Iniezione controllata per vetrature in policarbonato

Lo stampo è stato realizzato nella versione destra e sinistra. La loro costruzione ha richiesto un dettagliato studio delle caratteristiche meccaniche e reologiche dei materiali per ottenere la migliore qualità
Lo stampo è stato realizzato nella versione destra e sinistra. La loro costruzione ha richiesto un dettagliato studio delle caratteristiche meccaniche e reologiche dei materiali per ottenere la migliore qualità

Com’è noto, in ambito automotive è molto attuale il tema della sostituzione di elementi in vetro (finestrini, tettucci, deflettori, vetri posteriori…) 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 climatizzazione e ventilazione interni all’automobile, abbattendo ulteriormente i consumi.
Ma non è tutto. Da alcuni anni le case automobilistiche stanno chiedendo alle proprie imprese fornitrici di realizzare non più semplici pezzi in policarbonato, ma parti più complesse che integrino anche la cornice scura 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, ed eccellenti proprietà meccaniche.

Dieci stampi in uno
Per sapere come il mondo degli stampi riesce a soddisfare queste esigenze, abbiamo sentito Roberto Fagarazzi, Lighting and Glazing Business Unit Manager di INglass (San Polo di Piave, Treviso), gruppo di rilevanza mondiale che, attraverso il marchio Ermo, realizza stampi a iniezione e canali caldi per il settore automobilistico. «Siamo stati i primi al mondo a introdurre, già nel 2004, un tettuccio plastico bimateriale costituito da una parte trasparente e una parte strutturale che ne permette l’immediato assemblaggio alla vettura», spiega. «È una soluzione che presenta grandi vantaggi: un solo pezzo integra elemento trasparente, cornice, elementi di fissaggio, guarnizioni… In sostanza, con un unico stampo oggi è possibile realizzare ciò che nel passato necessitava anche di dieci e più stampi». Lo sviluppo di un’attrezzatura del genere, tuttavia, è molto complesso ed esige analisi approfondite, prove e correzioni.
Questa tecnologia sta prendendo piede anche per altri componenti automobilistici come i fanali, i vetri posteriori e i finestrini laterali. «Ne è un esempio uno stampo di costruzione recente, il primo destinato al mercato cinese, per la realizzazione di un finestrino laterale in policarbonato integrato nella sua struttura in PC/ABS», continua Fagarazzi. «Si tratta di un pezzo di dimensioni notevoli, circa 1.200 x 460 mm, con tolleranze dimensionali e di forma molto strette, contenute in 1,5 mm».

fagarazzi“Il sistema FlexFlow consente di regolare in modo preciso i singoli flussi in entrata nella cavità dello stampo”
Roberto Fagarazzi

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 di iniezione brevettata, detta FlexFlow, sviluppata da INglass nel 2014. «Il processo di stampaggio dei componenti di grandi dimensioni, per esempio paraurti, plancia di comando, passaruota… 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», precisa Fagarazzi. In genere sono utilizzate “soluzioni sequenziali”, cioè sistemi che prevedono l’apertura iniziale del punto centrale di 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 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: «All’inizio della fase di iniezione, il flusso di materiale plastico viene rilasciato in modo rapido 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… Tali mutazioni generano locali difettosità sul pezzo stampato», spiega Fagarazzi.

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

Azionamento elettrico degli otturatori
Il sistema FlexFlow supera tale inconveniente perché consente l’apertura controllata degli iniettori. «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 regolare i singoli flussi in entrata nella cavità dello stampo», continua Fagarazzi. Impostando dunque i tempi, le velocità… di apertura/chiusura dei singoli punti di iniezione è possibile controllare al 100 per cento il flusso all’interno dello stampo, e ottenere un riempimento completamente bilanciato e omogeneo della cavità, evitando difetti di qualsiasi tipo sul pezzo stampato.

La sequenza dei profili
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…, dunque la messa a punto della sequenza dei profili di apertura non è stata banale e ha richiesto 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 INglass in collaborazione con quelli della software-house Autodesk. Successivamente, sono state effettuate le prove di stampaggio su pressa, in modo da perfezionale e validare l’analisi teorica iniziale, arrivando così al risultato ottimale.

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

Tolleranze rispettate
«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 strutturale scura in PC/ABS, che essendo di forma più articolata rispetto a quella trasparente, si è rivelata 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 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…

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

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