Come progettare componenti in plastica stampata?

La progettazione di pezzi stampati in plastica nella nostra fabbrica comporta un processo preciso di ingegneria e artigianato, che garantisce che ogni pezzo soddisfi rigorosi standard di qualità e prestazioni.

Sebbene questa introduzione illustri gli elementi essenziali della progettazione di parti in plastica, l’approfondimento di ciascun componente offre spunti per migliorare i risultati di produzione. Scoprite come la selezione dei materiali e le tecniche avanzate di progettazione degli stampi migliorano la qualità dei pezzi e l’efficienza della produzione.

Che cos’è la progettazione strutturale e dimensionale delle parti stampate in plastica?

La progettazione strutturale e dimensionale è fondamentale nello stampaggio di parti in plastica, in quanto ne influenza la funzione, la longevità e la producibilità in diverse applicazioni.

Design della struttura

• **Dimensioni dello stampo:**Durante la progettazione delle dimensioni dello stampo, occorre considerare i requisiti dimensionali del prodotto e il tasso di ritiro del materiale plastico. In generale, le dimensioni dello stampo devono essere maggiori di quelle del prodotto stampato finale. I diversi materiali plastici presentano tassi di ritiro differenti, generalmente compresi tra 0.1% e 2%.

• **Metodo di separazione dello stampo¹:** scegli il metodo appropriato in base alla forma e ai requisiti del prodotto. I metodi comuni includono stampo superiore fisso e inferiore mobile, stampo superiore mobile e inferiore fisso, separazione laterale e così via. Il metodo deve tenere conto della forma del prodotto, della difficoltà di fabbricazione, della struttura e del costo dello stampo e di altri fattori, puntando a un’apertura fluida e a un’elevata efficienza produttiva.

• **Sistema di raffreddamento²:** il sistema di raffreddamento dello stampo incide notevolmente sulla qualità dei prodotti in plastica e sull’efficienza produttiva. La disposizione e le dimensioni dei circuiti dell’acqua devono essere progettate in modo razionale. I canali devono trovarsi il più vicino possibile al profilo del prodotto per migliorare l’efficacia del raffreddamento. Occorre inoltre evitare deformazioni dovute a un raffreddamento non uniforme, ridurre il tempo di raffreddamento e aumentare l’efficienza produttiva.

• **Sistema di sfiato:**Quando si progetta uno stampo, occorre considerare il gas generato durante il riempimento e il raffreddamento del materiale plastico. È necessario predisporre un modo per eliminarlo. La progettazione del sistema di sfiato deve cercare di evitare bolle, riempimenti incompleti e altri difetti, migliorando la qualità del prodotto.

• **Progettazione della tramoggia:**La tramoggia deve essere configurata razionalmente e la tramoggia e l’ugello devono essere posizionati in modo da garantire un flusso uniforme del materiale plastico, evitando intasamenti e bolle nell’ugello. Va inoltre considerato il collegamento tra tramoggia e stampo, facilitando smontaggio e pulizia.

Dimensione Design

• **Progettazione dello spessore della parete:**Lo spessore della parete del prodotto influisce direttamente sulla qualità e sulle prestazioni del pezzo stampato. Una parete troppo spessa causa ritiro e deformazione, mentre una parete troppo sottile rende il prodotto poco resistente. Durante la progettazione, lo spessore deve essere controllato in modo ragionevole in funzione dell’uso e dei requisiti del prodotto, così da migliorarne la qualità.

• **Progettazione della forza di chiusura³:** la forza di chiusura è quella necessaria a mantenere chiuso lo stampo e deve essere determinata in base alle dimensioni e alla struttura del prodotto e alle caratteristiche del materiale. Se è troppo elevata, aumenta il carico sull’attrezzatura; se è troppo bassa, lo stampo non resta completamente chiuso.

• **Progettazione delle parti scorrevoli⁴:** quando si stampano componenti con una struttura scorrevole, occorre progettare correttamente posizione e forma del cursore, affinché si muova liberamente senza bloccarsi o danneggiarsi durante l’uso. Nella progettazione dello stampo bisogna inoltre prestare attenzione alle dimensioni delle parti scorrevoli e dello stampo, per garantirne un’apertura e una chiusura fluide.

• **Progettazione del tirante⁵:** per evitare che il tirante si pieghi o si rompa quando è sottoposto a un’elevata forza di trazione, è necessario posizionarlo correttamente e definirne una forma adeguata. Bisogna inoltre dimensionare correttamente il tirante e lo stampo per garantire il corretto funzionamento del meccanismo.

