L’iniezione diventa “controllata”

Stampo destro e stampo sinistro. La loro costruzione ha richiesto un dettagliato studio delle caratteristiche
meccaniche e reologiche dei materiali per ottenere la migliore qualità del pezzo finale.

Com’è noto, in ambito automotive è molto attuale il tema della sostituzione di elementi in vetro (finestrini, tettucci, deflettori, vetri posteriori, ecc.) mediante componenti in policarbonato. Non si tratta solo di una tendenza ma di una vera e propria necessità dettata dalle regolamentazioni in materia, sempre più stringenti, che chiedono ai costruttori di automobili di alleggerire il peso delle vetture. E poiché policarbonato ha un peso specifico minore della metà di quello del vetro, il suo utilizzo comporta una riduzione dei consumi di carburante, un miglioramento dell’impatto ambientale, e l’allungamento dell’autonomia dei modelli elettrici o ibridi. Inoltre, grazie a un potere isolante molto più alto di quello del vetro, l’impiego di elementi in policarbonato migliora l’efficacia dei sistemi di raffreddamento/riscaldamento interni all’automobile, abbattendo ulteriormente i consumi.

Nell’ambito di tale tendenza, ormai consolidata, vogliamo approfondire un ulteriore aspetto. Da alcuni anni le case automobilistiche stanno chiedendo alle proprie imprese fornitrici di realizzare non più semplici pezzi in policarbonato, ma componenti più complessi che integrino anche la “struttura” attorno all’elemento trasparente, generalmente in PC/ABS (Policarbonato e Acrilonitrile-Butadiene-Stirene), una miscela che combina elevata lavorabilità, alta resistenza agli urti e al calore e ad eccellenti proprietà meccaniche.

Roberto Fagarazzi, Lighting e Glazing Business Unit Manager di INglass S.p.A.

Dieci stampi in uno
Per entrare nel merito, abbiamo “interpellato” la INglass S.p.A. di San Polo di Piave (TV), gruppo di rilevanza mondiale nella progettazione e nella produzione di stampi a iniezione e di canali caldi. Roberto Fagarazzi, Lighting and Glazing Business Unit Manager del gruppo veneto, chiarisce: «Noi ormai da alcuni anni siamo specializzati nella realizzazione di stampi per pezzi bi-materiale, in cui cioè è presente non solo la fase trasparente, ma anche quella strutturale che ne permette l’immediato assemblaggio alla vettura. Questa soluzione ha grandi vantaggi: in un solo pezzo sono integrati l’elemento trasparente, la cornice, gli elementi di fissaggio, le guarnizioni, ecc.; in sostanza, con un unico stampo è oggi possibile realizzare ciò che nel passato necessitava anche di dieci e più stampi». Lo sviluppo di uno stampo del genere è tuttavia molto complesso ed esige analisi approfondite, prove e correzioni. Fagarazzi: «Occorre garantire non solo un’eccellente resa estetica, ma anche la conformità dimensionale e la minima deformazione del pezzo stampato, al fine di permettere il perfetto assemblaggio».

Pezzo stampato finito: finestrino laterale di un’automobile

In questo articolo, quale esempio “notevole”, la INglass propone ai nostri lettori il caso di uno stampo per la realizzazione di un finestrino laterale in policarbonato integrato nella sua struttura in PC/ABS. «Il pezzo in questione – riprende Fagarazzi – ha dimensioni notevoli, pari a circa 1.200 x 460 mm, con tolleranze dimensionali e di forma molto strette, contenute in 1,5 mm».

INglass realizza stampi per realizzare manufatti di questo tipo da più di dieci anni e, recentemente, per mezzo del marchio Ermo. Fagarazzi: «Inglass fu la prima azienda al mondo a introdurre, già nel 2004, un tettuccio plastico bimateriale, integrando cioè la fase trasparente e quella strutturale scura. Questo tipo di tecnologia oggi sta prendendo piede anche per altri componenti automobilistici come i fanali, i vetri posteriori e i finestrini laterali». Nel caso del finestrino laterale presentato in questo articolo, Fagarazzi aggiunge: «Si tratta del primo stampo destinato al mercato cinese».

FLEXflow, il sistema di otturazione servo-controllata, permette di ottenere un controllo preciso, stabile e
facile della pressione e del flusso di iniezione.

