Lo stampaggio ad iniezione è un metodo per ottenere prodotti stampati iniettando materie plastiche fuse a caldo in uno stampo, per poi raffreddarle e solidificarle.
Il metodo è adatto alla produzione in serie di prodotti con forme complicate e occupa un ruolo importante nell'area della lavorazione della plastica.
Ciclo di processo
Il ciclo di processo per lo stampaggio a iniezione è molto breve, tipicamente compreso tra 2 secondi e 2 minuti, e consiste nelle seguenti quattro fasi:
Serraggio - Prima dell'iniezione del materiale nello stampo, le due metà dello stampo devono essere chiuse saldamente dall'unità di chiusura. Ogni metà dello stampo è attaccata alle presse ad iniezione e una metà può scorrere. L'unità di bloccaggio ad azionamento idraulico spinge insieme le metà dello stampo ed esercita una forza sufficiente per mantenere lo stampo ben chiuso mentre il materiale viene iniettato. Il tempo necessario per chiudere e bloccare lo stampo dipende dalla macchina: le macchine più grandi (quelle con maggiori forze di bloccaggio) richiederanno più tempo. Questo tempo può essere stimato dal tempo di ciclo a secco della macchina.
Iniezione - La materia plastica grezza, solitamente sotto forma di granuli, viene immessa nelle presse ad iniezione e fatta avanzare verso lo stampo dal gruppo di iniezione. Durante questo processo, il materiale viene fuso dal calore e dalla pressione. La plastica fusa viene quindi iniettata nello stampo molto rapidamente e l'accumulo di pressione si accumula e trattiene il materiale. La quantità di materiale che viene iniettata viene definita colpo. Il tempo di iniezione è difficile da calcolare con precisione a causa del flusso complesso e mutevole della plastica fusa nello stampo. Tuttavia, il tempo di iniezione può essere stimato dal volume di iniezione, dalla pressione di iniezione e dalla potenza di iniezione.
Raffreddamento - La plastica fusa che si trova all'interno dello stampo inizia a raffreddarsi non appena entra in contatto con le superfici interne dello stampo. Quando la plastica si raffredda, si solidificherà nella forma della parte desiderata. Tuttavia, durante il raffreddamento può verificarsi un certo restringimento della parte. L'imballaggio del materiale nelle fasi di stampaggio a iniezione consente al materiale aggiuntivo di fluire nello stampo e ridurre la quantità di restringimento visibile. Lo stampo non può essere aperto finché non è trascorso il tempo di raffreddamento richiesto. Il tempo di raffreddamento può essere stimato da diverse proprietà termodinamiche della plastica e dallo spessore massimo della parete del pezzo.
Espulsione - Dopo che è trascorso un tempo sufficiente, la parte raffreddata può essere espulsa dallo stampo dal sistema di espulsione, che è fissato alla metà posteriore dello stampo. Quando lo stampo viene aperto, viene utilizzato un meccanismo per spingere la parte fuori dallo stampo. È necessario applicare forza per espellere la parte perché durante il raffreddamento la parte si restringe e aderisce allo stampo. Per facilitare l'espulsione del pezzo, è possibile spruzzare un agente distaccante sulle superfici della cavità dello stampo prima dell'iniezione del materiale. Il tempo necessario per aprire lo stampo ed espellere il pezzo può essere stimato dal tempo di ciclo a secco della macchina e dovrebbe includere il tempo necessario al pezzo per liberarsi dallo stampo. Una volta che il pezzo è stato espulso, lo stampo può essere bloccato per l'iniezione della stampata successiva.
Dopo il ciclo di stampaggio a iniezione, in genere è necessaria una post-elaborazione. Durante il raffreddamento, il materiale nei canali dello stampo si solidifica attaccandosi alla parte. Questo materiale in eccesso, insieme all'eventuale sbavatura che si è verificata, deve essere tagliato dalla parte, in genere utilizzando frese. Per alcuni tipi di materiale, come i termoplastici, il materiale di scarto che risulta da questa rifilatura può essere riciclato inserendolo in un macinatore di plastica, chiamato anche rimacinato o granulatore, che rimacina il materiale di scarto in granuli. A causa di un certo degrado delle proprietà del materiale, il rimacinato deve essere miscelato con materia prima nel giusto rapporto di macinato per essere riutilizzato nel processo di stampaggio a iniezione.
