Tecnologie per lo stampaggio in gomma ,stampaggio a compressione, stampaggio ad iniezione

Stampaggio

Il processo di stampaggio di articoli tecnici in gomma si avvale principalmente dell’utilizzo di una pressa, di conformazione e modalità di apertura dei piani pressa variabile, di uno stampo e di una serie di successive operazioni atte ad implementare le caratteristiche del prodotto ed a garantire la rispondenza di determinati parametri chimici, fisici, geometrici, funzionali od estetici.

In dettaglio, il processo di stampaggio può essere ricondotto a tre differenti tecnologie di produzione:

Stampaggio a compressione
Stampaggio a transfert
Stampaggio ad iniezione

Lo stampaggio a compressione è il metodo più tradizionale utilizzato per lo stampaggio di articoli tecnici.
26 - schema stampaggio compressione
Tuttora parecchio utilizzato per la sua versatilità ed in genere per la maggiore conseguente economicità degli stampi impiegati, esso prevede l’impiego di presse verticali con piani orizzontali.
La gomma cruda, sotto forma di semilavorati sbozzati in forme opportune, viene caricata dall’operatore, o eventualmente per serie molto numerose da manipolatori, all’interno dello stampo aperto e termicamente condizionato.
Alla chiusura dei piani pressa il materiale, precedentemente pesato opportunamente in modo da poter riempire poco più di tutte le cavità presenti nello stampo, fluisce nello stampo stesso e si vulcanizza per effetto della temperatura e della
pressione imposta. Dopo un tempo variabile a seconda del tipo di materiale utilizzato, del volume del pezzo e di altri parametri, lo stampo viene aperto ed i pezzi rimossi.
Lo stampaggio a transfert è considerabile come l’evoluzione dello stampaggio a compressione ed è stato sviluppato per consentire l’immissione della gomma dello stampo in posizione di chiusura, qualora la geometria del pezzo da stampare non ne consentisse il caricamento a stampo aperto.
27 - schema stampaggio transfert

Durante questo processo, anch’esso solitamente attuabile per ovvi motivi su presse verticali, il crudo viene caricato all’interno di camere ricavate sulla parte superiore dello stampo in posizione di chiusura della piastra intermedia ed in comunicazione tramite canali generalmente capillari con le cavità. Alla chiusura dei piani pressa il materiale viene premuto da un pistone solidale al piano superiore ed iniettato nelle cavità dello stampo vero e proprio.
Lo stampaggio ad iniezione, riuscito connubio che abbina alla tecnologia di stampaggio tradizionale unità di plastificazione e dosatura per il caricamento e l’iniezione nello stampo, ha introdotto il necessario salto tecnologico che ha reso possibile soprattutto la produzione su serie elevatissime dei particolari stampati in gomma garantendo una ripetibilità del processo altrimenti difficilmente raggiungibile.
28 - schema stampaggio iniezione
La pressa per stampaggio ad iniezione può essere conformata indifferentemente secondo apertura orizzontale o verticale, non essendo più necessario caricare il crudo nello stampo sfruttando la forza di gravità.
Il materiale viene dosato ed iniettato tramite appositi gruppi di iniezione all’interno dello stampo, le cui cavità vengono raggiunte dalla gomma plastificata grazie ad apposite canalizzazioni ricavate sullo stampo o semplicemente, ma più di rado, iniettando il materiale a stampo non ancora completamente chiuso.

Tale processo, caratterizzato come anticipato da un’elevata ripetibilità ed affidabilità complessiva, garantisce di conseguenza standard qualitativi elevati e costanti oltre a consentire un’eventuale e pressoché totale automazione del ciclo macchina, scarico pezzi compreso.
Tecnoextr Spa utilizza tutte e tre le tecniche di stampaggio sopracitate, avendo a disposizione un parco macchine adeguato e completo, affidabile e costantemente aggiornato, quindi, in funzione del tipo di articolo da produrre, il nostro ufficio tecnico sarà in grado di suggerire le soluzioni opportune ed il tipo di processo più favorevole ed indicato. A seconda del tipo di processo da adottarsi, la conformazione dello stampo varia di conseguenza, secondo la generica differenziazione esposta in precedenza.