Qual è il processo di progettazione e sviluppo delle parti stampate in plastica?

La progettazione e lo sviluppo di parti stampate in plastica comportano un approccio sistematico per garantire efficienza, funzionalità e qualità nella produzione in vari settori.

Determinare la domanda

Innanzitutto, è necessario sapere a cosa serve questo pezzo di plastica. Si tratta di un pezzo giocattolo o di una parte di un’automobile? Una volta capito a cosa serve, saprete quali sono i requisiti prestazionali da soddisfare. Deve essere forte? Deve essere resistente all’usura? Deve essere resistente agli agenti chimici? E così via. Allo stesso tempo, dobbiamo anche pensare a qualsiasi requisito speciale che il cliente o il mercato hanno per questa parte in plastica. Deve avere un bell’aspetto? Deve essere di un certo colore? Deve essere economico? E così via.

Iniziare a disegnare

In base a ciò che mi ha detto il progettista, schizzo un semplice pezzo di plastica su carta o con un software. Mostrerei la forma e le dimensioni approssimative. A questo punto non mi preoccuperei di essere troppo preciso. Voglio solo dare un’idea generale. Voglio vedere se sembra che possa funzionare. Ad esempio, se ci sono punti in cui la forma è davvero strana e non può essere realizzata, o se le dimensioni non sembrano adatte all’uso che se ne farà.

Progetto dettagliato

Gli schizzi vengono ulteriormente perfezionati e il modello 3D del componente in plastica viene disegnato con precisione usando software di progettazione specializzato⁶ (ad esempio CAD, ProE ecc.). In questa fase occorre definire le dimensioni esatte del componente, i dettagli della forma di ogni sua parte, lo spessore di parete appropriato e così via. È inoltre necessario considerare l’accoppiamento con altri componenti, ad esempio se debba essere fissato mediante fori per viti o assemblato con altre parti.

Allo stesso tempo, scegliere il materiale plastico giusto. I diversi materiali plastici hanno caratteristiche diverse. Alcuni sono molto duri, altri molto morbidi. Alcuni sono trasparenti, altri opachi. La scelta va fatta in base all’utilizzo dei componenti in plastica e alle prestazioni richieste.

Analisi e controllo

Fate una serie di test sulle parti in plastica che avete progettato per vedere se funzioneranno davvero. Ad esempio, utilizzate un software di fantasia per vedere se la parte in plastica si piega o si rompe quando la si preme, controllate quanto si scalda, vedete quanto bene la plastica scorre nello stampo e così via. Se si riscontrano problemi, è necessario tornare indietro e modificare il progetto fino a quando tutti i test non risultano corretti.

Realizzazione dello stampo

Dopo aver progettato un componente in plastica, occorre realizzare uno stampo per la produzione in serie. Il progettista definisce la struttura dello stampo in base al disegno del componente, includendo la cavità (dove si forma il componente), il punto di iniezione (da cui il fuso plastico entra nello stampo), il sistema di raffreddamento (che consente alla plastica di raffreddarsi rapidamente per assumere la forma) e così via. Si affida quindi a un’officina la lavorazione e la fabbricazione dello stampo in base al disegno di progettazione dello stampo[^7]. Questo processo richiede grande precisione, perché la qualità dello stampo incide direttamente su quella del componente in plastica.

Stampo di prova

Una volta che lo stampo è pronto, la prima cosa da fare è testare lo stampo sulla macchina per lo stampaggio a iniezione. Si riscalda il materiale plastico, lo si fonde, lo si inietta nella cavità dello stampo attraverso la macchina per lo stampaggio a iniezione, quindi si apre lo stampo dopo che la plastica si è raffreddata e solidificata e si estraggono le parti in plastica.

Si verifica se le parti in plastica corrispondono al progetto, se non ci sono difetti, ad esempio la superficie non è liscia, ci sono bolle, le dimensioni non sono precise e così via. Se c’è un problema, è necessario regolare lo stampo o i parametri del processo di iniezione (come temperatura, pressione, velocità di iniezione, ecc.), e poi provare di nuovo lo stampo, finché non si ottiene un pezzo di plastica soddisfacente.

Produzione di massa

Una volta testato con successo lo stampo, si può iniziare a produrre in serie i pezzi in plastica. Durante la produzione, è necessario controllare rigorosamente la qualità della produzione e verificare regolarmente le dimensioni, l’aspetto e le prestazioni dei pezzi di plastica per assicurarsi che ogni prodotto soddisfi i requisiti.

