Che cos'è lo stampaggio a compressione

Lo stampaggio a compressione è stato utilizzato inizialmente per lo stampaggio della gomma, ma da allora la gamma di materiali con cui lavora si è notevolmente ampliata. Molti articoli intorno a te sono stati realizzati utilizzando lo stampaggio a compressione e può ancora essere un'eccellente soluzione di produzione per te oggi.

Cos'è lo stampaggio a compressione?

Lo stampaggio a compressione è un processo di produzione che utilizza uno stampo riscaldato su due lati, superiore e inferiore, per comprimere un materiale modellabile in una forma determinata dallo stampo. Sia il calore che la pressione sono aspetti importanti del processo di stampaggio a compressione. Il calore aiuta il materiale utilizzato per lo stampaggio a compressione a sciogliersi o indurire a seconda del tipo di materiale utilizzato. La pressione forza il materiale ammorbidito a fluire uniformemente nelle cavità dello stampo.

Come suggerisce il nome, le forze di compressione sono fondamentali per questo metodo di stampaggio. Il tonnellaggio delle presse utilizzate può arrivare fino a 2500 tonnellate. Lo stampaggio a compressione è un metodo di fabbricazione eccellente per la produzione in grandi volumi.

Il processo di stampaggio a compressione

Il processo di stampaggio a compressione presenta alcune variazioni a seconda del tipo di materiale con cui stai lavorando. Tuttavia, il processo principale può essere suddiviso in sei passaggi fondamentali.

Passaggio 1: preparare la macchina per lo stampaggio

Esistono diversi tipi di attrezzature per lo stampaggio a compressione, ma ciascuna dovrà essere preparata in qualche modo prima dell'inizio del ciclo produttivo. Ciò può includere azioni come:

• Pulizia dello stampo
• Spruzzare un agente distaccante
• Accendere il fuoco e preriscaldare lo stampo
• Posizionamento di inserti, ecc.

Queste azioni sono essenziali e la mancata esecuzione di un passaggio potrebbe comportare una parte difettosa o danneggiata.

Passaggio 2: misurazione e caricamento del materiale in entrata

La quantità di materiale plastico utilizzato nello stampaggio a compressione deve essere misurata con precisione. Ciò aiuta a garantire la coerenza tra i prodotti. Troppo materiale nello stampo può causare diversi problemi, tra cui:

• Quantità eccessive di flash che devono essere eliminate
• Sfide di sformatura
• Stampi danneggiati
• Bassa precisione dimensionale

D'altra parte, una quantità insufficiente di materiale può far sì che una parte non abbia la giusta densità, abbia una scarsa qualità della superficie o addirittura manchi sezioni di materiale.

Quando viene misurata la quantità corretta di materiale, questo viene inserito nella cavità dello stampo. Il materiale da stampaggio può essere preriscaldato prima di essere inserito nello stampo. Ciò può contribuire a ridurre il tempo di ciclo.

Passaggio 3: chiusura dello stampo/compressione del materiale

Una volta posizionato il materiale, lo stampo viene chiuso per applicare la compressione che forza il materiale in ogni parte della cavità dello stampo. In questa fase è possibile applicare calore allo stampo anche per ammorbidire il materiale o per favorire la polimerizzazione dei materiali termoindurenti.

La chiusura dello stampo avviene ad una velocità prestabilita per tempi ciclo più rapidi. Inoltre, la velocità non può essere troppo elevata poiché il materiale può spostarsi dall'interno della cavità dello stampo.

Passaggio 4: polimerizzazione o raffreddamento

Dopo la chiusura dello stampo, il materiale viene mantenuto in posizione per un certo periodo di tempo, in genere da 1 a 5 minuti. Durante questo periodo il materiale stagionando diventerà una plastica termoindurente. La polimerizzazione è il processo in cui avviene la reticolazione nel polimero dando come risultato una parte solida con proprietà specifiche.

Nel caso dei materiali termoplastici, la parte formata all'interno dello stampo viene raffreddata durante questo periodo finché non diventa sufficientemente dura da poter essere rimossa senza essere danneggiata.

Passaggio 5: sformatura

Durante questa fase lo stampo viene aperto e la parte solida viene rimossa dallo stampo. I perni di espulsione e altri sistemi meccanici possono aiutare in questo. In alcuni casi, la sformatura può essere eseguita manualmente.

Alcune parti hanno un processo di sformatura più complicato di altre. Ad esempio, per una parte stampata con l'ausilio di inserti, gli inserti devono essere rimossi ad un certo punto durante la fase di sformatura.

Passaggio 6: post-elaborazione

Dopo che una parte è stata rimossa dallo stampo, potrebbe essere necessario sottoporla ad alcuni passaggi aggiuntivi prima di essere considerata pronta. Tagliare via il materiale in eccesso o la bava è una procedura comune in questa fase. Altre parti potrebbero richiedere un trattamento termico per ridurre le sollecitazioni interne o essere pulite.

