AD Stampi: quando l’estrazione richiede attenzione

Fig. ASiamo in un mondo pieno di difficoltà, le quali crescono a misura che ci si avvicina alla meta…alla progettazione di uno stampo in questo caso. Non vogliamo celebrare sacrifici, naturalmente, ma i sacrifici spesso li fanno gli stampisti quando, alle prese con un problema, puntano al risultato, al quale il committente aspira.

Fra le diverse fasi del processo di realizzazione dello stampo di questo mese, la progettazione ha vissuto una fatica notevole, specialmente per creare dei sottosquadra tali da facilitare l’estrazione dell’oggetto. Ciò ha indotto AD STAMPI srl, che opera nel settore termoplastico dal 1970, a rapportarsi in modo diverso con la realtà dell’estrazione, compito alquanto impegnativo.

Per carità, benvenute le difficoltà e benvenute le soluzioni, che permettono di migliorare il proprio know how e la propria scala di valori!

Componente di spazzola per smerigliatrice manuale.
Componente di spazzola per smerigliatrice manuale.

A.D. STAMPI srl di Pianello Val Tidone (PC) è legata alla ditta madre Demaplast srl, azienda di stampaggio operante nel settore veterinario, che produce particolari d’ausilio nell’allevamento di ovini e bovini; ad essa, A.D. STAMPI fornisce lo studio e la ricerca dei nuovi articoli. Negli ultimi anni ha allargato la sua presenza sul mercato, estendendo i propri servizi nel settore industriale. Il contributo di A.D. STAMPI consiste nello studio dell’articolo plastico da realizzare, progettazione, realizzazione stampo e se richiesto stampaggio del prodotto stesso. Nel 1999 ha ottenuto la certificazione ISO 9001.

Gli stampi vengono collaudati o messi in produzione nell’unità di stampaggio che dispone di presse ad iniezione da 70 a 400 tonnellate. L’azienda dispone di macchine ad ultrasuoni per l’inserimento di inserti e di macchine a laser e tampografiche per la stampa degli articoli plastici.

Vista complessiva dello stampo: parte mobile a sinistra, parte fissa a destra.
Vista complessiva dello stampo: parte mobile a sinistra, parte fissa a destra.

L’oggetto
L’oggetto da stampare è la flangia centrale conica del diametro di 230 mm, facente parte dei componenti di una spazzola per smerigliatrice manuale prodotta da Olimpia 80 srl di Borgonovo Val Tidone. Il componente, in Nylon caricato con 30% di fibra di vetro per ottenere più robustezza, ha il diametro esterno di 157 mm, l’altezza di 35 mm, il peso di 190 grammi (figg. 1 e 2).

Lo studio di questo nuovo oggetto ha richiesto un’attenta interpretazione dell’idea del cliente, per ricercare le migliori soluzioni tecniche, estetiche, pratiche ed economiche; ciò è stato possibile anche grazie alla realizzazione dei disegni in 3D e alla prototipazione rapida del pezzo.

Parte mobile.
Parte mobile.

Lo stampista ha suggerito modifiche essenziali sulla geometria dell’oggetto, per ottimizzare la progettazione e la costruzione dello stampo con sformi adeguati e alleggerimenti delle pareti, pur mantenendo inalterate le caratteristiche meccaniche del pezzo stesso.

La principale modifica scaturita dalla collaborazione con l’ufficio tecnico del committente è stata la possibilità di dare allo stampo una forma tale che il pezzo potesse essere estratto con facilità. Sono stati eseguiti dei sottosquadra abbastanza anomali per uno stampo d’iniezione automatico, che hanno costretto a realizzare degli sformi particolari e a ottimizzare la forma ideale della flangia. La collaborazione tra stampista e committente è stata davvero preziosa.

Parte fissa.
Parte fissa.

Lo stampo
Si tratta di uno stampo a iniezione a una singola impronta (figg. 3, 4, 5); data la particolare geometria del pezzo, lo stampo è stato previsto con iniezione centrale a ugello caldo e stampaggio in automatico. Poiché il pezzo presenta dei sottosquadra sia nella parte interna sia nella parte esterna, sono stati necessari ben 16 movimenti laterali (soprattutto di forma circolare tra loro), 8 mossi meccanicamente e 8 mossi da pistoni pneumatici, a loro volta suddivisi in 4+4 di dimensioni differenti, (fig. 6); i movimenti dovevano essere tali da “liberare” il pezzo in fase di estrazione. A ciò si aggiunge il movimento di una piastra che libera il maschio centrale e permette ai carrelli di avere lo spazio necessario per chiudersi internamente; i carrelli sono tutti combinati tra loro, per consentire l’estrazione del particolare stampato. Tutto quello che è soggetto di scorrimento, quindi carrelli grossi, carrelli piccoli, intermedi, i tasselli, le matrici in sé che poi creano il pezzo, sono in acciaio temprato. Le guide dei carrelli sono in acciaio bonificato e nitrurato. Il porta stampo è in acciaio bonificato.

Sono stati necessari 16 movimenti laterali.
Sono stati necessari 16 movimenti laterali.

È uno stampo molto robusto anche come struttura; i particolari che vanno a creare la sagoma sono tutti in acciaio temprato, per aumentare la durata dello stampo stesso. Lo stampista ammette una notevole complessità, che ha messo a dura prova l’esperienza dell’attrezzeria, specialmente per il fatto di aver dovuto creare dei sottosquadra presenti nell’oggetto, i quali complicano l’estrazione del pezzo. Infatti, sono presenti dei labbri interni, su cui poi le spazzole si vanno a incastrare impedendo l’estrazione del pezzo. È stato davvero difficile creare due di tali sottosquadra: uno esterno e uno interno. Per liberare il sottosquadra esterno bisognava allargare i carrelli, cosa impossibile perché all’interno c’è il pezzo; invece per il sottosquadra interno occorreva stringerli, altra operazione impossibile per la mancanza di spazio interno, dove c’è un maschio centrale che è poi la struttura dello stampo in sé (fig. 7).

