forza di chiusura - IIS Giulio Natta

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 _01
Contenuti
IMPIANTO DI STAMPAGGIO
EVOLUZIONE del PROCESSO
EVOLUZIONE della MACCHINA
DATI CARATTERISTICI
CHIUSURA dello STAMPO
CLASSIFICAZIONE DELLE PRESSE
FORZA DI CHIUSURA
Bibliografia
De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici – Hoepli - 2004
Bertacchi G. Manuale dello stampaggio progettato – Tecniche nuove - 2002
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IMPIANTO DI STAMPAGGIO: SISTEMA COMPLETO
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Sistema completo di
stampaggio
Miscelazione (Blending)
Essiccazione (Drying)
Caricamento (Hoppering)
Regolazioni (Metering)
Plastificazione
(Plastication)
Iniezione (Injection)
Raffreddamento (Cooling)
Estrazione (Ejection –
clamping unit)
2. Unità di governo
Descrizione
(Control unit)
2. Materiali,pigmenti,ausiliari,riciclat
o
3. Forno ad aria – deumidificatore
4. Tramoggia = Hopper
5. Regolaz. Velocità – pressione
6. Vite + Fasce Riscaldanti
7. Vite (Screw)
8. Centralina di condizionamento
9. Gruppo apertura – estrazione –
chiusura
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EVOLUZIONE DEL PROCESSO
Le fasi di Miscelazione (Blending) Essiccazione (Drying) Caricamento (Hoppering) sono oggi
integrate nel sistema di trasporto (mecc. – pneum.) in sostituzione dei barrel blender
(mescolatore a barili) e del forno (oven) a cassetti (ormai scomparso).
La regolazione dei parametri di processo è passata dalla semplice impostazione di un valore
di pressione alla possibilità di impostare profili di pressione e di velocità molto precisi.
Il raffreddamento (Cooling)
viene oggi affrontato con
maggiore attenzione
(occupa gran parte del
ciclo totale). La
progettazione dei canali
nello stampo è sviluppata
con l’uso strumenti di
calcolo.
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L’estrazione (Ejection –
clamping unit)
tradizionalmente a caduta
è oggi gestita da
manipolatori di vario tipo
ai quali sono affidati anche
compiti di separazione
della materozza, di
assemblaggio o
imballaggio
finale.
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EVOLUZIONE DELLA MACCHINA: LA PRESSA A VITE



Macchina costituita da un cilindro. Il materiale viene plasticizzato nel cilindro e
successivamente iniettato col moto dello stantuffo.
Macchina costituita da due cilindri. Si ottimizza il tempo ciclo: mentre un cilindro inietta il
fuso nello stampo, l’altro plasticizza il materiale (riscaldamento resistenze elettriche .
Macchina costituita da un cilindro e un estrusore a vite. La differenza è nella fase di
fusione che qui è svolta dall’estrusore e non da un cilindro riscaldato.
Nelle presse moderne non ci sono
cilindri. Le due funzioni di
plasticazione e iniezione sono svolte
dalla vite (estrusore)
•
•
•
•
•
Compiti della pressa a vite
Chiudere lo stampo
Fluidificare il materiale
Iniettarlo nello stampo
Aprire lo stampo
Espellere i pezzi
Struttura della pressa
2 PIASTRE FISSE – collegate da 4 COLONNE – 1 PIASTRA MOBILE (tra le due fisse
scorrevole sulle colonne) – 2 semi stampi (1 fisso + 1 mobile). 1 SISTEMA DI
AZIONAMENTO (per chiusura apertura stampo). 1 ESTRUSORE A VITE – 1 AZIONAMENTO
MECCANICO per la rotazione della vite + 1 AZIONAMENTO IDRAULICO per la traslazione
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Giovanni
della
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DATI CARATTERISTICI DELLA PRESSA A VITE
TAGLIA – o forza massima di chiusura dello stampo espressa in kN
(1 kN = 0.1 ton)
Volume massimo d’iniezione in cm3 è pari al volume della camera di
accumulo in testa alla vite.
Portata massima d’iniezione in cm3 / s è calcolata in base alla velocità di
traslazione della vite.
Portata massima di plastificazione espressa in g/s è valutata in base ai
polimeri di riferimento PS (polistirene) per i TP e PF (fenolica) per i TI.
Valori elevati del parametro rispetto al volume della stampata comportano tempi di
attraversamento eccessivi con pericolo di degrado del polimero.
Passaggio tra le colonne è il parametro che stabilisce la massima
dimensione dello stampo che può essere montato. (con stampi piccoli le
piastre si possono flettere fino a far rompere le colonne coprire il 70%
dell’area)
Hopper
Pressione massima d’iniezione pB in MPa è data dal
prodotto della pressione dell’olio nello stantuffo (pHC )
per il rapporto tra l’area dello stantuffo(AHC ) e quella
Hidraulic Cylinder
Barrel
pHC
della sezione retta della vite (AV ) raggiunge valori
dei 200 MPa.
pdell’ordine
B
pB = pHC x (AHC/AV)
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CHIUSURA DELLO STAMPO: TIPOLOGIE
La chiusura dello stampo può essere:
 OLEODINAMICA DIRETTA
 IBRIDA ( CILINDRO OLEODINAMICO + LEVE MECCANICHE)
Chiusura oleodinamica
In questo caso il cilindro è cavo e l’olio
agisce su due diverse superfici.
Una piccola per la velocità (Q=S v)
una grande per la forza di chiusura (F
= p S) [ p = 140 – 200 bar]
Chiusura ibrida
In questo caso, a parità di azionamento
idraulico, il dispositivo a ginocchiera
moltiplica la forza di chiusura di circa 25
volte.
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CHIUSURA a GINOCCHIERA (VANTAGGI)
La chiusura a ginocchiera è vantaggiosa
dal punto di vista della corsa
X
X2 [mm]
Testa a croce
X1 [mm]
Il semistampo mobile durante
la chiusura si accosta con
piccoli spostamenti (X2) a
fronte di grandi spostamenti
della testa a croce (X1).
A stampo chiuso (X2 =0) la
testa a croce X1 si sposta da
350 a 420 mm “stirando” le
colonne.
[m/s]
e dal punto di vista cinematico
V2
La velocità v2 del semistampo mobile
aumenta fino a circa metà corsa dello stantuffo (testa
a croce)
X1 [mm]
quindi diminuisce - lo stampo rallenta - e in fase di
chiusura l’accostamento avviene in modo quasi
statico.
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CLASSIFICAZIONE PRATICA DELLE PRESSE
Le presse possono essere classificate in base alla forza di chiusura
che sono in grado di esercitare [“Taglia” della pressa]
Le Taglie della presse sono:
1. Forza di chiusura
< 1.000 kN ( 100 ton)
diretta
2. Forza di chiusura
< 10.000 kN ( 1.000 ton)
ibrida
3. Forza di chiusura
> 10.000 kN ( 1.000 ton)
ibrida
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chiusura
chiusura
chiusura
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FORZA DI CHIUSURA (esercitabile dalla pressa)
RELAZIONE tra
Ginocchiera a 3 punti
p
F (spinta dello stantuffo) e
Q (forza di chiusura)
D
F=pS
Piastra
fissa
Piastra
mobile
F
F
N
a
 N

