6 modi per garantire la riuscita dei sottosquadri sui pezzi stampati

I sottosquadri sono quelle caratteristiche di un pezzo stampato a iniezione che ne impediscono l'espulsione dallo stampo. Negli stampi a trazione diretta, come quelli utilizzati da Protolabs, si tratta di sporgenze, fori, cavità o aree incassate nel pezzo in cui l'allineamento non è perpendicolare alla linea di giunzione dello stampo.

I sottosquadri come quelli mostrati possono complicare e, talvolta, impedire l'espulsione del pezzo, quindi sarebbe meglio eliminarli, se possibile.

Alcuni esempi sono le filettature di un elemento di fissaggio stampato a iniezione: il foro che attraversa in tutta la lunghezza un raccordo di plastica, la fessura per inserire il cavo di alimentazione su un lato di una custodia per smartphone, una borchia ad angolo all'esterno di un collettore idraulico o le linguette di bloccaggio sulla base di una lente di un fanale posteriore.

Esistono molti altri pezzi di questo tipo, che richiedono una certa abilità nello stampaggio o piccole modifiche di adeguamento del design. Il suggerimento di progettazione di questo mese si concentra su queste tecniche:

• Linee di giunzione
• Azionamenti laterali
• Bump-off
• Inserti a caricamento manuale
• Design del pezzo e operazioni secondarie

1. Linee di giunzione

A volte il modo più semplice per risolvere un sottosquadro è spostare la linea di giunzione dello stampo per intersecarlo. Avete bisogno di un distanziatore squadrato o rotondo come elemento di posizionamento o di bloccaggio su un alloggiamento motore? Grazie all'angolo di spoglia all'esterno del pezzo, è possibile spostare la linea di giunzione e regolare gli angoli di spoglia per intersecare questi distanziatori. In alcuni casi, questa soluzione consente di gestire più elementi contemporaneamente, spostando la linea di giunzione a zig-zag per intersecare ciascun elemento. Tuttavia, l'orientamento dello stampo e il posizionamento della linea di giunzione dipendono anche dalla geometria del pezzo, dal flusso del materiale e da una serie di altri fattori, quindi tenetevi pronti per il piano B: gli azionamenti laterali perpendicolari.

Per modellare una provetta utilizzando solo un nucleo e una cavità (a sinistra), lo stampo potrebbe richiedere un angolo di spoglia e uno spessore di parete aggiuntivi per consentire la fresatura e l'estrazione. Se invece si appoggia la provetta, posizionando la linea di giunzione longitudinalmente sulla parte inferiore (a destra), e si dà forma al nucleo interno con un'azionamento laterale, è possibile estrarre il pezzo lateralmente e ridurre l'angolo di spoglia necessario.

2. Azionamenti laterali

Consideriamo un pezzo dalla forma tubolare, come il raccordo mostrato nell'esempio. Si tratta della situazione ideale per l'applicazione di un azionamento laterale perpendicolare, che può essere utilizzato per dare forma al foro longitudinale in pezzi di questo tipo, come la manopola di un comando o l'impugnatura di un cacciavite. In questo caso, le metà dello stampo sono divise orizzontalmente sull'asse longitudinale del pezzo. Quando inizia il ciclo di iniezione, lo stampo si chiude e l'azionamento laterale scorre su un estrattore angolato alla stessa velocità, in modo da chiudersi esattamente nello stesso momento. La plastica fusa viene iniettata nello stampo e mantenuta per un breve periodo di tempo fino al raffreddamento. Quando lo stampo si riapre, l'azionamento laterale scorre di nuovo sull'estrattore angolare alla stessa velocità, ritirandosi abbastanza da permettere al negativo di essere espulso dal pezzo.