Un maschio centrale rappresenta la struttura dello stampo in sé.
Un maschio centrale rappresenta la struttura dello stampo in sé.

Dunque, si sono dovuti studiare e fasare tra loro ben 16 movimenti, in aggiunta a un movimento per il maschio centrale affinché, appena prima che i carrelli interni si chiudessero per liberare il labbro, il maschio indietreggiasse nello stampo e lasciasse lo spazio ai carrelli interni per chiudersi.

Riassumendo, le fasi principali dello stampo sono quattro: apertura stampo con relativo movimento meccanico dei carrelli esterni, apertura piastra con pistoni idraulici per liberare il maschio centrale, chiusura carrelli piccoli e grandi con movimenti pneumatici, estrazione pezzo.

Avviamento produzione con software HyperMILL.
Avviamento produzione con software HyperMILL.

Progettazione e lavorazione dello stampo
Per la progettazione dello stampo l’ufficio tecnico di A.D. Stampi si è avvalso del pacchetto Rhinoceros 5, con il quale è stato possibile creare, modificare, analizzare, documentare, renderizzare, animare e tradurre curve, superfici, solidi, nuvole di punti e mesh poligonali e quant’altro; non ci sono stati limiti di complessità, grado o dimensioni. Lo stampista dichiara un’accessibilità estrema, tant’è che ha potuto concentrarsi su progettazione e visualizzazione senza essere distratto dal software. La messa in tavola è stata agevolata da Autocad Mechanical 2012. Per la programmazione e la messa in produzione dei dati Cam/Cad, prima di avviare la produzione stessa, è stato prezioso il software Hypermill (figg. 8 e 9); con esso la visualizzazione per l’officina, i dati di hyperCAD®-S e hyperMILL® possono essere visualizzati direttamente accanto alla macchina; ogni operazione di produzione può essere verificata in dettaglio sullo schermo prima della preparazione della macchina. Grazie a una vasta gamma di strategie di lavorazione, è possibile eseguire la lavorazione completa dei grezzi con un unico staffaggio.

Con HyperMILL i dati di lavorazione sono visualizzati direttamente accanto alla macchina.
Con HyperMILL i dati di lavorazione sono visualizzati direttamente accanto alla macchina.

Particolarmente impegnativa in fase di progettazione è stata la creazione, e di conseguenza la fasatura tra loro, dei movimenti dei numerosi carrelli in spazi ridottissimi, per la realizzazione dei sottosquadra presenti nel pezzo.

La lavorazione dello stampo si è avvalsa di macchine ad alta precisione (fig. 11), che lavorano in Cad/Cam. Il parco macchine di AD Stampi include fresatrici e torni a controllo, macchine per elettroerosione a tuffo e a filo ecc.

Sezione della flangia da stampare.
Sezione della flangia da stampare.

Tutti i componenti sono stati realizzati con fresatrice a 5 assi DMU 70 evo linear Deckel Maho (fig. 12) abbinata ad un sistema di automazione cartesiano Erowa.

Altre unità di lavorazione sono state fatte su centro di lavoro 5 assi DMU 105 monoblock Deckel Maho e su Agietron Adv ance 3 Agie per lavorazione di elettroerosione a tuffo.

Sono state fondamentali le strumentazioni di ausilio e standardizzazione, con cui A.D. Stampi ha potuto minimizzare errori, tempi morti e lavorazioni presidiate; ricordiamo, ad esempio, i sistemi di serraggio, i pallet per il fissaggio dei pezzi e il presetting 3D manual di Erowa (fig. 13) e quant’altro.

Una fase di lavorazione dello stampo.
Una fase di lavorazione dello stampo.

I pezzi vengono bloccati su palette standardizzate; la stessa paletta viene usata sia nella macchina di elettroerosione, sia nella fresatrice, sia nel presetting esterno alla macchina.

Le matrici e i carrelli sono stati sgrossati e semifiniti, nonché temprati e quindi finiti di fresa ed elettroerosione a tuffo.

La principale criticità durante le lavorazioni è stata mantenere un grado elevatissimo di precisione, in quanto, anche il minimo scostamento dimensionale poteva compromettere l’accoppiamento tra i 16 carrelli; per questo motivo i componenti principali sono stati soggetti ad un doppio controllo qualitativo e dimensionale, prima in macchina e poi tramite un sistema di misurazione esterno 3D.

Fresatrice 5 assi DMU 70 evo linear Deckel Maho.
Fresatrice 5 assi DMU 70 evo linear Deckel Maho.

A proposito di precisione, è giusto sottolineare che gli otto carrelli che formano la parte circolare con posa sottosquadra si devono accoppiare l’uno con l’altro; se ci dovesse essere un errore dimensionale anche di un solo centesimo su ognuno di questi otto carrelli, partendo dall’inizio e arrivando alla fine i centesimi diventerebbero 8 ovvero quasi un decimo, cosa assolutamente impensabile.

Controllo su sistema di automazione cartesiano Erowa.
Controllo su sistema di automazione cartesiano Erowa.

Da qui la necessità di una precisione estrema e tanta attenzione nel misurare i pezzi, una volta in macchina e una volta esternamente con una postazione di rilevamento dimensionale 3D.

I trattamenti di tempra e nitrurazione sono stati eseguiti internamente.

La manutenzione dello stampo è di tipo ordinaria ogni 20.000 stampate circa, e straordinaria ogni 100.000 pezzi per controllare che i pistoni idraulici siano a posto.

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