Come risolvere i problemi di progettazione dei sottosquadri ricorrendo ad azionamenti laterali, inserti e chiusure

Nel mondo dei pezzi stampati a iniezione in plastica, i sottosquadri sono ovunque: dai profili rientranti delle custodie degli smartphone alle linguette di chiusura dei tappi delle bottiglie di ketchup fino al foro che attraversa longitudinalmente la cerniera di una porta. Nessuno di questi elementi potrebbe essere creato se nell'industria manifatturiera non esistesse una caratteristica nota come "sottosquadro". Ma spesso i file CAD caricati sul nostro sistema di preventivazione generano avvisi relativi ai sottosquadri che richiedono modifiche al design del pezzo. Questo suggerimento di progettazione può aiutarvi ad affrontare in modo rapido ed efficiente alcuni di questi avvisi e a risolvere altri problemi che possono presentarsi quando si lavora con i sottosquadri.

Uno dei problemi è che i sottosquadri interferiscono con l'espulsione del pezzo. Quando lo stampo si apre alla fine del ciclo di stampaggio, il pezzo dovrebbe staccarsi facilmente e tuttavia può restare impigliato nella sezione di metallo che forma il sottosquadro. Questo comporta l'interruzione della produzione mentre l'operatore cerca di liberare il pezzo, con il rischio di danneggiare il pezzo stesso, lo stampo o entrambi. Il secondo problema è che i sottosquadri non possono essere fresati con la fresatura standard a 3 assi, perché l'elemento sporgente impedisce alla fresa di rimuovere il materiale sottostante.

La buona notizia è che esistono varie tecniche per ovviare al problema. Certo, possono far lievitare leggermente i costi di attrezzaggio, ma è un piccolo prezzo da pagare a cambio di una maggiore funzionalità. Ma quali sono gli avvisi che appaiono più di frequente? Vediamoli insieme...

Esistono molte soluzioni per ovviare alle difficoltà connesse con la presenza di sottosquadri, come la riprogettazione delle caratteristiche del pezzo per garantirne il corretto orientamento nello stampo, la progettazione con una geometria a inserti o addirittura l'eliminazione completa del sottosquadro.

Una possibile soluzione è quella di girare il pezzo di lato. A volte basta una semplice variazione dell'orientamento del pezzo all'interno della cavità dello stampo per risolvere il problema. Invece di orientare il canale, il foro o la scanalatura perpendicolarmente all'apertura dello stampo, la rotazione del pezzo in modo che queste caratteristiche siano parallele, cioè rivolte verso il lato superiore, è una soluzione semplice. Naturalmente, questo potrebbe creare problemi in altre aree o rendere il pezzo non stampabile, quindi, dopo aver caricato il progetto del pezzo per un preventivo, controllate bene l'analisi di fattibilità (DFM) e, se necessario, contattate uno dei nostri application engineer per ricevere assistenza. Tuttavia, se non è possibile riorientare il pezzo, non preoccupatevi, avete ancora altre opzioni. 

Spesso, per risolvere i problemi di sottosquadro, è possibile utilizzare un componente meccanico chiamato tirante laterale, azionamento laterale o camma. Gli azionamenti laterali sono utilizzati per creare elementi come ganci, clip e fori nei pezzi stampati a iniezione. Come suggerisce il nome, questi dispositivi si posizionano scorrendo lateralmente sugli assi X e Y mentre lo stampo si chiude, separando alcune sezioni dello stampo per generare l'elemento desiderato. Una volta completato il processo, lo stampo si apre azionando una camma che ritrae il tirante laterale dal pezzo.

Se c'è spazio sufficiente per inserirli alla base, uno stampo può contenere più azionamenti laterali, che possono muoversi in qualsiasi direzione perpendicolare alla direzione di tiro (asse Z rappresentato in blu nel DFM) dello stampo. Naturalmente, il bello di questo approccio è che il processo è automatico, il che accelera il ciclo di produzione ed elimina i costi di caricamento manuale. Tuttavia, questo vantaggio è in parte controbilanciato dalla maggiore complessità dello stampo, per cui è necessario effettuare un'analisi dei costi, soprattutto per le produzioni in quantità ridotte. Il nostro sistema automatizzato di preventivazione può aiutarvi a individuare l'approccio più efficace dal punto di vista dei costi, in caso contrario, vi invitiamo a contattarci per discutere di altre opzioni disponibili.

