applica direttamente la decorazione stampata alla superficie del pezzo in plastica durante lo stampaggio, eliminando la lavorazione secondaria. Le tecniche più diffuse sono l'etichettatura, i rivestimenti o le pellicole.

Poiché la decorazione viene incorporata e sigillata sotto uno strato di plastica trasparente, la decorazione in-mold consente di ottenere grafiche di superficie molto durevoli, resistenti all'usura, alle scheggiature o alle spellature.

Macchine per lo stampaggio a iniezione di plastica

Per le alte pressioni e il controllo preciso dello stampaggio a iniezione sono necessari macchinari sofisticati. Ecco i principali tipi di macchine per lo stampaggio a iniezione che incontrerete:

Macchine per lo stampaggio a iniezione idraulica

Le presse idrauliche hanno dominato fin dagli albori dello stampaggio a iniezione. Il fluido idraulico spinge un pistone per generare la forza di chiusura. Un motore elettrico ruota direttamente la vite di iniezione.

Pur essendo robusti e affidabili, i sistemi idraulici sono costosi da gestire a causa dell'inefficienza di pompe e motori. È difficile anche riprodurre un modello completamente elettrico.

Macchine per lo stampaggio a iniezione ibride

Le macchine ibride utilizzano la forza idraulica per il gruppo di chiusura, combinata con l'azionamento elettrico della vite. Ciò consente di migliorare notevolmente l'efficienza energetica e il controllo dell'iniezione.

Gli ibridi colmano il divario tra l'idraulica e l'elettricità. Sono più convenienti da adottare rispetto alle macchine direttamente elettriche, pur risparmiando sui costi operativi.

Macchine di stampaggio a iniezione completamente elettriche

Come suggerisce il nome, le presse a iniezione completamente elettriche utilizzano motori elettrici per 100% le loro funzioni motrici: serraggio, plastificazione e iniezione.

Praticamente ogni movimento è programmabile con precisione con le macchine elettriche. Sono possibili accelerazioni rapide, cambi di direzione istantanei e un controllo preciso della temperatura della plastica fusa.

Pur essendo molto efficienti, le macchine per lo stampaggio a iniezione completamente elettriche hanno costi iniziali molto più elevati. Il controllo preciso del processo deve giustificare il sovrapprezzo nella vostra applicazione.

Vantaggi dello stampaggio a iniezione di plastica

Ecco alcuni dei principali vantaggi che lo stampaggio a iniezione di plastica offre rispetto ad altri metodi di produzione, come ad esempio Lavorazione CNC o la stampa 3D:

Velocità di produzione estremamente elevate - Una volta che una macchina per lo stampaggio a iniezione produce pezzi, può generare centinaia o addirittura migliaia di unità all'ora. L'automazione consente di produrre 24 ore su 24.

Elevato rapporto resistenza/peso - La scelta di resine plastiche caricate con vetro o carbonio crea pezzi molto rigidi e leggeri, con una resistenza che rivaleggia con l'alluminio lavorato.

Grande precisione e coerenza dei pezzi - Le macchine per lo stampaggio a iniezione sottoposte a una corretta manutenzione producono una produzione estremamente costante. Controlli di processo rigorosi producono pezzi di dimensioni identiche.

Gamma di materie plastiche disponibili - Centinaia di materiali plastici spaziano dai rigidi nylon caricati a vetro ai morbidi vinili flessibili. Lo stampaggio a iniezione è in grado di adattarli tutti.

Costi inferiori ai volumi di produzione - Mentre gli stampi a iniezione sono molto costosi (spesso a 5 cifre), il costo incrementale dei pezzi è estremamente basso. I costi fissi vengono rapidamente ammortizzati sul volume di produzione.

Operazioni secondarie minime - Le operazioni successive allo stampaggio, come la foratura o la maschiatura dei fori, diventano superflue. Lo stampo crea invece tutte le caratteristiche necessarie.

Varietà di finiture di superficie - Dalle impugnature testurizzate agli strumenti ad alta lucentezza, l'iniezione in acciaio stampato lucido o in nichel consente di ottenere splendidi risultati.

Svantaggi e limiti

Naturalmente lo stampaggio a iniezione non è una soluzione di produzione universale. Ecco alcuni aspetti negativi da considerare:

Costi di attrezzaggio molto elevati - Come già detto, gli stampi a iniezione richiedono spesso prezzi a 5 cifre. L'aumento del volume di produzione è l'unico modo per assorbirlo.

Geometrie limitate - Le superfici sottosquadro e le variazioni estreme dello spessore delle pareti devono essere evitate. Gli incavi profondi richiedono anime pieghevoli, aumentando notevolmente il costo degli utensili.

Tolleranze superiori a +/- 0,005 pollici sono difficili da realizzare - La lavorazione di parti in plastica dopo lo stampaggio diventa necessaria per applicazioni di precisione come cuscinetti, boccole o parti mediche.

Alcune limitazioni di dettaglio - Le nervature strette di spessore inferiore a 0,015 pollici o i raggi più stretti di 0,010 pollici non si riempiranno in modo affidabile. Questi dettagli sottili richiedono ulteriori considerazioni.