Layout di stampa

La maggiore differenza è comunque generalmente funzione della geometria dell’articolo da produrre e solitamente è proprio la forma dell’articolo da stampare a suggerire, se non ad imporre, il tipo di stampaggio e la soluzione ottimale per il lay out dello stampo. Dando per scontato che geometrie semplici siano ugualmente producibili con qualsivoglia tipo di processo, in questo caso la tecnologia più opportuna viene scelta in base a considerazioni economiche o di disponibilità presse o di altro ancora e la definizione dello stampo prevede scelte e conseguenze differenti passando dall’iniezione allo stampaggio a compressione. Ciò che risulta forse più intuitivo è la variabilità della disposizione delle cavità in uno stampo se si ipotizza uno stampo per utilizzo a compressione piuttosto che per stampaggio ad iniezione. In uno stampo a compressione si tende ad incrementare al massimo il numero di cavità potenzialmente ricavabili nello spazio disponibile mediante una disposizione della cavità stesse generalmente secondo assi cartesiani, mentre in uno stampo ad iniezione le cavità devono essere disposte in modo da ottimizzare gli spazi concessi dalle canalizzazioni presenti e quanto
più corte e rettilinee possibili.

29 - differenza lay out stampi

Una prima sommaria conclusione porta ad affermare che quindi in genere le impronte in uno stampo a compressione sono più numerose che non in uno stampo ad iniezione di pari ingombri longitudinali e che di conseguenza si possapotenzialmente produrre un maggior numero di pezzi per unità di tempo.
A riportare in equilibrio l’ago della bilancia tra stampaggio a compressione e stampaggio ad iniezione, e si sottolinea che si sta ipotizzando una geometria semplice ed ugualmente ricavabile mediante entrambi i processi, è la possibilità di
operare con cicli più veloci su presse ad iniezione, visto e considerato che l’unica operazione manuale, ammesso che non venga automatizzata anch’essa, è quella di scarico pezzi e che inoltre, ad ulteriore aggravio di tempo e costi nello
stampaggio a compressione, il crudo deve essere accuratamente pesato prima di essere caricato. Il conto economico è quindi spesso in parità e ci si orienta verso una soluzione tecnologica o verso l’altra in funzione di altri criteri decisionali, non facilmente giustificabili se non caso per caso.
Citandone alcuni, ma l’elenco potrebbe essere molto esteso, è spesso determinante nella scelta a favore dello stampaggio ad iniezione la necessità di dover introdurre e quindi iniettare il materiale a stampo chiuso, ad esempio per la presenza di maschi durante la produzione di manicotti, soffietti o tubi stampati.

