IT201600103914A1 - Stampo lamellare per stampaggio di materie plastiche - Google Patents

Description

STAMPO LAMELLARE PER STAMPAGGIO DI MATERIE PLASTICHE;

La presente invenzione riguarda sostanzialmente il settore dello stampaggio di materie plastiche.

Per processo di stampaggio ad iniezione di materiali termoplastici, si intende la trasformazione di un polimero in forma di granuli in un manufatto con forma definita.

Lo stampaggio ad iniezione è un processo di produzione industriale del tipo a fusione, in cui materiale plastico allo stato liquido viene immesso in una forma permanente detta stampo, mediante una forza di "iniezione".

Questa trasformazione dallo stato solido allo stato liquido è ottenuta con un processo termico a cui viene dato il nome di plastificazione, che rende fluido il materiale. Il processo di stampaggio continua con un’iniezione ad alta pressione in una cavità “stampo” e termina con l’estrazione dell’oggetto stampato, dopo la solidificazione effettuata per raffreddamento nella forma dello stampo stesso.

Generalmente, l'iniezione avviene a pressioni elevate ed a temperature che consentono lo scorrimento del materiale "plastificato" in un’apposita sezione della pressa stessa.

Gli stampi vengono tenuti chiusi idraulicamente o meccanicamente in macchine dette presse per lo stampaggio.

E’ opportuno notare che lo stampaggio ad iniezione è uno dei processi con il più alto “time to market”, in quanto il prodotto sviluppato viene industrializzato solo dopo aver individuato la soluzione tecnologicamente più appropriata sia dal punto di vista economico che tecnico.

Si può affermare che lo STAMPO rappresenta il cuore dello stampaggio ad iniezione: contiene, infatti, le impronte che daranno la forma al prodotto finito, oltre ai canali di alimentazione, al sistema di condizionamento, agli estrattori. Fondamentalmente, è costituito da due parti: una piastra mobile (maschio) ed una piastra fissa (femmina), sulle quali sono realizzate le impronte.

Sia il “product design” che il “mould design” avviene solitamente utilizzando dei sistemi CAD in 3D con il supporto di software di simulazione FEA. A volte, per alcuni prodotti è necessario realizzare degli stampi pilota per piccole serie, sia in acciaio sia in lega di alluminio, secondo le necessità.

L’industrializzazione del progetto, e quindi la realizzazione dello stampo, avviene attualmente mediante tecniche di asportazione di truciolo alle macchine utensili a controllo numerico, oppure attraverso un processo di elettroerosione. Questa ora descritta, è la fase di industrializzazione che incide maggiormente sul “time to market” e sul costo complessivo del progetto.

Le altre voci di costo rilevanti, sono quelle relative ai materiali, che usualmente sono dei materiali forgiati in monoblocco.

Per ridurre la fase di asportazione truciolo, solitamente si prevede di acquistare dei blocchi di acciaio forgiati e bonificati di dimensioni “customizzate”, al fine di avere quanto meno sfrido possibile e di ridurre quindi i costi di lavorazione e di asportazione truciolo.

In altro aspetto di rilievo è quello dell’approvvigionamento dei materiali necessari alla realizzazione di uno stampo, che prevede una attività di ricerca sul mercato presso vari distributori al fine di trovare i materiali di dimensioni quanto più vicine agli ingombri finali dello stampo. Quando ciò non è possibile si provvede a richiedere direttamente in fonderia un blocco di dimensioni adeguate.

Uno dei problemi attualmente noti è il fatto che nel caso in cui i blocchi di acciaio bonificato necessari per lo stampo abbiano uno spessore superiore ai 600 mm, si presentano in ogni modo una differenza di durezza tra la parte esterna e quella più interna (cuore).

Inoltre, un’altra delle problematiche riscontrate è il fatto che all’interno del blocco possono essere presenti delle soffiature o delle tensioni residue. Le prime sono rilevabili ad un esame agli ultrasuoni le seconde invece no. Questo fa sì che più i blocchi sono grandi, più il prezzo al Kg è alto perché aumentano esponenzialmente le possibilità di difetti.