Gli azionamenti laterali sono soggetti a dei limiti dimensionali di 213,84 mm di larghezza per 60,38 mm di altezza, mentre la corsa massima non può superare i 73,66 mm. Questi sono i requisiti per gli azionamenti laterali automatizzati, ma esistono anche alternative a queste dimensioni, utilizzando una combinazione di azionamenti laterali e inserti pick-out di cui parleremo più avanti. Protolabs ha prodotto molti stampi con azionamenti laterali multipli, quindi non dovrete necessariamente limitarvi a predisporne solo uno per ciascuno stampo; tuttavia, come sempre, le dimensioni del pezzo, la complessità e gli stampi con più cavità possono limitare il numero di azionamenti laterali e le dimensioni della loro corsa. I costi associati all'uso degli azionamenti laterali possono incidere sull'attrezzaggio, ma sono facilmente giustificabili per ottenere le caratteristiche richieste sui vostri pezzi.

Per modellare un tubo di prova utilizzando solo un lato iniezione (a sinistra), lo stampo potrebbe richiedere un angolo di spoglia e uno spessore di parete aggiuntivi per consentire la fresatura e l'estrazione. Se invece si appoggia il tubo di prova, posizionando la linea di giunzione longitudinalmente sulla parte inferiore (a destra), e si dà forma al lato estrazione con un'azionamento laterale, è possibile estrarre il pezzo lateralmente e ridurre l'angolo di spoglia necessario.

Occorre poi notare che gli azionamenti laterali funzionano meglio con materiali rigidi come il nylon, il policarbonato, l'acetale e così via, soprattutto se si tratta di elementi molto profondi. I materiali gommosi e flessibili, invece, non sono la scelta migliore, perché potrebbero aderire al cilindro durante la fase di ritrazione ed essere inavvertitamente trascinati fuori dalla cavità. Per questi materiali, la soluzione migliore è un bump-off.

3. Bumpoffs

I bump-off rappresentano una soluzione semplice per la modellazione di coperchi per lenti, tappi per contenitori e oggetti simili che richiedono un movimento a incastro per andare in posizione. Invece di utilizzare una camma ad azionamento laterale, si lavora un inserto in modo da poter applicare il sottosquadro e lo si avvita sullo stampo dove è presente una tasca che corrisponde alle dimensioni dell'inserto. Durante l'estrazione, il materiale plastico si dovrebbe comprimere liberando il materiale dal sottosquadro.

Il bump-off deve essere levigato e ben distribuito, la forma non deve essere troppo ramificata e il materiale deve essere abbastanza flessibile da poter scivolare oltre la sporgenza senza subire strappi. Il polietilene a bassa densità (LDPE) è una scelta eccellente, così come l'elastomero termoplastico (TPE) e il poliuretano termoplastico (TPU).

Un altro aspetto da tener presente quando si valuta l'utilizzo di un bump-off è la modalità di espulsione del pezzo. Occorre infatti che questo venga estratto nel modo giusto per evitare che venga danneggiato dal sistema di estrattori che lo attraversa o che penetra sulla sua superficie. Potrebbe essere necessario aggiungere una piastra al design dello stampo, per avere a disposizione un'area supplementare per l'estrazione del pezzo.

E dal momento che parliamo di materiali flessibili e di bump-off, non dimentichiamo lo stampaggio della gomma siliconica liquida (LSR), un processo termoindurente simile allo stampaggio a iniezione della plastica. È particolarmente indicato per elementi stagni, guarnizioni e altri componenti che richiedono un'elevata flessibilità; inoltre, rispetto allo stampaggio a iniezione di materie plastiche, presenta meno vincoli in termini di sottosquadri e geometrie complesse.

4. Inserti a caricamento manuale

Immaginate una carcassa in plastica a incastro per un dispositivo medico, ad esempio un glucometro per diabetici. Ha le dimensioni di un mazzo di carte ed è divisa in due metà uguali. La metà inferiore contiene un profilo che circonda il perimetro interno per il montaggio di un circuito stampato e di altri componenti elettronici. Il profilo è troppo alto e spigoloso per un bump-off, mentre la linea di giunzione non può essere adattata per la presenza di una serie di fori lungo l'esterno della carcassa. Cosa fare?

In questo caso la soluzione possono essere gli inserti, ovvero una o più parti metalliche lavorate, che vengono inserite manualmente nella cavità dello stampo per impedire alla plastica di fluire in queste aree. Una volta completato il ciclo di stampaggio, gli inserti vengono estratti insieme al pezzo e un operatore li rimuove per riutilizzarli per il pezzo successivo.