T
Q
Ipotesi
Le aste di pari lunghezza = a
La reazione delle guide è pari a
N = F/2
Dal triangolo delle forze T-Q-N si ricava
N = Q tan 
Uguagliando (N)
F/2 = Q tan 
Ovvero
[3.5]
Q = F / 2 tan 
Per  = 0 ; [1/ tan      
Ovvero la posizione di chiusura con aste allineate sarebbe irraggiungibile; cosa che in
realtà si verifica poiché il sistema è deformabile. La relazione [3.5] è utile per una
valutazione approssimata della forza F da applicare ponendo  = 1°
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FORZA DI CHIUSURA (esempio di calcolo)
p
Dati
p = 150 bar = 15 MPa
D = 180mm
D
F=pS
Piastra
fissa
Piastra
mobile
FF
N
a
 N
T
Q
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calcoli
S =  d2 / 4 = 25.434mm2 =0,025m2
F = 15 MPa x 0,025m2
= 0,38 MN = 382 kN = 38,2 ton
Q = F/2 tan        
= 382 / 0,0174 = 10.934 kN = 1.093
ton
Conclusione
la ginocchiera produce una moltiplicazione
della forza di chiusura di circa 30 volte (pari
al rapporto 1.093/38,2)
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FORZA DI CHIUSURA (necessaria)
La forza necessaria per la chiusura dello stampo dipende dalle
dimensioni e numero di impronte e dalla pressione del fuso
nell’impronta.
Step di calcolo:
 Determinazione dell’area (A) della figura proiettata sul piano
perpendicolare alla direzione di apertura dello stampo;
 Prodotto dell’area A per la pressione la pressione massima
d’iniezione (pi). [ In teoria la pressione da considerare sarebbe quella
del fuso nell’impronta e non la pressione massima]
 Il risultato si maggiora poi, per maggior sicurezza, del 15 –
20%.
Nel caso di stampi multimpronta l’area da considerare è la
sommatoria di tutte
le figure.
Direzione
apertura stampo
Area proiettata (piano perp. apertura)
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FORZA DI CHIUSURA (misurazione)
Per la misurazione della forza effettiva di chiusura dello stampo si utilizzano metodi
indiretti. Il parametro misurato è l’allungamento subito dalle colonne in quanto
soggette alla sollecitazione di trazione generata dalla forza di chiusura.
I metodi di misurazione dell’allungamento sono: a) estensimetrico – b) a ultrasuoni
Misurato l’allungamento si può calcolare la forza di trazione e quindi quella di chiusura:
A = p D2 / 4
F
L0
Dalla equazione di stabilità a trazione:  = F / A per la relazione di Hooke
 = E 
uguagliando: F / A = E   essendo  = L / L0 sostituendo si ricava la forza su ciascuna
colonna:
F = E A L / L0
Nell’ipotesi che la forza si ripartisca uniformemente sulle 4 colonne: Fch = 4 F
ove:  = allungamento a trazione - E   modulo di Young (per acciai 210.000 MPa=N/mm2)
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