Progettazione di stampi nello stampaggio a compressione

Il successo nello stampaggio a compressione inizia con la progettazione dello stampo giusto per il tuo pezzo.La meccanica dello stampaggio a compressione impone alcune limitazioni alle caratteristiche che un pezzo può avere. È importante essere consapevoli di questi limiti per garantire che la parte progettata possa essere prodotta.

Le macchine per lo stampaggio a compressione possono essere utilizzate per stampare parti con design complessi, ma rendono il processo più impegnativo.

Un progetto complesso può aggiungere diversi passaggi al processo. Tali progetti possono anche rendere più difficile il flusso del materiale e il raggiungimento di ogni parte dello stampo. Passaggi aggiuntivi significano cicli di produzione più lunghi e costi più elevati, mentre uno scarso flusso di materiale può portare a difetti nella parte.

Semplifica l'espulsione delle parti

È necessario considerare la facilità di espulsione delle parti durante la progettazione di una parte poiché le parti difficili da espellere possono affrontare i seguenti problemi:

• Tempi di ciclo lunghi
• Finitura superficiale scadente
• Rottura durante l'espulsione

Due fattori che facilitano l'espulsione delle parti sono l'utilizzo degli angoli di sformo nella progettazione dello stampo e l'evitare i sottosquadri.

Scegli uno spessore di parete appropriato

Sia le pareti spesse che quelle sottili possono rappresentare un problema per le parti stampate. Le pareti spesse sono soggette alla formazione di vuoti interni. Ciò è causato dal fatto che le sezioni esterne delle pareti si raffreddano molto più velocemente delle sezioni interne.

Le pareti sottili non hanno la forza di resistere alle forze deformanti indotte dai cambiamenti di temperatura. È più probabile che si deformino o si deformino in qualche modo mentre una parte si raffredda.

Queste sfide implicano che la progettazione dello stampo deve scegliere uno spessore di parete ottimale in base alle esigenze strutturali della parte e al flusso del materiale. Le nervature vengono spesso utilizzate per ottenere parti resistenti senza sezioni di pareti spesse.

Considera il materiale

Materiali diversi si comportano diversamente durante il processo di stampaggio a compressione. Alcuni materiali non scorreranno facilmente come altri. Altri si riscalderanno o si raffredderanno a un ritmo più lento o più veloce. Alcuni materiali possono anche espandersi o restringersi durante alcune fasi del processo.

La progettazione dello stampo deve tenere conto di tali fatti per evitare di realizzare pezzi difettosi o con dimensioni errate.

Progettare per durare

Lo stampaggio a compressione è classificato come un metodo di produzione ad alto volume. Ciò significa che lo stampo utilizzato dovrebbe durare a lungo ed essere utilizzato per molte parti.

Per garantire che ciò avvenga, lo stampo deve essere progettato in modo da ridurre al minimo gli effetti dannosi delle alte temperature e pressioni.

Le parti dello stampo che possono essere danneggiate più facilmente dovrebbero essere progettate per essere facili da riparare. Ciò ridurrà i tempi di inattività nel caso in cui queste parti debbano essere sostituite o riparate.

Materiali per lo stampaggio a compressione

Lo stampaggio a compressione è uno dei pochi processi di produzione che può funzionare sia con materiali termoindurenti che termoplastici. Ciò amplia notevolmente la gamma di prodotti che possono essere fabbricati utilizzando questo processo. Alcuni materiali comuni utilizzati ora includono silicone, resina epossidica e HDPE.

Silicone

Il silicone è uno straordinario materiale elastomerico che sta sostituendo la gomma naturale in molte applicazioni. Ha una migliore resistenza alla temperatura e funziona molto bene come isolante. È anche più resistente della gomma e può essere utilizzato sia in applicazioni mediche che alimentari.

Il silicone è ottimo per lo stampaggio a compressione perché scorre facilmente, permettendogli di riempire bene le forme dello stampo.Silicone è comunemente usato per produrre guarnizioni, sigilli e parti di apparecchiature mediche.

PU

Il PU, noto anche come poliuretano, realizza parti con elevata resistenza agli urti, resistenza all'abrasione e tenacità.A seconda della formulazione, una parte in PU potrebbe avere molte qualità fisiche diverse.

Questo termoindurente scorre facilmente e con lo stampaggio a compressione può essere utilizzato per realizzare ruote, guarnizioni, rulli, ecc.

HDPE

Il polietilene ad alta densità è un materiale termoplastico che si scioglie facilmente e scorre bene allo stato fuso. Può essere utilizzato per lo stampaggio a compressione di parti abbastanza complesse. Questo materiale ha un'ottima stabilità dimensionale e resistenza agli urti.

Lo stampaggio a compressione viene utilizzato per la produzione di parti in HDPE per applicazioni industriali e automobilistiche.

