Nel mondo della produzione, i matrici (die) sono eroi silenziosi che danno forma a innumerevoli prodotti. Tuttavia, è un grande errore ritenere che tutte le matrici siano uguali. È come la differenza tra gli strumenti utilizzati per formare il metallo e quelli impiegati per formare la plastica: si tratta di due realtà completamente diverse, progettate per affrontare comportamenti dei materiali e richieste produttive distinti. È fondamentale che ingegneri, progettisti e produttori conoscano le principali differenze tra le matrici per la stampa dei metalli e quelle per la lavorazione delle plastiche.
1. La sfida principale: Comportamento dei materiali
Stampi per Imbutitura: Questi stampi presentano un problema di deformazione plastica in stato solido. Tra i componenti dello stampo viene posizionata una lamiera o un rotolo di metallo (ad esempio, acciaio, alluminio, rame). L'utilizzo di una pressione elevata (tonnellaggio) costringe il metallo a deformarsi in modo permanente, piegandosi, allungandosi, tagliandosi o formandosi in una determinata forma senza fondere. L'obiettivo è superare il limite di snervamento del metallo e gestire il rimbalzo elastico (fenomeno per cui il metallo tende a riprendere parzialmente la sua forma originale).
Stampi per la lavorazione della plastica (modelli): Questi lavorano con materiale fuso o fortemente ammorbidito. Le granulate di plastica vengono sciolte fino a quando possono scorrere come un liquido viscoso. Questo materiale fuso viene successivamente iniettato sotto pressione o spinto all'interno di una cavità dello stampo. La plastica solidifica nello stampo e assume la sua forma finale. Questo processo è reso difficoltoso dal controllo della dinamica del flusso, garantendo un riempimento completo della cavità, gestendo il processo di raffreddamento in modo da ridurre al minimo eventuali difetti (come sprofondamenti o deformazioni) e permettendo l'estrazione del pezzo solidificato in modo semplice.
2. Priorità nella progettazione e costruzione degli stampi
Stampi per la pressofusione di metalli:
●Resistenza e capacità di sopportare l'usura: Fondamentali. Gli stampi devono resistere a impatti intensi e frequenti, nonché a condizioni di inceppamento, abrasione e contatto con parti metalliche in movimento. Acciai da utensili (come D2, A2) oppure carburo sono i materiali tipici, spesso temprati fino a raggiungere un'elevata durezza Rockwell C.
●Precision Clearance: L'operazione di taglio prevede un gioco molto ridotto tra punzone e matrice al fine di evitare bave eccessive e/o danni agli utensili utilizzati.
●Pressure Application: Il progetto è mirato a trasmettere grandi tonnellate grazie a elementi strutturali resistenti (punzoni, matrici, piastre).
●Often: Le matrici per stampaggio di molteplici forme, in particolare associate alle modalità di piegatura o taglio semplice, non richiedono la complessità estesa delle matrici per plastica.
●Plastic Processing Dies (Molds):
●Complex Cavity & Core: La matrice definisce la geometria complessa esterna (cavità) ed interna (anima) del componente plastico considerato. La complessità può essere molto elevata.
●Cooling System: Un sistema interno di canali per il refrigerante (acqua o olio) è essenziale. Un raffreddamento ottimizzato e uniforme influisce direttamente sui tempi di ciclo e sulla qualità del pezzo.
●Gating System: Il canale di alimentazione, i canali di distribuzione e le vie di immissione attraverso cui la plastica fusa viene immessa nella cavità provengono dal ugello della macchina. Il design influisce sui modelli di flusso, sulla pressione di riempimento e sull'aspetto dei pezzi.
●Sistema di espulsione: Perni, manicotti o dispositivi di sollevamento vengono posizionati con attenzione per espellere il pezzo raffreddato dallo stampo lasciandolo intatto.
●Ventilazione: La ventilazione viene realizzata mediante piccoli canali o fori per rilasciare l'aria intrappolata quando il materiale fuso entra nella cavità, evitando bruciature o mancato riempimento.
