Stampare con cicli veloci grandi quantità di pezzi bicomponente. L’obiettivo? Grande precisione e ripetibilità
Zeller Plastik Deutschland, uno dei principali produttori di chiusure e di imballaggi in plastica, utilizza solitamente stampi progettati e costruiti dalla consociata Zeller Engineering GmbH, anch’essa parte del gruppo Global Closure Systems (GCS). Non fa eccezione lo stampo sviluppato per un pezzo bicomponente che costituisce il corpo del sistema di erogazione a spruzzo Spraysol, una soluzione modulare basata su nove componenti in plastica che, opportunamente assemblati, sono in grado di soddisfare un’ampia gamma di esigenze del settore del packaging.
Bicomponente di precisione
Il corpo della pompa è composto da due elementi in polipropilene di diverso colore, uniti da una cerniera, prodotti all’interno di uno stampo a 24 cavità con canale caldo. Il pezzo, del peso complessivo di 5,2 grammi, viene stampato in grandi volumi con processi veloci e automatizzati, che richiedono allo stampo e alla macchina a iniezione affidabilità e ridotti interventi di manutenzione. Al termine dello stampaggio, un robot manipolatore preleva i pezzi e li chiude sulla cerniera per costituire il pezzo finito, il tutto con un ciclo di circa 15 secondi, manipolazione inclusa.
Per andare in contro alle esigenze dello stampista tedesco è stato sviluppato un sistema di iniezione con entrambi i componenti con un ugello di iniezione con valvola a otturazione. L’obiettivo era evitare la presenza di punti di iniezione visibili, filamenti, ma soprattutto prevenire il “color bleeding” in corrispondenza della cerniera; come noto, questo fenomeno si verifica quando il materiale del secondo componente si miscela in modo incontrollato con quello del primo pezzo iniettato, creando effetti cromatici indesiderati».
Minore è la distanza tra i punti di iniezione e la cerniera, maggiore è la probabilità che ciò avvenga, un rischio che può essere amplificato da aperture non uniformi dei punti di iniezione. L’otturazione a valvola garantisce un preciso comportamento di apertura e aiuta a prevenire questo fenomeno. Un maschio retrattile chiude il profilo della cerniera durante l’iniezione del primo componente. Terminata la prima fase di iniezione, i controlli della macchina fanno arretrare il maschio, liberando così la cerniera; si ottiene così una perfetta connessione dei componenti senza rischi di inquinamento.
Il sistema a canale caldo
Per la realizzazione dello stampo, Ewikon ha fornito il sistema a canale caldo completo di piastre, con ugelli dall’ingombro ridotto e canale del diametro di 4,5 mm. Gli ugelli per l’iniezione dei due componenti del pezzo sono disposti con un interasse di 40 mm e ciò ha richiesto una configurazione particolarmente complessa del distributore per garantire il loro perfetto bilanciamento.
Considerando che la dilatazione termica di collettori di grandi dimensioni per sistemi a otturazione genera uno stress da flessione negli otturatori periferici (che può causare abrasioni e, nel caso peggiore, persino grippaggi), in Ewikon hanno deciso di frazionare il sistema di distribuzione. In questo modo, ognuno dei quattro collettori principali, dotati di guide otturatori integrate, alimenta sei cavità per un totale di dodici ugelli. A loro volta, i collettori sono alimentati attraverso un collettore ponte, che evita livelli critici di carico sugli otturatori.
«Questo layout del distributore può rendere il bilanciamento difficoltoso, specialmente in applicazioni bicomponente – spiega Norbert Becker, responsabile del supporto tecnico Ewikon e key account manager per Zeller Plastik –. La nostra tecnologia a elementi permette disposizioni molto compatte dei canali su diversi livelli nel collettore. Percorsi complessi del fuso fanno parte delle nostre sfide quotidiane».
Forature precise
La tecnologia a elementi utilizza forature estremamente precise per ottenere le sezioni orizzontali dei canali presenti nel collettore. Nelle aree critiche del percorso di colata – cambi di direzione o variazioni di distribuzione del flusso – vengono aggiunte forature verticali attraverso elementi di distribuzione speciali; un elemento può contenere sezioni di canale appartenenti a diversi livelli.
Gli elementi sono raffreddati in azoto liquido e inseriti nel collettore, che viene riscaldato alla temperatura di esercizio. La compensazione delle temperature genera un accoppiamento per interferenza, con una tenuta garantita fino a 2.000 bar. Anche nel collettore ponte, caratterizzato da una forma complessa, sono stati ricavati scassi per i piloni di supporto e per gli otturatori, mantenendo un completo bilanciamento. Questa tecnica di lavorazione permette di mantenere il volume di plastica fusa all’interno del collettore al livello minimo necessario, anche in stampi con un alto numero di impronte, ottimizzando quindi sia il tempo di permanenza sia i cambi colore. Gli elementi possono anche possedere canali con percorsi ottimizzati, privi di spigoli vivi, per processare materiali “difficili”, come quelli sensibili a elevati shear rate e autoestinguenti.
Otturatori e attuatori
Gli otturatori sono comandati da pistoni idraulici individuali, integrati nella piastra di fondo. Iniettando il secondo componente su una superficie inclinata, l’otturatore corrispondente richiede un adattamento al profilo del pezzo e ciò ha comportato una modifica del rispettivo attuatore. Gli otturatori sono bloccati contro la rotazione assieme al grano di serraggio grazie alla profilatura all’interno del pistone. Questo è dotato di un dispositivo anti-rotazione all’interno della piastra di fondo, mediante un ponte di fissaggio. Il componente è di semplice rimozione, agevolando la rapida sostituzione dell’otturatore, quando necessario.
Perdite sotto controllo
Zeller ha chiesto di implementare un sistema di rilevamento delle perdite nella parte calda dello stampo, per consentire il completo monitoraggio in produzione. Tubi opportunamente lavorati sono stati posizionati nel canale caldo: una fotocellula rileva l’eventuale presenza di materiale all’interno dei condotti, attivando un allarme ottico o acustico.
La stretta collaborazione tra Ewikon e l’attrezzeria Zeller ha consentito di mettere a punto una soluzione a canale caldo molto affidabile, che da circa tre anni lavora ininterrottamente 24 ore al giorno, sette giorni la settimana, con una capacità produttiva che sfiora i 30 milioni di pezzi l’anno.
