Temperatura dello stampo a iniezione: ottimizzazione dell'efficienza produttiva

Lo stampaggio a iniezione è uno dei processi produttivi più utilizzati per la produzione di elevati volumi di parti in plastica. Per garantire una qualità costante delle parti e un'efficienza produttiva ottimale, temperatura dello stampo è uno dei fattori più critici da controllare. La temperatura dello stampo ha un impatto significativo sul comportamento del flusso della plastica fusa durante il riempimento e sulla velocità di raffreddamento del pezzo. Se lo stampo è troppo freddo, la massa fusa avrà difficoltà a riempire completamente la cavità, causando colature brevi o altri difetti. Al contrario, se lo stampo è troppo caldo, la plastica impiegherà più tempo a solidificarsi, aumentando i tempi del ciclo. In questo post ti aiuteremo a ottenere informazioni più approfondite su come la temperatura influisce sullo stampaggio a iniezione e sulle misure specifiche per controllare meglio la temperatura dello stampo.

Spiegazione dei sistemi di controllo della temperatura dello stampo

Componenti di un sistema di controllo della temperatura dello stampo

Un sistema di controllo della temperatura dello stampo è costituito da diversi componenti chiave che lavorano insieme:

• Sistema di controllo elettronico: elabora informazioni da altri sistemi ed emette comandi
• Sistema meccanico (pompa di circolazione): fornisce calore dal sistema di riscaldamento allo stampo
• Sistema di monitoraggio del livello del liquido: monitora i livelli del liquido refrigerante e i segnali per i rifornimenti
• Sistema di riscaldamento: riscalda il liquido di raffreddamento alla temperatura impostata
• Sistema di raffreddamento: rimuove il calore in eccesso, spesso utilizzando scambiatori di calore a piastre per il raffreddamento indiretto
• Sistema di rilevamento della temperatura: misura la temperatura dello stampo e trasmette i dati al sistema di controllo
• Sistema di sicurezza di limitazione della pressione: scarica e allevia la pressione se diventa troppo alta

Tipi di termoregolatori per stampi

Esistono due tipi principali di termoregolatori per stampi in base al mezzo riscaldante utilizzato:

1. Termoregolatori dell'acqua 
   – Intervallo di temperatura generalmente entro 180°C
   – Tipo ordinario: fino a 120°C, tipo ad alta temperatura: fino a 180°C

2. Termoregolatori dell'olio
   – Utilizzato per temperature superiori a 180°C, fino a 350°C  
   – Tipo ordinario: fino a 200°C, tipo ad alta temperatura: fino a 350°C

Principio di funzionamento

Ecco una spiegazione semplificata di come funziona un controller della temperatura dello stampo del tipo ad acqua:
1. La pompa di circolazione spinge l'acqua attraverso il sistema
2. Il sistema di riscaldamento riscalda l'acqua alla temperatura impostata
3. L'acqua calda scorre attraverso i canali dello stampo, trasferendo calore
4. Il sistema di rilevamento della temperatura misura la temperatura dello stampo
5. Se la temperatura è troppo bassa, il sistema di controllo segnala al riscaldatore di accendersi
6. Se la temperatura è troppo elevata, il sistema di raffreddamento rimuove il calore in eccesso
7. Il sistema di limitazione della pressione scarica il liquido refrigerante se la pressione diventa pericolosamente alta

Controllando con precisione la temperatura dello stampo, questi sistemi aiutano a ridurre al minimo i difetti, ottimizzare i tempi di ciclo e migliorare la qualità complessiva e l'uniformità delle parti nello stampaggio a iniezione. Investire in un buon sistema di controllo della temperatura dello stampo personalizzato in base alle vostre specifiche esigenze di stampaggio può portare a significativi guadagni in termini di efficienza produttiva.

Impatto della temperatura dello stampo sullo stampaggio a iniezione

Effetti della bassa temperatura dello stampo

1. Aspetto e finitura superficiale scadenti

• Una bassa temperatura dello stampo riduce la fluidità della fusione plastica, il che può comportare un riempimento incompleto e una finitura superficiale meno lucida, soprattutto per materiali come l'ABS.
• Se la temperatura dello stampo è troppo bassa per le superfici strutturate, la massa fusa potrebbe non riempire completamente i dettagli fini della struttura, determinando una scarsa replicazione della superficie dello stampo.

2. Aumento delle tensioni interne e della deformazione

• Una bassa temperatura dello stampo provoca un rapido raffreddamento e “congelamento” delle molecole, creando tensioni interne nella parte.
• Il raffreddamento e il restringimento non uniformi dovuti alle basse temperature dello stampo possono portare alla deformazione e all'instabilità dimensionale del pezzo stampato.
• Sulla superficie della parte possono formarsi linee di saldatura visibili, che ne riducono la resistenza.

3. Cambiamenti nelle proprietà meccaniche

• Le basse temperature dello stampo possono ridurre la resistenza alla trazione della parte stampata rispetto alle temperature più elevate dello stampo.
• Il raffreddamento rapido a basse temperature può aumentare la fragilità della parte e ridurne la resistenza agli urti e alla fatica.

4. Tempi di ciclo più lunghi

• Sebbene le basse temperature dello stampo possano ridurre il tempo di raffreddamento, richiedono pressioni di iniezione più elevate per riempire la cavità a causa della ridotta fluidità del fuso.
• Ciò può aumentare il tempo di ciclo complessivo, soprattutto per i materiali cristallini che richiedono un raffreddamento sufficiente per la stabilità dimensionale.

