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Stampaggio a iniezione

Lo stampaggio a iniezione è un processo di produzione industriale in cui un materiale plastico viene fuso e iniettato ad elevata pressione all'interno di uno stampo chiuso, che viene aperto dopo il raffreddamento del manufatto.

Generalmente l'iniezione avviene a pressioni elevate ed a temperature abbastanza elevate da consentire lo scorrimento del materiale "plastificato" all'interno del macchinario.

Il macchinario (detto pressa ad iniezione) in cui viene svolta l'operazione di stampaggio a iniezione è costituito da un estrusore (o "iniettore") seguito da una pressa per lo stampaggio (o "chiusura stampo"). L'estrusore ha il compito di fondere il materiale e di spingerlo all'interno dello stampo (grazie all'azione di un pistone o di una vite mobile), mentre la pressa ha il compito di tenere chiuso lo stampo (idraulicamente o meccanicamente).

I costituenti principali delle presse per iniezione sono:

· un piano fisso, al quale si fissa un semistampo (normalmente il semistampo femmina, o matrice);

· un piano mobile, al quale si fissa l’altro semistampo (punzone);

· un sistema di supporto e guida del piano mobile (generalmente 4 colonne a sezione cilindrica);

· un meccanismo di chiusura dello stampo (generalmente una ginocchiera azionata da pistoni idraulici);

· un "gruppo di plastificazione e iniezione", costituito da una vite senza fine contenuta in un cilindro riscaldato elettricamente, la vite ha la possibilità di ruotare intorno al suo asse (caricamento e fusione del materiale) e di spostarsi assialmente, agendo da pistone (fase di iniezione). La testa del cilindro porta un ugello che, attraverso un foro nel piano fisso della pressa è mantenuto a contatto del foro di iniezione dello stampo;

· una centralina oleodinamica, che fornisce l’energia per gli azionamenti;

· un basamento di supporto;

· una unità di governo elettronica, assistita da calcolatori.

Ciclo di funzionamento 

La pressa chiude lo stampo, successivamente inizia la fase di iniezione del materiale fino a circa l'85% del pezzo; il completamento del 100% del pezzo avviene con la seconda fase (fase di "compattamento"), mantenendo il materiale in pressione fino a quando il pezzo stampato non si solidifica; inizia quindi la fase di "plastificazione" del materiale, ruotando ed arretrando la vite di iniezione fino al raggiungimento della dosatura necessaria; la pressa quindi apre lo stampo ed estrae il pezzo stampato con un martinetto idraulico, mediante estrazione pneumatica, svitamento elettrico o idraulico. Un robot quindi prende il pezzo o più pezzi e li pallettizza.

Il ciclo macchina tipico è quindi composto dalle seguenti fasi:

 Caricamento e fusione: la vite gira prelevando il materiale per caduta (in granuli dalla dimensione variabile da 1 a circa 5 mm) da una tramoggia fissata al cilindro, il materiale, avanzando verso la testa del cilindro, fonde per effetto del riscaldamento del cilindro e dell’attrito. L'accumulo del materiale plastificato nella parte anteriore del cilindro fa arretrare la vite determinando la quantità di materiale che verrà iniettata.

· Chiusura e bloccaggio dello stampo. I due semistampi vengono avvicinati velocemente in bassa pressione e a pochi decimi di distanza vengono bloccati in posizione di massima forza di chiusura.

· Iniezione: alla vite viene applicata una velocità controllata da programma, con libertà di utilizzo della pressione idraulica disponibile. La vite, spostandosi rapidamente in avanti, come un pistone, forza il materiale fuso, attraverso l’ugello, nella cavità dello stampo. (fase. "controllo in velocità")

· Mantenimento in pressione: la vite continua ad essere spinta in avanti solitamente con una pressione più bassa di quella di iniezione, mantenendo la pressione sul materiale finché questo non è solidificato. (fase. "controllo in pressione")

· Rilascio della pressione della vite.

· Rotazione della vite per preparazione al nuovo ciclo vedi "caricamento e fusione".

· Eventuale attesa di raffreddamento del materiale nello stampo.

· Apertura dello stampo ed estrazione (automatica, manuale o assistita da manipolatori esterni) dei pezzi.

I pezzi ottenuti richiedono in certi casi operazioni accessorie come l’asportazione del materiale degli attacchi di iniezione (materozze), la sbavatura, l’esecuzione di fori ecc, ma spesso sono perfettamente finiti. È possibile realizzare il co-stampaggio di inserti metallici filettati o particolari in acciaio che, alla fine del processo, risulteranno saldamente inglobati al manufatto.

Negli ultimi anni si assiste al graduale inserimento di presse da iniezione di tipo elettrico, che permettono velocità di movimento dei piani elevate, silenziosità, e bassa manutenzione. Ulteriori ampliamenti del processo di iniezione sono raggiunti mediante la costruzione di presse con più gruppi di iniezione, capaci di iniettare due o più materiali contemporaneamente, oppure presse con più piani di chiusura che permettono di realizzare fasi di stampaggio multiple su stampi rotanti. Il concetto di funzionamento rimane però lo stesso appena descritto, con l'aggiunta dell'eventuale sovrapposizione di movimenti.

L'alto costo delle attrezzature necessarie alla produzione di particolari plastici (stampi) ha richiesto la creazione di software dedicati alla pre-progettazione del manufatto, simulando il processo di stampaggio con algoritmi estremamente complessi. Il risultato di queste elaborazioni può essere utilizzato per progettare lo stampo in modo semi-definitivo.