A differenza degli azionamenti laterali, che possono continuare a funzionare in modo automatico, la necessità di un intervento manuale allunga leggermente la durata del ciclo. Tuttavia, per la prototipazione o per la produzione in piccoli lotti, gli inserti a caricamento manuale rappresentano una buona alternativa ai sollevatori o ai nuclei abbattibili. Dato che l'operatore deve maneggiare l'inserto e le parti ad alta temperatura, deve indossare guanti protettivi che possono influire sulle dimensioni dell'inserto. Gli inserti non devono essere così piccoli da essere difficili da maneggiare; in genere sono accettabili inserti da 3 cm², ma possono anche essere leggermente più grandi, purché non superino le dimensioni approssimative di un mazzo di carte. Quanto più grande è l'inserto, tanto più pesante può essere il pezzo verso cui l'operatore deve allungare la mano due volte per ciascun ciclo, il che può comportare un ulteriore sforzo manuale.

5. Chiusure telescopiche

La custodia in plastica di cui abbiamo parlato rimanda a un'altra tecnica di stampaggio comune. Le chiusure telescopiche (note anche come chiusure scorrevoli), vengono spesso utilizzate per creare meccanismi tipo clip e ganci. Di solito si utilizzano per unire due metà di un prodotto modellato e, in molti casi, possono eliminare la necessità di azionamenti laterali, inserti e bump-off che apportano maggiore complessità a uno stampo. Il "telescopio" viene lavorato su una delle metà dello stampo e, durante la fase di iniezione, si estende verso il lato opposto impedendo l'accesso del materiale fuso in determinati punti del pezzo.

I dispositivi di chiusura offrono un modo intelligente per semplificare la progettazione degli stampi e ridurre i costi del prodotto. Dovrete solo assicurarvi che il pezzo e lo stampo abbiamo un angolo di spoglia sufficiente (se possibile, aggiungete un minimo di 3 gradi rispetto alla verticale), altrimenti potrebbe verificarsi uno sfregamento tra i metalli con conseguente formazione di bave o danni prematuri all'utensile.

6. Design del pezzo e operazioni secondarie

Quando caricherete il file CAD su protolabs.it, riceverete gratuitamente un'analisi di fattibilità (DFM) del pezzo stampato, con una chiara indicazione dei sottosquadri e di altri eventuali problemi di modellabilità. I pezzi dovranno avere angoli di spoglia sufficienti per facilitarne l'estrazione dallo stampo. Gli spessori delle pareti dovranno essere uniformi e conformi alle raccomandazioni di spessore minimo/massimo del produttore della resina. Occorrerà utilizzare nervature per sostenere le superfici piatte più ampie. Gli spigoli interni devono essere smussati, le sezioni più spesse devono essere alveolate per evitarne il cedimento e le finiture più fini devono essere utilizzate solo dove necessario.

Alcuni suggerimenti finali per il sottosquadro:

• Fate attenzione all'impatto che i sottosquadri potrebbero avere sull'investimento iniziale nello stampo e sui costi a lungo termine del prodotto. Dato che non è sempre possibile eliminarli, i nostri application engineer vi forniranno alcune idee su come ridurne al minimo l'impatto.
• È inoltre importante discutere dei piani di prodotto a lungo termine per progettare lo stampo più conveniente per la vostra applicazione.
• Non scartate le operazioni secondarie. L'uso di un trapano o di una fresatrice per praticare un foro in un pezzo stampato è talvolta più conveniente rispetto alla progettazione di un pezzo complesso che necessita di uno stampo "tuttofare", soprattutto durante le fasi di prototipazione e di produzione di piccoli lotti del progetto.

Per saperne di più sulle tecniche di stampaggio a iniezione complesse per i sottosquadri, vi invitiamo a consultare il nostro white paper: "Progettazione per la Realizzabilità".

Come sempre, per qualsiasi domanda non esitate a contattarci al numero +39 0321 381211 o all'indirizzo [email protected]. Per ricevere un feedback sul design del pezzo oggi stesso, potete caricare il file CAD 3D su protolabs.it e riceverete un preventivo interattivo entro poche ore.