Effetti dell'elevata temperatura dello stampo

1. Finitura superficiale e aspetto migliorati

• Una temperatura dello stampo più elevata consente alla plastica di fluire più facilmente e riempire i dettagli superficiali più fini, ottenendo una finitura superficiale più lucida e attraente, soprattutto per materiali come l'ABS.
• La composizione plastica è più vicina alla superficie dello stampo a temperature più elevate, garantendo una migliore replica della struttura.

2. Proprietà meccaniche migliorate

• Temperature dello stampo più elevate possono migliorare la resistenza alla trazione della parte stampata rispetto a temperature dello stampo più basse.
• Per la plastica cristallina, una temperatura elevata dello stampo consente più tempo per la cristallizzazione, aumentando la rigidità e la resistenza al calore della parte.

3. Riduzione delle tensioni interne e delle deformazioni

• Le elevate temperature dello stampo rallentano il processo di raffreddamento, consentendo alle molecole di rilassarsi e orientarsi in modo più uniforme, riducendo le tensioni residue nel pezzo.
• Un raffreddamento più graduale a temperature dello stampo più elevate riduce al minimo il ritiro differenziale e la deformazione della parte stampata.

4. Aumento dei tempi ciclo e potenziale di difetti

• Lo svantaggio principale delle alte temperature dello stampo è il tempo di raffreddamento più lungo richiesto, che aumenta il tempo di ciclo complessivo e riduce la produttività.
• Temperature eccessivamente elevate possono far aderire la plastica allo stampo, creando punti luminosi o altri difetti superficiali.
• Se la temperatura dello stampo è troppo elevata, il rischio che si formino bave e bave è maggiore, poiché la plastica rimane fusa più a lungo.

5. Possibile degrado delle proprietà del materiale

• Alcuni polimeri possono subire una degradazione termica o un'ossidazione se lavorati a temperature dello stampo eccessivamente elevate, con conseguente riduzione del peso molecolare e delle proprietà meccaniche.
• La combinazione di elevata temperatura dello stampo, elevata temperatura di fusione e lungo tempo di permanenza comporta il rischio maggiore di degrado del materiale durante lo stampaggio.

Misure per un migliore controllo della temperatura dello stampo

1. Utilizzare i termoregolatori per stampi

• I termoregolatori dello stampo sono dispositivi essenziali che regolano e mantengono precise temperature dello stampo. Funzionano sia per il riscaldamento che per il raffreddamento.
• Seleziona un controller della temperatura dello stampo con capacità di portata e pressione sufficienti per soddisfare le esigenze del tuo stampo specifico.

2. Monitorare le portate del liquido refrigerante

• Una portata adeguata del refrigerante è fondamentale in quanto determina la velocità con cui lo stampo può essere raffreddato, influenzando sia la qualità del prodotto che il tempo di ciclo.
• Controllare che la portata non sia né troppo bassa, il che può causare uno scarso controllo della temperatura, né troppo alta, il che può essere dispendiosa e inefficiente.

3. Stabilire il controllo del gradiente di temperatura

• Mantenere una temperatura costante in tutto lo stampo per evitare difetti. Un adeguato controllo del gradiente di temperatura riduce al minimo le tensioni interne all'interno della parte stampata.
• I progettisti dello stampo dovrebbero cercare di mantenere una differenza di temperatura non superiore a 5°C tra il nucleo e la cavità per ridurre la deformazione.

4. Ottimizzare la progettazione del canale di raffreddamento

• La posizione, la profondità e il passo dei canali di raffreddamento influiscono in modo significativo sull'uniformità della temperatura della superficie dello stampo.
• Obiettivo per una temperatura superficiale dello stampo uniforme ottimizzando la profondità del canale di raffreddamento (idealmente 1-2,5 volte il diametro del canale) e il passo (2,5-3 volte il diametro del canale).

5. Selezionare i materiali per lo stampo appropriati

• Il materiale dello stampo ha un profondo impatto sullo scambio termico. Considerare la conduttività termica nella scelta dei materiali per lo stampo.
• Per le applicazioni ad alta tolleranza, potrebbero essere necessarie leghe di rame per mantenere un differenziale di bassa temperatura e ridurre la deformazione, mentre materiali meno costosi come l'acciaio H13 possono essere utilizzati per parti con tolleranza inferiore.

6. Implementare tecniche di riscaldamento e raffreddamento rapidi

• Il Rapid Heat Cycle Moulding (RHCM) prevede il riscaldamento rapido dello stampo al di sopra del punto di fusione per facilitare il flusso della plastica, quindi il raffreddamento rapido per accelerare la solidificazione.
• L'RHCM può migliorare la qualità e la precisione della superficie, ma richiede un elevato consumo di energia e dovrebbe essere riservato ad applicazioni speciali.

Implementando queste misure e monitorando continuamente le prestazioni della temperatura dello stampo, gli stampatori a iniezione possono ottenere un controllo più rigoroso su questo parametro critico del processo. Ciò porta a una migliore qualità delle parti, a una riduzione dei difetti e a tempi di ciclo ottimizzati per una maggiore efficienza di produzione.

Temperatura di stampaggio a iniezione per diverse materie plastiche

La tabella seguente riassume le temperature consigliate per lo stampaggio a iniezione per le diverse plastiche:

Nota: l'intervallo di temperatura di stampaggio ottimale dipende dal grado specifico, dagli additivi, dalla geometria della parte, dall'equilibrio desiderato delle proprietà e dal tempo di ciclo. Un controllo accurato della temperatura del materiale fuso e dello stampo è fondamentale per ottenere componenti di alta qualità ed efficienza produttiva nello stampaggio a iniezione.