Un nuovo modo di iniettare la plastica
La messa a punto dello stampo, attività particolarmente delicata, è stata possibile soprattutto grazie a una nuova tecnologia, detta “FlexFlow”, sviluppata dalla stessa INglass nel 2014. Roberto Fagarazzi: «Il processo di stampaggio di componenti di grandi dimensioni come per esempio il paraurti, la plancia di comando, il passaruota, ecc. prevede l’iniezione della plastica mediante più punti di iniezione per evitare pressioni troppo elevate in un unico punto e che il materiale si solidifichi prima di riempire tutta la cavità». In genere sono utilizzati “soluzioni sequenziali”, sistemi cioè che prevedono l’apertura iniziale del punto centrale d’iniezione, poi dei due punti adiacenti, e così via man mano che il flusso di plastica si espande all’interno dello stampo. «L’apertura non contemporanea ma “a staffetta” degli iniettori – riprende il nostro interlocutore – garantisce un riempimento omogeneo dello stampo ed evita che i diversi flussi generati dai punti di iniezione interferiscano l’un con l’altro». Eppure tale sistema, benché raffinato, non è ancora perfetto: «Ogni volta che viene aperto un iniettore, un flusso di materiale plastico viene rilasciato di colpo all’interno dello stampo. Ciò crea una caduta di pressione all’interno del sistema che muta per alcuni istanti le condizioni iniziali di temperatura, di velocità del flusso, di pressione, ecc. Tali mutazioni generano locali difettosità sul pezzo stampato».

Il sistema “FlexFlow” sviluppato da INglass supera tale inconveniente in quanto consente l’apertura controllata degli iniettori, come illustra Roberto Fagarazzi: «In genere l’iniezione della plastica è comandata da un otturatore pneumatico o idraulico. Nel nostro sistema invece, l’azionamento degli otturatori è elettrico, nel senso che è comandato da un servomotore con encoder. Ciò consente di determinare con esattezza i profili di apertura e di chiusura degli otturatori e, quindi, di regolari i singoli flussi in entrata nella cavità dello stampo». Impostando dunque i tempi, le velocità, ecc. di apertura/chiusura dei singoli punti di iniezione è possibile controllare al 100% il flusso all’interno dello stampo ed ottenere un riempimento completamente bilanciato e omogeneo della cavità evitando difetti di qualsiasi tipo sul pezzo stampato.

La determinazione dei profili ottimali di apertura/chiusura dei punti di iniezione non è semplice, soprattutto per un pezzo non simmetrico come il finestrino che stiamo analizzando. «Lo stampo in esame è molto complesso non solo perché non è simmetrico, ma anche perché presenta variazioni di spessori, fori, cavità, inserti, ecc., dunque la messa a punto della sequenza dei profili di apertura non è stata banale e ha necessitato un tempo lungo di analisi», puntualizza Fagarazzi. In questo tempo di sviluppo sono state eseguite diverse simulazioni variando parametri e condizioni di esercizio mediante il software Moldflow, personalizzato dai tecnici informatici della INglass in collaborazione con quelli della software-house Autodesk. Successivamente, sono state eseguite le prove di stampaggio su pressa, in modo da perfezionale e validare l’analisi teorica iniziale, arrivando così al risultato ottimale.

Fagarazzi: «Durante le prime prove di stampaggio i pezzi stampati risultavano fuori tolleranze con scostamenti anche di 4-5 mm nelle zone più critiche. Grazie all’introduzione di 10 punti di iniezione e altrettanti servomotori elettrici, con i quali abbiamo bilanciato tempi, aumentando e diminuendo le velocità di apertura/chiusura degli otturatori a seconda della loro ubicazione all’interno dello stampo, siamo riusciti a rimanere all’interno della tolleranza richiesta di 1,5 mm. In particolare, abbiamo ottimizzato il riempimento della parte struttura scura in PC/ABS, che essendo di forma più articolata rispetto a quella trasparente, è risultata maggiormente complessa. Senza il sistema “FlexFlow” sarebbe stato davvero difficile arrivare a questo risultato». È bene precisare che per la progettazione dello stampo, e in particolare della camera calda, gli informatici della INglass hanno utilizzato, oltre a Moldflow, sofisticati software sviluppati dai propri tecnici informatici al fine di considerare e prevedere parametri specifici quali la caduta di pressione, la potenza elettrica assorbita dal sistema, ecc.