In uno stampo per lo stampaggio ad iniezione tradizionale, è indispensabile prevedere un impianto per l’esportazione del calore, al fine di avere sempre una temperatura omogenea in tutte le zone dello stampo e di ridurre al minimo il tempo di raffreddamento del pezzo formato. Il sistema di raffreddamento, consiste sostanzialmente in una pluralità di passaggi (cioè di condotti), realizzati all’interno dell’acciaio, ad una distanza prestabilita dalle superfici stampanti che sottraggono il calore derivante dal raffreddamento del polimero.

Scopo principale della presente invenzione, è quello di superare i problemi suddetti fornendo un innovativo stampo dotato delle caratteristiche specificate nella rivendicazione 1.

Secondo la presente invenzione, si prevede di realizzare gli stampi sopra descritti, o parte di essi, utilizzando – in alternativa al pezzo pieno – delle lamine di acciaio sovrapposte aventi uno spessore tale per cui non sia necessaria una lavorazione mediante asportazione di truciolo.

In particolare, secondo il trovato si prevede di costruire una matrice stampo, o parte di essa, utilizzando delle lamine stratificate di acciaio opportunamente tagliate, a puro titolo esemplificativo, mediante taglio laser o punzonatrice o taglio ad acqua.

I vantaggi che derivano da tale innovativa soluzione sono molteplici e tra questi si ritiene opportuno segnalare:

1. Estrema facilità nel reperimento dei materiali in quanto si opera su lamine di spessore ridotto e di misure commerciali standard. Si passa da parti di stampi realizzate da monoblocco a parti realizzate mediante la sovrapposizione di una pluralità di lamiere opportunamente tagliate.

2. Possibilità di incrementare le dimensioni esterne e quindi la tenuta meccanica dello stampo 3. Riduzione dei tempi di lavorazione in quanto l’attività relativa all’asportazione di truciolo risulta drasticamente ridotta: di fatto le lavorazioni sono effettuate con taglio laser o punzonatrice o taglio ad acqua.

4. Recupero/riciclaggio degli sfridi per altre applicazioni.

5. Minore costo energetico durante lo stampaggio in quanto le lamine, opportunamente tagliate esternamente, realizzano un “radiatore ad aria” che sostituisce totalmente o parzialmente il raffreddamento mediante liquidi.

6. Nessun costo per smaltimento di rifiuti speciali. Di fatto, l’attività di asportazione truciolo per la lavorazione del blocco pieno produce un rifiuto speciale in quanto il truciolo è contaminato dalla presenza dell’emulsione di raffreddamento dell’utensile.

7. Minori costi di trasporto degli stampi, in quanto la possibilità di “spacchettare” lo stampo per la spedizione facilita il trasporto ed evita la necessità di ricorrere a trasporti speciali.

8. Drastica riduzione del “time to market” Con riferimento alle figure, secondo la presente invenzione si prevede di realizzare le due parti principali di un stampo, che sono la parte mobile o maschio M e la parte fissa o femmina F, utilizzando una pluralità di lamine o lamiere L di acciaio bonificato che sono tagliate con una sagoma desiderata e assemblate tra loro a realizzare, strato per strato, il corpo della parte fissa F o mobile M dello stampo stesso.

Questa modalità costruttiva può essere utilizzata per realizzare l’intero stampo oppure, preferibilmente, per realizzare la parte centrale della parte fissa F e della parte mobile M, rispettivamente.

In una preferita forma realizzativa del trovato, mostrata nelle figure, si prevede di realizzare in un unico pezzo, con le normali modalità di lavorazione per asportazione di materiale, le parti di estremità dello stampo, mentre le parti intermedie sono realizzate con la tecnica lamellare fin qui descritta.

In altre parole, la zona della parte femmina fissa F dove ci sono le canalizzazioni per l’iniezione del materiale plastico e quella opposta, dove avviene la tenuta della chiusura dello stampo con l’accoppiamento alla parte maschio mobile M, sono preferibilmente realizzate con rispettivi pezzi unici lavorati per asportazione di truciolo, mentre la parte intermedia del corpo della parte fissa F è realizzata assemblando le lamiere L che poi vengono fissate tra loro e alle due parti di estremità suddette.

Analogamente, la zona della parte maschio mobile M dove avviene la tenuta della chiusura dello stampo con l’accoppiamento alla parte femmina fissa F e la zona di estremità della parte maschio M che viene inserita verso il fondo della stessa parte femmina F, sono preferibilmente realizzate con rispettivi pezzi unici lavorati per asportazione di truciolo, mentre la parte intermedia del corpo della parte mobile M è realizzata assemblando le lamiere che poi vengono fissate tra loro e alle due parti di estremità suddette.