Invece, per tutt’altri motivi, ad esempio nel caso dello stampaggio di passacavi o di articoli con sottosquadri molto accentuati, la conformazione stessa dei pezzi richiede un tempo notevole per lo scarico dei pezzi, per cui viene meno la necessità di sfruttare la velocità del ciclo ad iniezione e conviene indirizzarsi verso una maggiore copertura dello stampo incrementando il numero di impronte ed adottando lo stampaggio a compressione.
Talvolta, per motivi legati alla struttura stessa dei materiali polimerici e della gomma in particolare, lo stampaggio a compressione è preferibile in quanto le caratteristiche meccaniche del pezzo stampato possono essere migliori di un omologo prodotto ad iniezione.
Durante lo stampaggio ad iniezione, infatti, il fuso viene iniettato a temperatura e pressione elevata ed a conseguente bassa viscosità nei canali ricavati nello stampo. In queste condizioni e con determinati presupposti, nei polimeri possono
spezzarsi le catene di cui sono composti oppure può essere indotta la vulcanizzazione in punti ed in tempi non desiderati e può prodursi quindi una struttura imperfetta nel vulcanizzato, conseguenza del flusso troppo spinto che l’ha generata.
Sebbene ovvio, ma si ripete che l’elenco delle motivazioni è decisamente più esteso e diversificato e che comunque una scelta deve essere fatta solo dopo aver considerato il maggior numero possibile di variabili ed ipotesi, da ultimo si sottolinea che spesso la decisione viene presa in via definitiva al termine della valutazione dell’investimento in termini economici che richiedono l’una o l’altra soluzione e che a tal riguardo sia innegabile che gli stampi ad iniezione siano più costosi e che debbano essere fatti oggetto di un’adeguata messa a punto per garantire un prodotto numericamente e
qualitativamente conforme all’investimento necessario per svilupparli.
Tutte queste considerazioni e la soluzione di questo genere di problematiche sono patrimonio del personale del nostro ufficio tecnico, tecnici esperti e qualificati a cui rivolgersi per aiutarvi a sviluppare ed a produrre gli articoli da voi desiderati e per comprendere al meglio i motivi delle scelte operate.

Il lay out di uno stampo, ovvero la disposizione delle cavità in uno stampo e la suddivisione dello stesso in un certo numero di componenti, come accennato in precedenza è strettamente correlato alla geometria dell’articolo da produrre.
Per questo motivo, sebbene ad un non addetto ai lavori ciò possa sembrare di secondaria importanza, è fondamentale conoscere la funzione del pezzo e le cosiddette condizioni al contorno, ovvero i vincoli geometrici a cui il pezzo verrà assoggettato in opera, i carichi o forze a cui verrà sottoposto e la disposizione e la funzione delle superfici di contatto.

Le fasi

Una delle prime analisi da effettuare e delle decisioni da prendere per il progettista dello stampo riguarda la disposizione della cosiddetta parting line, ovvero della linea o delle linee di suddivisione dello stampo.
E’ in corrispondenza di queste linee, infatti, che vengono ricavati i volumi di contenimento del materiale in eccesso con i relativi tranciabava, volumi necessari per poter riempire completamente lo stampo in tutte le sue cavità.

Visto e considerato che, a meno di delicati processi successivi alla stampaggio di sbavatura fine, la bava presente sul pezzo può risultare dannosa per l’utilizzo dello stesso se posizionata su superfici di tenuta o di lavoro, ecco che si
chiarisce il motivo per cui è fondamentale conoscere in dettaglio la funzione del pezzo in anticipo rispetto allo sviluppo dello stampo. Al contrario, l’indeterminatezza della funzione può portare il progettista a cautelarsi ed a scegliere
soluzioni costruttive per lo stampo inutilmente costose o sofisticate, magari per garantire funzionalità assolutamente non necessarie al pezzo stampato.