Ispezione e miglioramento della qualità

I test di qualità sono necessari per i componenti in plastica. Utilizzate diversi metodi (come la misurazione delle dimensioni, le prove di resistenza, il controllo dell’aspetto, ecc.) per scoprire quali prodotti non soddisfano gli standard. Inoltre, prestate attenzione ai feedback dei clienti e ai problemi che si presentano durante la produzione. Migliorare la progettazione o il processo di produzione dei componenti in plastica in modo che la qualità continui a migliorare.

Quali sono i punti chiave per la progettazione di parti stampate in plastica?

La progettazione di pezzi stampati in plastica richiede un equilibrio tra funzionalità, producibilità, selezione dei materiali e convenienza economica per garantire una produzione e prestazioni di alta qualità.

Foro

I fori devono essere il più semplici possibile, generalmente rotondi. Il foro deve essere nella stessa direzione dell’apertura dello stampo, in modo da evitare la trazione dell’anima. Quando il rapporto lunghezza/diametro del foro è superiore a 2, è necessario impostare la pendenza di sformatura.

A questo punto, il diametro del foro deve essere calcolato in base alla dimensione del diametro piccolo (la dimensione del solido più grande). Il rapporto L/D dei fori ciechi non è generalmente superiore a 4. La distanza tra il foro e il bordo del prodotto è generalmente maggiore della dimensione del foro.

Angoli arrotondati

Se gli angoli arrotondati sono troppo piccoli, il prodotto può incrinarsi a causa della concentrazione di tensioni. Se gli angoli arrotondati sono troppo piccoli, la cavità dello stampo potrebbe rompersi a causa della concentrazione delle sollecitazioni. L’impostazione di un angolo arrotondato ragionevole può anche migliorare il

Il processo di lavorazione dello stampo, come la fresatura diretta della cavità con una fresa R, evita l’inefficienza della lavorazione elettrica. Angoli arrotondati diversi possono causare lo spostamento delle linee di demarcazione, e angoli diversi arrotondati o puliti devono essere scelti in base alla situazione reale. Marcatura

La marcatura del prodotto è generalmente impostata sulla superficie interna del prodotto relativamente piatta, e la forma in rilievo, selezionare la direzione normale e il righello della direzione di stampaggio può essere coerente con la faccia della marcatura, si può evitare di sforzare.

Precisione delle parti stampate a iniezione; a causa della non uniformità e dell’incertezza del ritiro durante lo stampaggio a iniezione, la precisione delle parti stampate a iniezione è ovviamente inferiore a quella delle parti in metallo e i requisiti di tolleranza appropriati devono essere selezionati in conformità allo standard (OSJ1372-1978).

Inserti

È possibile inserire inserti nei pezzi stampati a iniezione per renderli più resistenti, più duri, più precisi e per inserire piccoli fori filettati (boss) per qualsiasi motivo. Inoltre, rendono il pezzo più costoso. Gli inserti sono solitamente in ottone, ma possono essere realizzati in altri metalli o in plastica. Gli inserti stampati nella parte in plastica devono essere progettati in modo da non ruotare o estrarsi.

Ad esempio: zigrinature, fori, sottosquadri, spessori, spalle, ecc. Gli inserti che circondano la plastica devono essere più spessi per evitare che la plastica si rompa. Quando si progetta un inserto, si deve pensare a come sarà tenuto nello stampo (fori, perni, magneti, ecc.).

Inclinazione del rilascio dello stampo

Una buona pendenza di rilascio dello stampo può evitare che il prodotto venga tirato per i capelli. La pendenza di rilascio dello stampo deve essere superiore a 0,5 gradi per le superfici lisce, superiore a 1 grado per le superfici a trama fine e superiore a 1,5 gradi per le superfici a trama grossa. Una buona pendenza di rilascio dello stampo può evitare la lesione della parte superiore del prodotto.

Quando si progettano prodotti con struttura a cavità profonda, la pendenza della superficie esterna deve essere inferiore a quella della superficie interna per garantire che il nucleo dello stampo non si discosti durante lo stampaggio a iniezione, per ottenere uno spessore uniforme della parete del prodotto e per assicurare la resistenza della densità del materiale della parte aperta del prodotto.

Spessore della parete

Le diverse materie plastiche hanno una certa gamma di spessori di parete, generalmente da 0,5 a 4 mm. Se lo spessore della parete è superiore a 4 mm, il tempo di raffreddamento è eccessivo, con conseguente ritiro e altri problemi. Si dovrebbe prendere in considerazione la possibilità di cambiare la struttura del prodotto. Uno spessore della parete non uniforme provoca la comparsa di rientranze sulla superficie. Lo spessore irregolare della parete provoca fori d’aria e segni di fusione.