Per il raffreddamento della parte lamellare, si può prevedere che ciascuna lamiera L sporga verso l’esterno, rispetto alle lamine L adiacenti, su almeno un lato dello stampo o preferibilmente su almeno due lati adiacenti dello stesso stampo, in modo che la superficie sporgente di tali lamine funga da radiatore per smaltire il calore proveniente dall’interno dello stampo.

In merito ai vantaggi tecnologici che derivano dalla soluzione secondo al presente invenzione, si possono fare le seguenti considerazioni.

Di tutte le attività quella che risulta essere per definizione incomprimibile e quella di costruzione stampo la quale comprende anche quella di approvvigionamento materiali.

Di norma durante la progettazione il primo dato in uscita risulta essere quello relativo alle dimensione degli acciai in modo da poter iniziare a procacciare i blocchi di dimensione congrua o in alternativa provvedere a commissionare tali blocchi alla fonderia.

Arrivati alla fase di costruzione vera e propria le dimensioni del blocco grezzo incidono anch’esse notevolmente sulle tempistiche di lavorazioni e quindi sulle ore macchine.

Lo stampista una volta ricevuti glia acciaio provvede in via previa a:

1. sgrossare e finire esternamente lo stampo 2. Realizzare il fori filettati di misura adeguata al peso dello stampo necessari per l’uso di golfari e quindi rendere agevole e sicura la movimentazione della parte stampo

Una volta terminate queste operazione l’attività prosegue con:

3. Importazione di un modello geometrico tridimensionale normalmente generato da un programma CAD

4. Definizione della porzione stampo da sottoporre a lavorazione

5. Generazione di percorsi utensile mediante software CAM (computer-aided manufacturing) ed identificazione del tipo di utensili da taglio necessari secondo il tipo di lavorazione da effettuare (sgrossatura, finitura, ecc)

6. Posizionamento sulla macchina utensile avendo cura che il pezzo risulti perfettamente allineato lungo gli assi XYZ (errore max ammissibile 2/100 per metro e asportazione del truciolo. Ogni qualvolta il pezzo viene mosso per operare su una porzione di stampo non raggiungibile dalla corsa disponibile è necessario ripetere il posizionamento prima descritto.

7. Ripetizione delle operazioni 4,5,6 “n” volte e di norma per ogni porzione di stampo indentificata.

Come dicevamo i tempi sono incomprimibili in quanto una volta identificate le origini delle lavorazioni (del percorso utensile) i numeri di giri mandrino e le velocità di avanzamento sono dettate dalle caratteristiche dell’utensile necessario per quella lavorazione.

Ad esempio se la lavorazione richiesta è relativa alla finitura, i numeri di giro del mandrino e l’avanzamento utensile saranno quelle previste dal costruttore dell’utensile.

Da questo si comprende l’incomprimibilità dei tempi della fase di asportazione truciolo.

Oltre a questo è necessario anche tener conto di:

8. Alta percentuale di sfrido durante le lavorazioni. Praticamente, lo svuotamento di una cavità obbliga lo stampista ad asportare mediante fresatura tutto il materiale in eccesso.

9. Rischio microbiologico. I fluidi lubrorefrigeranti (FLR), detti anche oli da taglio o metalworking fluids, vengono usati nella lavorazione dei metalli per ridurre l’attrito tra le superfici e disperdere il calore prodotto. I FLR possono essere contaminati da microrganismi, i quali diffondendosi nell’ambiente sotto forma di bioaerosol possono provocare patologie respiratorie e dermatologiche anche gravi.

10. Produzione di rifiuti speciali. Di fatto i trucioli contaminati da fluidi FLR sono classificati come rifiuti speciali e quindi smaltiti come da regolamenti vigenti.

Con riferimento a quanto esposto i miglioramenti tecnologico possono essere così riassunti:

A) Eliminazione dei punti 1 e 2 in quanto le dimensioni esterne sarebbero quelle di lamiere commerciali e la movimentazione potrebbe avvenire semplicemente mediate magneti ed utilizzando mezzi di sollevamento di capacità ridotta

B) Con riferimento al punto 3, 4 e 5 generazione di percorsi di “taglio” e quindi di G Code di dimensioni mediamente pari a 1/1000 di quelle previste per la stessa porzione di stampo.