Un'altra tecnica comune per la formazione di molti sottosquadri è l'inserto caricato a mano, detto anche inserto pick-out. Utilizzato quando l'azione laterale di una camma non è praticabile (lo vedremo a breve), l'inserto caricato a mano non è altro che un pezzo di metallo lavorato che l'operatore posiziona sullo stampo all'inizio di ogni ciclo di stampaggio. Il metallo impedisce il flusso di materiale fuso determinando la formazione di un'apertura, di un foro, di un profilo o di qualsiasi altro tipo di sottosquadro sul pezzo. Una volta completato il processo, l'inserto viene estratto manualmente dal pezzo per essere riutilizzato.

È possibile utilizzare più inserti, ma ciascuno di essi deve trovarsi in un punto di facile accesso, preferibilmente in prossimità della linea di giunzione e, se possibile, occorre prevedere un sistema di fissaggio per evitarne il galleggiamento nel momento in cui viene raggiunto dal flusso della plastica. Questo significa semplicemente che il pick-out si deve trovare nella parte inferiore dello stampo o deve disporre di una sede sulla linea di giunzione. Dato che l'operazione di rimozione dell'inserto viene eseguita manualmente, verrà applicato un piccolo sovrapprezzo.

Di seguito segnaliamo una serie di fattori da tener presente durante la progettazione di pezzi con sottosquadri. Poiché siamo specializzati in prototipi e stampaggio a iniezione di plastica di piccoli lotti, non offriamo alcune delle caratteristiche più avanzate che si trovano negli stampi di produzione tradizionali, il cui costo è esponenzialmente più elevato. I nostri azionamenti laterali si limitano al movimento X-Y (perpendicolare) e non è possibile effettuare azionamenti laterali ad angolo né chiusure. Al momento non offriamo neanche i sollevatori, che funzionano in modo simile agli azionamenti laterali, ma si accoppiano sul pezzo dall'interno e vengono rimossi prima di aprire lo stampo.

In alternativa, utilizziamo un tipo di azionamento laterale differente, noto come camma pick-up: immaginatelo come un inserto dotato di una guida di scorrimento, che va posizionato manualmente, ma è molto più veloce di un inserto caricato a mano. Inoltre, è importante tener presente che le dimensioni e la posizione di un sottosquadro dipendono da una serie di fattori, come la distanza dalla linea di giunzione, l'angolo di spoglia, le dimensioni e la geometria del pezzo, come pure la flessibilità del materiale. Le plastiche più rigide come il policarbonato (PC) saranno meno malleabili.

Come ogni progettista di pezzi stampati a iniezione ben sa, gli angoli di spoglia rappresentano un grande problema. Un angolo di spoglia insufficiente o con un orientamento non corretto, vale a dire un angolo sbagliato, può essere problematico tanto quanto un sottosquadro, impedendo l'espulsione del pezzo e, in definitiva, il processo di stampaggio. Raccomandiamo almeno 0,5° su tutte le facce verticali, anche se generalmente conviene che sia maggiore, soprattutto nel caso di superfici molto alte o texturizzate. In determinate situazioni, è addirittura possibile sfruttare l'angolo di spoglia per evitare azionamenti laterali e inserti caricati manualmente: pensate a un pezzo simile a una scatola con un'apertura o una scanalatura a metà di un lato. Aumentando quanto basta l'angolo di spoglia, il pezzo avrà spazio sufficiente per scorrere lontano dal nucleo e per ottenere una geometria con sottosquadri a mano a mano che si apre lo stampo.

Come abbiamo già detto, scriveteci all'indirizzo [email protected] o chiamateci al numero +39 0321 381211 e saremo felici di poter discutere con voi di questi avvisi e di altri aspetti del vostro progetto che riguardano i sottosquadri.