Confronto “stampo – tolleranza” prima e dopo: l’applicazione del sistema FLEXflow ha permesso di tenere sotto controllo le variabili di processo
minimizzando le deformazioni del materiale durante il raffreddamento

Dall’officina alla produzione
Una volta ottenuto la configurazione ottimale e approvato il progetto dal cliente, la INglass ha avviato la produzione dello stampo, anzi, dei due stampi, trattandosi del finestrino laterale destro e del corrispettivo sinistro. Fagarazzi: «All’interno della nostra unità produttiva sono presenti macchine di asportazione truciolo per sgrossatura e finitura, di varie taglie e marche, che lavorano 24 ore al giorno, 7 giorni su sette, e diverse macchine di elettroerosione. Il fiore all’occhiello dell’attrezzeria è costituito da quattro centri di sgrossatura a 5 assi di grandi dimensioni della Mazak, ognuno dei quali dotato di magazzino utensili da 300 posti, cambio utensili automatizzato e cinque postazioni di caricamento dei pallet». Ciò significa che gli stampi sono stati lavorati in modo completamente automatico. «La parte più delicata della costruzione degli stampi – riprende Fagarazzi – ha riguardato la zona di “confine” tra i due materiali». Infatti, il profilo della fase in policarbonato e quello in PC/ABS sono stati realizzati in modo da essere perfettamente “combacianti”, al fine di evitare che, una volta che saranno in produzione, la parte trasparente stampata per inietto-compressione nella prima stazione della stessa pressa, non venga inquinata dalla parte scura stampata nella seconda stazione della pressa. «I due stampi, dopo oltre due anni dall’inizio dei lavori, entreranno in produzione verosimilmente verso la fine del 2016 presso il cliente cinese», conclude Roberto Fagarazzi.

Carta d’identità dello stampo nella versione destra e sinistra
Materiale: confidenziale
Peso: 26 ton.
Dimensioni: 240x180x170 cm.
Fabbricante: INglass S.p.A., San Polo di Piave (TV); tel.: +39 0422 750 111; email: info@inglass.it.
Progettazione: effettuata con software sviluppati internamente e mediante software Moldflow di Autodesk.
Durata processo di sviluppo dello stampo: circa 2 anni.
Tecnologie di costruzione: : confidenzale
Impiego: produzione di un finestrino laterale di un’automobile, nella versione destra e sinistra.
Tempo ciclo di stampaggio: 130 sec
Materiale del componente stampato: policarbonato (parte trasparente); PC/ABS (parte strutturale scura).
Cliente: stampatore cinese.
Pezzi annui: confidenzale

Auto: il futuro è nell’integrazione
L’innovazione nel settore dell’automobile si muove da sempre a grandi passi. Come detto, una delle maggiori tendenze è quella di realizzare più componenti in un’unica fase di stampaggio: luci, strutture di supporto e aggancio, parti estetiche, ecc. Nell’ambito della sostituzione del vetro con materiale plastico, inoltre, sono allo studio soluzioni nuove, per esempio in riferimento al parabrezza. Fagarazzi: «Rispetto al tettuccio, ai finestrini, ecc., il parabrezza è un componente più delicato e tutt’ora può essere realizzato solamente vetro essendo più resistente all’abrasione dei tergicristalli rispetto al policarbonato. Sono allo studio tuttavia nuovi materiali e ritengo che, tra non troppo tempo, potremo realizzare i primi parabrezza termoplastici». Da ultimo, è importante citare l’evoluzione dei nuovi componenti da realizzare per stampaggio. Fagarazzi: «I cruscotti, per esempio, dovranno integrare sistemi sempre più complessi di “servizio” e di “entertainment” quali schermi, lettori audio, sistemi di connessione, ecc. Del resto il futuro è scritto: nel giro di pochi anni saranno introdotte sul mercato autoveicoli senza la necessità di essere guidate, e tutti gli occupanti dovranno passare il tempo in qualche modo».

Un gruppo di caratura mondiale
INglass S.p.A. è un gruppo di riferimento internazionale che dal 1987 fornisce non solo stampi e sistemi di iniezione ma anche servizi di ingegneria e di consulenza per la realizzazione di manufatti plastici. Attraverso i marchi ERMO (sviluppo e produzione stampi) e HRSflow (sviluppo e produzione canali caldi), l’impresa opera con un know-how a 360 gradi supportando il cliente fin dalle prime fasi progettuali e fornendo soluzioni avanzate nel settore degli stampi, in particolare nell’ambito lighting automotive (fanaleria). Il gruppo, che attualmente conta più di 1.000 addetti e ha il suo quartier generale a San Polo di Piave, in provincia di Treviso, conta varie sedi per la produzione di stampi e canali caldi in Paesi quali Stati Uniti, Cina e Francia, e diverse filiali tecnico-commerciali. Fagarazzi: «Abbiamo l’esigenza di essere il più possibile “vicini” logisticamente e culturalmente ai più importanti siti di produzione delle automobili e ai maggiori fornitori mondiali di componentistica». La divisione HRSflow grazie alla sua linea HRS Multitech, progetta e produce canali caldi non solo per il settore automotive, ma anche per quello medicale, cosmetico, dei tappi, delle chiusure, del packaging, ecc., in particolare nelle applicazioni che richiedono tempi ciclo veloci e una resa estetica elevata.

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