A causa della notevolissima differenza tra il coefficiente di dilatazione lineare di un acciaio da costruzione con cui viene prodotto uno stampo e quello dell’elastomero utilizzato, circa dieci volte superiore, in estrazione pezzi si assiste ad un fenomeno caratteristico dello stampaggio della gomma, il ritiro, universalmente detto in Inglese shrinkage.
In dettaglio, si osserva che il pezzo è più piccolo della cavità che l’ha generato, per cui esso tende ad aggrapparsi sulle sporgenze o sui maschi ed a staccarsi dalle generatrici esterne delle cavità.
Questo fenomeno, quantitativamente differente passando da un materiale ad un altro ed al variare della durezza della mescola, porta con se’ una conseguenza non trascurabile, ovvero che le cavità devono essere sovradimensionate rispetto alle dimensioni nominali che il pezzo finito deve possedere e inoltre che, tranne per combinazioni fortuite di materiale e di durezza, ogni stampo può essere utilizzato solo per lo specifico materiale con la determinata durezza per il quale esso è stato progettato.
Successivamente all’operazione di stampaggio vera e propria, il singolo pezzo, a seconda delle caratteristiche richieste, deve oppure può essere sottoposto ad una sequenza di operazioni accessorie.
Innanzitutto, a seconda del tipo di polimero utilizzato, di deve procedere ad una fase di post-vulcanizzazione in forno a
temperatura controllata per rimuovere i residui delle sostanze utilizzate per attivare la vulcanizzazione o per completare la stessa ed incrementare le prestazioni dei pezzi. Al termine di tale fase, si osserva un ulteriore fenomeno di ritiro, anche se meno marcato rispetto a quello visibile in pressa, con conseguente ulteriore variazione delle dimensioni
del pezzo.
La fase di sbavatura dei pezzi, necessaria per rimuovere il materiale in eccesso accumulatosi nei tranciabava, può essere effettuata, prima o dopo la post-vulcanizzazione, secondo metodologie differenti: a mano, se lo stampo è in grado di finire adeguatamente la zona di giunzione e di non lasciare residui evidenti, mediante l’ausilio di azoto e graniglia, per
infragilire la bava e rimuoverla con facilità, per burattatura tradizionale, largamente utilizzata per pezzi di geometria arrotondata o con smussi, un esempio tipico è costituito dagli o-rings, per fustellatura, quando cause specifiche rendono sconsigliabili o impossibili gli altri metodi.

Ultima operazione elencata, ma assolutamente la più importante e non necessariamente da porre in atto solo al termine del processo produttivo, è il controllo visivo, comunemente detto cernita.Con frequenza definita dal piano di controllo
posto in atto nel singolo lotto di produzione, i pezzi vengono ispezionati visivamente già in uscita dallo stampo, per correggere subitamente eventuali difettosità rilevate durante lo stampaggio, e successivamente vengono cerniti
da personale esperto in funzione delle specifiche relative onde raggiungere lo standard qualitativo richiesto.

Si riporta di seguito un estratto dai piani di campionamento e controllo finale attualmente in vigore presso Tecnoextr Spa (collaudo semplice ordinario per attributi a norma ISO 2859).

A seconda del livello qualitativo richiesto, quindi del numero di difettosità ammissibili in un singolo lotto di produzione, la cernita avviene secondo modalità prestabilite ed effettuata su campioni di entità variabile sino ad arrivare
all’intero ammontare del lotto.

32 - tabella LQA secondo ISO 2859

Tecnoextr Spa produce articoli tecnici in gomma utilizzando tutti i materiali attualmente reperibili sul mercato, di qualità certificata e costantemente monitorata sia in fase di ricevimento merce che in produzione, mediante continui e scrupolosi controlli di laboratorio.

Tali proprietà sono in ogni caso relative a mescole standard e di conseguenza, per impieghi specifici o per vostra richiesta di ulteriori informazioni in merito, si consiglia di contattare il nostro ufficio tecnico.
Anche nel caso degli articoli stampati, così come per i prodotti estrusi, esistono delle normative specifiche che regolano e giustificano l’impiego di tolleranze dimensionali adatte allo scopo ed alle caratteristiche del materiale utilizzato. Tecnoextr Spa utilizza e consiglia il rispetto delle tolleranze dimensionali su articoli stampati di forma complessa della norma UNI ISO 3302-1 classe M2.
Per casi specifici, comunque da concordare con il cliente in fase di progettazione e sviluppo, può essere concesso per determinate dimensioni il rispetto della classe M1.
33 - norma ISO 3302-M

A partire dallo studio della geometria del pezzo e dalla ricerca del materiale più idoneo per l’applicazione specifica richiesta, alla prototipazione mediante stampi pilota, sino allo sviluppo del più avanzato stampo di produzione per ottenere il prodotto con il migliore compromesso tra costo e prestazioni, Tecnoextr Spa si è creata un’eccellente reputazione come partner altamente qualificato per lo sviluppo di articoli tecnici stampati in materiali elastomerici.

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