Considerazioni chiave nella progettazione di stampi per iniezione di plastica per parti ad alta precisione

La progettazione di stampi per iniezione di plastica per componenti ad alta precisione richiede una conoscenza approfondita del comportamento dei materiali, della costruzione dello stampo e dei parametri di processo. Uno stampo ben progettato garantisce precisione dimensionale, ripetibilità e lunga durata dell'utensile, tutti fattori essenziali per la produzione di componenti in plastica di qualità.

Selezione del materiale e suo impatto sulla progettazione dello stampo
I diversi materiali termoplastici si comportano in modo diverso durante lo stampaggio a iniezione. Ad esempio, materiali come ABS, policarbonato (PC) e polipropilene (PP) presentano caratteristiche di flusso, tassi di restringimento e proprietà termiche unici. Considerare attentamente questi fattori durante la progettazione dello stampo aiuta a evitare difetti quali deformazioni, segni di ritiro o riempimento incompleto.

I progettisti devono selezionare il giusto grado di acciaio per lo stampo in base al materiale del pezzo e al volume di produzione. Per gli stampi ad alto volume vengono comunemente utilizzati acciai più duri come H13 o P20 per resistere all'usura, mentre per prototipi o produzioni in piccoli volumi si può optare per l'alluminio per la sua lavorabilità.

Progettazione della cavità e del nucleo dello stampo
La cavità dello stampo (parte femmina) e il nucleo (parte maschio) devono essere progettati con una geometria precisa per ottenere la forma finale desiderata. Caratteristiche come angoli di sformo, raggi e sottosquadri sono fondamentali:

Angoli di sformo: prevedono una leggera conicità per facilitare l'espulsione della parte stampata senza danneggiarla. Tipicamente 1-3° a seconda del materiale.

Raccordi e raggi: riducono la concentrazione di sollecitazioni e migliorano il flusso del materiale.

Sottosquadri: richiedono meccanismi aggiuntivi come azioni laterali o sollevatori, aggiungendo complessità ma consentendo geometrie di parti complesse.

Tipo e posizione del cancello
Il punto di iniezione è il punto in cui la plastica fusa entra nella cavità dello stampo. La scelta del tipo e della posizione corretti del gate influisce sull'equilibrio del riempimento, sul tempo di ciclo e sull'estetica del pezzo. I tipi di gate comuni includono:

Edge Gate: facile da lavorare, comunemente utilizzato ma può lasciare segni visibili.

Porta del sottomarino: regolata automaticamente durante l'espulsione, riducendo la post-elaborazione.

Punto di iniezione a punta precisa o calda: per stampi multi-cavità per garantire un riempimento uniforme.

La posizione del gate viene scelta in modo da ridurre al minimo le linee di saldatura, le bolle d'aria e le concentrazioni di sollecitazioni.

Progettazione del canale di raffreddamento
Una progettazione efficace del sistema di raffreddamento è essenziale per controllare i tempi di ciclo e la qualità dei pezzi. I canali di raffreddamento devono essere posizionati vicino alle pareti della cavità dello stampo per estrarre il calore in modo efficiente e uniforme.

Le pratiche di progettazione comuni includono:

Utilizzo di canali di raffreddamento conformi (creati tramite produzione additiva) per seguire geometrie complesse dei componenti.

Bilanciamento delle portate nei circuiti di raffreddamento per prevenire punti caldi.

Progettazione di canali con diametro e spaziatura adeguati per massimizzare il trasferimento di calore.

Sistema di ventilazione
Le prese d'aria consentono all'aria intrappolata di fuoriuscire durante l'iniezione. Una corretta ventilazione previene bruciature, colpi corti e altri difetti causati dai gas intrappolati. Le scanalature di sfiato vengono solitamente posizionate negli ultimi punti di riempimento o vicino alle linee di separazione con una profondità pari a 0.02–0,05 millimetri.

Sistema di espulsione
Il sistema di espulsione rimuove la parte raffreddata dallo stampo. I meccanismi più comuni includono perni di espulsione, manicotti o piastre di estrazione. La loro progettazione deve evitare di danneggiare le parti delicate e consentire una distribuzione uniforme della forza di espulsione.

Analisi del flusso dello stampo
Prima di finalizzare il progetto dello stampo, gli ingegneri utilizzano un software di simulazione del flusso dello stampo per prevedere in che modo la plastica fusa riempirà la cavità. Questa analisi evidenzia potenziali problemi quali linee di saldatura, bolle d'aria o riempimento non uniforme, consentendo modifiche progettuali prima di iniziare la costosa lavorazione degli utensili.

Tolleranze e finitura superficiale
Le parti ad alta precisione richiedono tolleranze dimensionali strette, spesso entro ±0,05 mm o meno. I produttori di stampi raggiungono questo obiettivo attraverso lavorazioni precise, materiali di qualità e parametri di processo controllati. I requisiti di finitura superficiale determinano anche i livelli di lucidatura dello stampo, che vanno da grezzo (per le parti strutturali) a finitura a specchio (per applicazioni cosmetiche).