Utensili
Il processo di stampaggio a iniezione utilizza stampi, tipicamente in acciaio o alluminio, come utensili personalizzati. Lo stampo ha molti componenti, ma può essere diviso in due metà. Ciascuna metà è fissata all'interno della pressa ad iniezione e la metà posteriore può scorrere in modo che lo stampo possa essere aperto e chiuso lungo la linea di separazione dello stampo. I due componenti principali dello stampo sono il nucleo dello stampo e la cavità dello stampo. Quando lo stampo è chiuso, lo spazio tra il nucleo dello stampo e la cavità dello stampo forma la cavità del pezzo, che verrà riempita con plastica fusa per creare il pezzo desiderato. A volte vengono utilizzati stampi a cavità multiple, in cui le due metà dello stampo formano diverse cavità di parti identiche.
L'anima dello stampo e la cavità dello stampo sono ciascuna montata sulla base dello stampo, che viene quindi fissata alle piastre all'interno della pressa a iniezione. La metà anteriore della base dello stampo comprende una piastra di supporto, alla quale è fissata la cavità dello stampo, la boccola di colata, in cui scorrerà il materiale dall'ugello, e un anello di posizionamento, per allineare la base dello stampo con l'ugello. La metà posteriore della base dello stampo include il sistema di espulsione, a cui è fissata l'anima dello stampo, e una piastra di supporto. Quando l'unità di chiusura separa le metà dello stampo, la barra di espulsione aziona il sistema di espulsione. La barra di espulsione spinge la piastra di espulsione in avanti all'interno della scatola di espulsione, che a sua volta spinge i perni di espulsione nella parte stampata. L'espulsorei perni spingono la parte solidificata fuori dalla cavità aperta dello stampo.
Affinché la plastica fusa possa fluire nelle cavità dello stampo, diversi canali sono integrati nel design dello stampo. Innanzitutto, la plastica fusa entra nello stampo attraverso la materozza. Canali aggiuntivi, chiamati corridori, portano la plastica fusa dalla materozza a tutte le cavità che devono essere riempite. Alla fine di ogni canale, la plastica fusa entra nella cavità attraverso un cancello che ne dirige il flusso. La plastica fusa che si solidifica all'interno di questi canali è attaccata alla parte e deve essere separata dopo che la parte è stata espulsa dallo stampo. Tuttavia, a volte vengono utilizzati sistemi a canale caldo che riscaldano autonomamente i canali, consentendo la fusione e il distacco del materiale contenuto dal pezzo. Un altro tipo di canale integrato nello stampo sono i canali di raffreddamento. Questi canali consentono all'acqua di fluire attraverso le pareti dello stampo, adiacenti alla cavità, e raffreddare la plastica fusa.
Oltre alle guide e ai cancelli, ci sono molti altri problemi di progettazione che devono essere considerati nella progettazione degli stampi. In primo luogo, lo stampo deve consentire alla plastica fusa di fluire facilmente in tutte le cavità. Altrettanto importante è la rimozione della parte solidificata dallo stampo, quindi è necessario applicare un angolo di sformo alle pareti dello stampo. Il design dello stampo deve anche adattarsi a qualsiasi caratteristica complessa del pezzo, come sottosquadri o filettature, che richiederanno pezzi di stampo aggiuntivi. La maggior parte di questi dispositivi scorre nella cavità del pezzo attraverso il lato dello stampo e sono quindi noti come slitte o azioni laterali. Il tipo più comune di azione laterale è un'anima laterale che consente di modellare un sottosquadro esterno. Altri dispositivi entrano attraverso l'estremità dello stampo lungo la direzione di separazione, come i sollevatori interni dell'anima, che possono formare un sottosquadro interno. Per modellare le filettature nella parte, è necessario un dispositivo di svitamento, che può ruotare fuori dallo stampo dopo che le filettature sono state formate.