Rinforzo

L’uso corretto del rinforzo può rendere il prodotto più rigido e ridurne la deformazione. Lo spessore dell’armatura deve essere inferiore a 1/3 dello spessore della parete del prodotto, altrimenti causerà una frattura della superficie. L’inclinazione di un lato della barra di rinforzo deve essere superiore a 1,5° per evitare lesioni dall’alto.

Cerniera monopezzo

Sfruttando la tenacità del materiale PP, la cerniera può essere progettata per essere integrata nel prodotto. La dimensione del film utilizzato come cerniera deve essere inferiore a 0,5 mm e mantenuta uniforme. Nello stampaggio a iniezione di una cerniera monopezzo, il cancello può essere progettato solo su un lato della cerniera.

Stampaggio a iniezione con assistenza a gas

Questa tecnica può rendere i prodotti più rigidi e meno soggetti a deformazioni e può inoltre prevenire i ritiri. Lo stampaggio a iniezione assistito da gas⁷ consente di risparmiare materie prime e ridurre il tempo di raffreddamento.

Direzione di apertura dello stampo e linea di separazione

Quando si progetta un prodotto stampato a iniezione, la direzione di apertura dello stampo e la linea di divisione devono essere determinate all’inizio del processo di progettazione. Ciò consente di ridurre al minimo la necessità di complessi meccanismi di estrazione dell’anima e di eliminare l’impatto negativo sull’aspetto del prodotto causato dalla linea di divisione.

Una volta che si sa da che parte si apre lo stampo, si possono progettare i rinforzi, le clip, le nervature e altre caratteristiche in modo che corrispondano il più possibile alla direzione di apertura dello stampo. In questo modo si eviteranno i sottosquadri, si ridurranno le linee di cucitura e lo stampo durerà più a lungo. Ad esempio, se lo stampo si apre in direzione X per il pezzo e si progetta un elemento che si apre in direzione Y, è necessario indicarlo sul disegno. Una volta che si sa da che parte si apre lo stampo, si può scegliere la linea di divisione migliore per far sì che il pezzo abbia un aspetto e un funzionamento ottimali.

Meccanismo di estrazione del nucleo dello stampo a iniezione ed evitabile

Quando il componente stampato non può essere sformato agevolmente nella direzione di stampaggio, occorre progettare un meccanismo di estrazione dell’anima⁸. Questo meccanismo permette di stampare strutture di prodotto complesse, ma può facilmente causare linee di giunzione, ritiri e altri difetti, oltre ad aumentare il costo dello stampo e ridurne la durata.

La progettazione di prodotti stampati a iniezione, come nessun requisito speciale, cerca di evitare la struttura del nucleo. Ad esempio, la direzione del foro assiale e del tendine rispetto alla direzione dello stampo, l’uso del nucleo della cavità attraverso il tocco e altri metodi.

Saldatura (saldatura a piastra, saldatura a ultrasuoni, saldatura a vibrazione)

La saldatura rende le connessioni più forti. La saldatura può facilitare la progettazione dei prodotti.

Considerazione ragionevole della contraddizione tra prestazioni del processo e del prodotto

Quando si progettano prodotti stampati a iniezione, bisogna pensare all’aspetto del prodotto, al suo funzionamento e alla sua realizzazione. A volte si deve rinunciare a un po’ di come è fatto per ottenere un aspetto o una prestazione davvero buoni.

Quali sono gli errori più comuni nella progettazione di parti stampate in plastica?

La progettazione di pezzi stampati in plastica richiede attenzione ai dettagli per evitare errori che possono influire sulla funzionalità e sulla producibilità.

Scegliere il materiale sbagliato

Un’altra cosa che vedo sbagliare è la scelta del materiale giusto. Il materiale va scelto in base alla destinazione del pezzo. Se è destinato all’esterno, è necessario inserire stabilizzatori UV per evitare che si rompa. Se si tratta di una parte portante, è necessario inserire dei riempitivi come la fibra di vetro per renderla più resistente. Se si tratta di un pezzo che deve scorrere su qualcosa, è necessario inserire additivi come i lubrificanti.

Spessore della parete non uniforme

Le sezioni trasversali diverse delle pareti sono comuni nella progettazione dei pezzi e possono portare a caratteristiche inaspettate quando vengono stampati. È difficile per le materie plastiche fluire e passare tra spessori di parete non uniformi.