Potenziale degradazione molecolare - I ripetuti cicli di lavorazione e il materiale rimacinato possono ridurre le prestazioni meccaniche nel tempo, poiché le catene polimeriche si accorciano.

I cambiamenti di colore richiedono lo spurgo - Il cambio di resina o di colore richiede uno spurgo completo del cilindro per evitare la contaminazione. Questo tempo di inattività riduce la produzione fino alla stabilizzazione del colore.

Considerazioni e regole di progettazione

Un'attenta pianificazione delle parti in plastica e degli stampi a iniezione fin dall'inizio eviterà problemi in seguito.

Ecco alcune linee guida per la progettazione delle migliori pratiche per consentire uno stampaggio a iniezione efficace:

Spessori uniformi delle pareti - Come già detto, le variazioni drastiche di spessore portano a un raffreddamento non uniforme e a un ritiro problematico. Per ottenere tempi di ciclo brevi, le pareti e le nervature non devono avere uno spessore superiore a 0,125 pollici.

Angoli a raggio generoso - Gli spigoli vivi fungono da concentratori di sollecitazioni e da inibitori del riempimento. Tutti gli angoli devono avere un raggio pari ad almeno 10% dello spessore della parete.

Angoli di sformo per un'espulsione più facile - Le superfici verticali richiedono un angolo di sformo di almeno 1-2° per poter uscire dallo stampo in modo pulito. Un tiraggio maggiore migliora ulteriormente le prestazioni dello stampo e la deformazione dei componenti.

Evitare variazioni superiori a +/- 0,003 pollici - Dimensioni coerenti consentono il riempimento completo della cavità. I contorni e le pareti devono essere conformi alla geometria del pezzo.

Ridurre al minimo i sottosquadri - Le geometrie rientranti richiedono il collasso dei componenti centrali per liberare la parte in plastica, con un notevole aumento dei costi di attrezzaggio.

Individuare le porte per un riempimento più semplice - La posizione dei cancelli influenza notevolmente i modelli di riempimento. La collocazione dei cancelli in corrispondenza dell'elemento più spesso consente di raggiungere la velocità di iniezione più elevata senza congelamento precoce.

Difetti comuni nelle parti stampate a iniezione

Nonostante i migliori sforzi, i componenti stampati a iniezione presentano ancora spesso piccoli difetti. Ecco alcuni dei più comuni:

Flash - Il materiale in eccesso fuoriesce lungo la linea di divisione dello stampo prima del corretto serraggio. La fuoriuscita di materiale indica un tonnellaggio insufficiente o problemi di allineamento.

Segni di lavandino - Depressioni localizzate dovute alla contrazione da raffreddamento nelle sezioni di plastica più spesse. Gli avvallamenti compaiono quando il volume del materiale si riduce all'aumentare della densità.

Curvatura - La distorsione da torsione causata da un restringimento non uniforme della geometria della parte stampata a iniezione durante il raffreddamento.

Linee di saldatura - Segno di testimonianza visibile lungo i fronti del flusso di fusione da due punti di iniezione. Le linee di saldatura hanno un aspetto diverso dalle aree circostanti, ma raramente influiscono sulle prestazioni.

Jetting - Onde visibili del fronte di flusso causate da velocità di iniezione più elevate. Il jetting si verifica quando il metallo fluisce in uno spazio vuoto improvviso all'interno dello stampo.

Segni di bruciatura - Macchie scolorite o carbonizzate dovute a plastica eccessivamente calda. La decomposizione suggerisce temperature del barile troppo elevate per una determinata resina.

Colpo corto - Riempimento incompleto dello stampo. I pezzi corti espongono la linea di saldatura e indicano una pressione di riempimento dell'iniezione o una forza di chiusura inadeguata.

Un'attenta progettazione di stampi e componenti riduce al minimo questi difetti. Ma quando i problemi inevitabilmente si presentano, la modifica delle pressioni di iniezione, dei tassi di riempimento e delle temperature dello stampo può correggere molti problemi.

Conclusione

Lo stampaggio a iniezione di materie plastiche offre un'efficienza produttiva senza pari per volumi di produzione estremamente elevati. Consente la fabbricazione rapida ed economica di componenti in plastica con uno stretto controllo dimensionale per milioni di cicli.

Sebbene non sia certamente adatto alle basse produzioni, lo stampaggio a iniezione offre precisione e risparmio in scala. Basta tenere conto dei limiti di progettazione e i pezzi stampati a iniezione serviranno egregiamente la vostra applicazione!

Il processo di stampaggio a iniezione utilizza macchinari specializzati per fondere e iniettare termoplastici in uno stampo in acciaio ad alta pressione. Questo processo automatizzato e continuo consente di ottenere pezzi in plastica con una conformità dimensionale di precisione in grandi quantità.

Spero che questa guida vi abbia fornito una comprensione utile di cosa sia esattamente lo stampaggio a iniezione della plastica e di come sia diventato una tecnologia di produzione essenziale in tutto il mondo. Fatemi sapere se avete altre domande sullo stampaggio a iniezione a cui posso rispondere!