●Materiale: Può trattarsi di acciai da utensili temprati (P20, H13, S7) o di acciaio inossidabile di vario tipo, ma anche la finitura superficiale e la resistenza alla corrosione (specificatamente per alcune plastiche) rappresentano fattori importanti.
3. L'Ambiente di Produzione
Stampaggio: Avviene generalmente su una pressa meccanica o idraulica. Queste presse tendono ad essere estremamente rapide nell'operare (centinaia di componenti al minuto possono essere prodotti, partendo da elementi semplici). Si tratta normalmente di un processo a freddo, anche se esistono alcuni processi speciali di formatura che prevedono il riscaldamento. L'attrito e l'usura sono spesso ridotti grazie all'utilizzo di lubrificanti.
Lavorazione delle materie plastiche: Avviene prevalentemente tramite l'utilizzo di macchine ad iniezione, ma anche con altri metodi come lo stampaggio soffiato, lo stampaggio a compressione, ecc. La natura del processo stesso prevede una notevole quantità di calore: fusione della plastica seguita dal suo raffreddamento nello stampo. Un ciclo può variare da pochi secondi a diversi minuti, in base alle dimensioni del pezzo e allo spessore delle pareti. L'efficienza del raffreddamento ha un forte impatto sulla durata del ciclo. Durante il processo possono essere rilasciati agenti lubrificanti, sebbene non siano diffusi quanto quelli utilizzati nello stampaggio.
4. Durata & Meccanismi d'Usura
Stampi per Imbutitura: L'usura abrasiva è principalmente tra metallo e acciaio da utensile, adesiva per galling. Le scanalature possono smussarsi. Si può verificare cricca da fatica a causa di sollecitazioni cicliche elevate. Possono essere effettuate manutenzioni come affilatura, sostituzione delle parti usurate o inserimento di inserti. La durata è tradizionalmente misurata in centinaia di migliaia o milioni di colpi con stampi ben mantenuti.
Stampi per Termoplastica (Muffe): I tipi di usura riscontrati sono abrasione da cariche abrasive presenti nelle plastiche, corrosione dovuta ad alcuni polimeri o acqua di raffreddamento e, potenzialmente, erosione causata dal flusso ad alta velocità del fuso plastico. Una proprietà estetica influenzata dal degrado della lucidatura sulla superficie della cavità è l'aspetto esteriore del pezzo. La manutenzione prevede lucidatura, riparazione di danni superficiali e lo sfogo delle linee di raffreddamento o dei ventili. La durata è anch'essa generalmente molto lunga (centinaia di migliaia fino a milioni di cicli), sebbene estremamente sensibile al tipo di plastica utilizzata così come alla manutenzione.
Perché la Distinzione è Importante
La scelta di una forma errata della filosofia di progettazione dello stampo rispetto al materiale è un presupposto per il fallimento. Uno stampo utilizzato per imbutire il materiale da metallo non presenta queste linee di raffreddamento e sistemi di alimentazione richiesti per la plastica. Un'impronta in plastica non resisterebbe alle vibrazioni dell'imbutitura dell'acciaio. Queste sono le differenze fondamentali: deformazione allo stato solido e lavorazione da fusione, la necessità di ottimizzare il raffreddamento e i giochi, la gestione del flusso e il controllo del rimbalzo; è essenziale comprendere tutti questi aspetti per:
● Progettare attrezzature efficaci e durature.
●Ottimizzare i processi produttivi.
●Selezionare materiali appropriati per lo stampo.
●Risolvere in modo efficiente i problemi di produzione.
●Calcolare correttamente i costi delle attrezzature e dei componenti.
Sebbene siano entrambi tipi distinti di stampi strumenti di precisione necessari negli sforzi di produzione di massa, il loro design, costruzione e funzionalità sono regolati da fisiche radicalmente differenti, nelle quali i metalli e le plastiche vengono trasformati dalla lavorazione grezza al pezzo finito. Questa è una divisione fondamentale che crea grandi opportunità nel settore manifatturiero.