C) Con riferimento al punto 6, il posizionamento sulla macchina avviene una sola volta senza la necessità di “azzerare” il pezzo, in quanto le origini della lavorazione sono riferite ad origini generate dalla macchina di taglio e non al blocco di acciaio

D) Sempre con rifermento al punto 6 e in virtù della necessità di G Code ridotti, i tempi di taglio risultano a parità di superficie stampate, nettamente inferiori ai corrispondenti tempi di asportazione truciolo

E) Con riferimento ai punti 8 e 10, gli sfridi provenienti dalla lavorazione di taglio possono essere considerati a tutti gli effetti “sottoprodotti della lavorazione” non contaminati da FLR e quindi possono essere riutilizzati pari pari nel processo produttivo non essendo classificati come rifiuti

F) Con riferimento al punto 9, non essendo necessari FLR nelle operazioni di taglio, il rischio microbiologico è di fatto annullato.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Stampo lamellare per stampaggio di materie plastiche del tipo comprendente almeno una parte mobile o maschio (M) ed almeno una parte fissa o femmina (F) accoppiabili tra loro a tenuta per definire uno spazio interno o impronta nella quale prende forma il prodotto finito dopo l’iniezione del materiale plastico, caratterizzato dal fatto che detta parte mobile (M) e/o detta parte fissa (F) sono realizzate totalmente o parzialmente utilizzando delle lamine (L) di acciaio sovrapposte – preferibilmente piane - ed aventi ciascuna una opportuna sagoma, in cui dette lamine (L) hanno uno spessore tale per cui non è necessaria una lavorazione mediante asportazione di truciolo, ma sono tagliate mediante taglio laser o punzonatrice o taglio ad acqua; dette lamine (L) essendo saldamente vincolate ed allineate tra loro, preferibilmente mediante centraggi, a formare un corpo unico per la parte mobile (M) e/o per la parte fissa o femmina (F) dello stampo che nel loro insieme costituiscono.
2. 2. Stampo lamellare secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette lamine o lamiere (L) di acciaio bonificato sono tagliate con una sagoma desiderata e assemblate tra loro a realizzare, strato per strato, la totalità o almeno una parte del corpo della parte fissa (F) e/o mobile (M) dello stampo stesso.
3. 3. Stampo lamellare secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che prevede che le parti di estremità del corpo della parte fissa (F) e/o del corpo della parte mobile (M) sono realizzate in un unico pezzo, con le normali modalità di lavorazione per asportazione di materiale, mentre le parti intermedie sono realizzate assemblando una pluralità dei dette lamine (L) opportunamente sagomate.
4. 4. Stampo lamellare secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la zona della parte femmina fissa (F) dove ci sono le canalizzazioni per l’iniezione del materiale plastico e quella opposta, dove avviene la tenuta della chiusura dello stampo con l’accoppiamento alla parte maschio mobile (M), sono preferibilmente realizzate con rispettivi pezzi unici lavorati per asportazione di truciolo, mentre la parte intermedia del corpo della parte fissa (F) è realizzata assemblando le lamiere (L) che poi vengono fissate tra loro e alle due parti di estremità suddette.
5. 5. Stampo lamellare secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che la zona della parte maschio mobile (M) dove avviene la tenuta della chiusura dello stampo con l’accoppiamento alla parte femmina fissa (F) e la zona di estremità della parte maschio (M) che viene inserita verso il fondo della stessa parte femmina (F), sono preferibilmente realizzate con rispettivi pezzi unici lavorati per asportazione di truciolo, mentre la parte intermedia del corpo della parte mobile (M) è realizzata assemblando le lamiere che poi vengono fissate tra loro e alle due parti di estremità suddette.
6. 6. Stampo lamellare secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, per il raffreddamento della parte lamellare, si prevede che ciascuna lamiera (L) è sporgente verso l’esterno, rispetto alle lamine (L) adiacenti, su almeno un lato dello stampo o preferibilmente su almeno due lati adiacenti dello stesso stampo, in modo che la superficie sporgente di tali lamine (L) funga da radiatore per smaltire il calore proveniente dall’interno dello stampo.