Le sezioni trasversali delle pareti spesse producono un ritiro variabile, che può portare alla distorsione del pezzo. Cercare di rendere le pareti più spesse almeno nell’area del gate e più sottili alla fine del riempimento. Puntate a uno spessore delle pareti di 0,080-0,120 pollici e utilizzate le caratteristiche delle nervature e delle piastre di rinforzo angolari nella progettazione dei pezzi.

Non aggiungere la pendenza di trazione dello stampo

Per far uscire la parte in plastica dallo stampo è necessario un cono di estrazione. Di solito la plastica si restringe verso il centro del pezzo. Se non si dispone di un cono di estrazione, il pezzo rimarrà nello stampo e non uscirà correttamente. Se è possibile, applicare un cono di estrazione di 1° su ciascun lato. Qualsiasi cono di estrazione aiuterà a far uscire il pezzo.

Depressioni inutili

A causa della complessità dei progetti dei pezzi odierni, le depressioni sono previste, ma spesso vengono trascurate. Le depressioni nello stampo devono essere affrontate prima che il pezzo venga rilasciato, altrimenti si danneggia. Ci sono molti modi per affrontare le depressioni nella gestione dello stampo attraverso la progettazione di anime, slitte, anime o sollevatori. Una semplice regola per la progettazione: ammaccature + stampi complessi = costi più elevati.

Esclusi i raggi di raccordo

Spesso si dimenticano i raggi di raccordo quando si progettano i pezzi. Ma sono importanti perché rendono il pezzo più resistente. Un raggio riduce le concentrazioni di stress e le fratture nelle parti in plastica. Inoltre, migliora l’aspetto del pezzo e riduce il rischio di lesioni quando lo si maneggia.

Conclusione

La progettazione di pezzi stampati in plastica richiede di considerare sia la struttura che le dimensioni. Per quanto riguarda la struttura, è necessario pensare alle dimensioni dello stampo, a come separare le parti, a come raffreddare lo stampo, a come far uscire l’aria dallo stampo e a come introdurre la plastica nello stampo. Tutti questi aspetti sono importanti per assicurarsi di poter stampare il pezzo in modo efficiente e per garantire che il pezzo sia buono.

Per quanto riguarda le dimensioni, occorre considerare lo spessore di parete⁹, la forza utilizzata per chiudere lo stampo, il modo in cui le parti devono scorrere e come evitare che il componente si rompa. Tutti questi aspetti sono importanti per prevenire deformazioni e garantire la qualità del componente.

Il processo di progettazione comprende analisi dei requisiti, schizzi, progettazione dettagliata, realizzazione dello stampo, prove dello stampo e produzione in serie, con particolare attenzione al controllo e al miglioramento della qualità. Occorre evitare errori comuni come una scelta inadeguata del materiale, uno spessore di parete non uniforme e l’assenza di angoli di sformo, così da ridurre i costi e migliorare la qualità dei prodotti finiti. Consulta la nostra Guida completa agli stampi a iniezione per una panoramica esaustiva.

1. Comprendere i diversi metodi di separazione dello stampo può migliorare l’efficienza della progettazione e la qualità del prodotto. ↩

2. Esaminare l’impatto dei sistemi di raffreddamento può aiutare a ottimizzare l’efficienza produttiva e la qualità del prodotto. ↩

3. Conoscere la progettazione della forza di chiusura è fondamentale per garantire un’efficace separazione dello stampo e prolungare la durata dell’attrezzatura. ↩

4. Comprendere le migliori pratiche per la progettazione delle parti scorrevoli può migliorare la funzionalità e la durata dei componenti in plastica. ↩

5. Esaminare strategie efficaci per la progettazione degli elementi sottoposti a trazione può prevenire i cedimenti e migliorare le prestazioni dei componenti in plastica sotto sforzo. ↩

6. Individuare il software di progettazione più adatto può rendere il processo più efficiente e aumentare la precisione nella creazione di componenti in plastica. ↩

7. Lo stampaggio a iniezione assistito da gas può migliorare la qualità del prodotto e ridurre i costi. Scoprine i vantaggi per ottimizzare il processo produttivo. ↩

8. Scopri i meccanismi di estrazione dell’anima per evitare gli errori comuni nella progettazione degli stampi e migliorare l’efficienza produttiva. Queste conoscenze sono essenziali per ottenere buoni risultati. ↩

9. Scopri tutto ciò che devi sapere sul processo di stampaggio a iniezione a parete sottile: è un processo utilizzato per realizzare componenti in plastica sottili. ↩

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