PTFE

Il politetrafluoroetilene presenta eccellenti proprietà antiaderenti ed è anche altamente resistente agli agenti chimici. Il PTFE è un buon materiale per lo stampaggio a compressione perché scorre facilmente. Cuscinetti, guarnizioni e parti per l'isolamento elettrico possono essere tutti stampati utilizzando PTFE.

Confronto con altri processi di stampaggio

Lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a iniezione vengono spesso confrontati perché entrambi i processi utilizzano stampi. Sebbene esista un significativo grado di sovrapposizione, questi due metodi di produzione sono significativamente diversi e solitamente soddisfano esigenze di produzione diverse.

Stampo aperto o chiuso

Lo stampaggio a compressione utilizza un design a stampo aperto. Il materiale viene posizionato nella cavità esposta dello stampo prima che la parte superiore dello stampo si chiuda su di esso.

D'altra parte, lo stampaggio a iniezione utilizza un design a stampo chiuso. Il materiale viene iniettato in uno stampo già chiuso. Sono presenti passaggi per l'introduzione del materiale o per lo sfiato.

Progettazione di parti

La natura aperta degli stampi utilizzati per lo stampaggio a compressione lo rende un buon processo per realizzare parti di grandi dimensioni con geometrie non complicate, ad esempio pannelli. Parti come i paraurti delle auto possono essere facilmente realizzate utilizzando questo processo.

La natura chiusa degli stampi per stampaggio a iniezione lo rende un processo eccellente per la produzione di parti con design più complicati. I materiali vengono introdotti nello stampo ad alta pressione che gli consente di fluire in forme complesse.

Costo di installazione

L'impostazione di un'operazione di stampaggio a iniezione tende ad essere più costosa rispetto all'impostazione dello stampaggio a compressione.I costi degli utensili sono piuttosto elevati perché devono essere in grado di gestire le alte pressioni del processo di stampaggio a iniezione e controllare rigorosamente i parametri di processo.

L'attrezzatura per lo stampaggio a compressione non costa così tanto e questo la rende una scelta migliore quando il volume di produzione è inferiore.

Tempi di ciclo

I cicli di stampaggio a compressione possono variare da uno a sei minuti. Alcuni cicli di stampaggio a iniezione, invece, possono durare appena due secondi.

Ci sono casi in cui i tempi di produzione per lo stampaggio a iniezione superano il minuto, ma generalmente è il processo più veloce ed è una scelta eccellente per la produzione di massa.

Questa differenza nei tempi di ciclo deriva dal fatto che i processi di stampaggio a iniezione sono generalmente completamente automatizzati mentre lo stampaggio a compressione può essere manuale e le parti necessitano di tempo per polimerizzare prima di essere espulse. Il caricamento dei materiali e l'espulsione dei pezzi possono essere eseguiti anche manualmente nello stampaggio a compressione.

Livello di precisione

Il processo di stampaggio a iniezione è un processo molto più preciso rispetto allo stampaggio a compressione.Gli stampi utilizzati per lo stampaggio ad iniezione sono realizzati con materiali molto resistenti. Hanno meno probabilità di sviluppare difetti che influiscono sulle forme e sulle dimensioni delle parti.

Il livello di precisione è sufficientemente elevato da far sì che le parti stampate a iniezione non necessitino di alcuna post-elaborazione.

Opzioni materiali

Sebbene lo stampaggio a iniezione funzioni bene con molti materiali, un caso speciale con lo stampaggio a compressione è che può utilizzare composto per stampaggio in massa o composto per stampaggio in fogli. Questi materiali contengono fibre tagliate e possono essere utilizzati per produrre parti composite.

Lo stampaggio ad iniezione non può utilizzare tali materiali e non è adatto alla realizzazione di parti costituite da materiali compositi.

Vantaggi e svantaggi dello stampaggio a compressione

Lo stampaggio a compressione è sopravvissuto per più di un secolo. Questo perché presenta vantaggi che includono:

• Costo degli utensili inferiore:Le attrezzature associate allo stampaggio a compressione, come le presse idrauliche, non sono così complicate come le attrezzature utilizzate per lo stampaggio a iniezione. Ciò rende meno costoso avviare un'operazione di stampaggio a compressione.
• Meglio per la produzione a basso volume:Il costo inferiore degli utensili per lo stampaggio a compressione lo rende migliore per volumi di produzione bassi. Questo perché sono necessari meno prodotti per raggiungere il pareggio.
• Ottimo per oggetti di grandi dimensioni:I principali fattori limitanti in termini di dimensioni e peso dei pezzi realizzati mediante stampaggio a compressione sono il tonnellaggio e le dimensioni della pressa. Pertanto, lo stampaggio a compressione viene comunemente utilizzato per produrre parti più grandi rispetto allo stampaggio a iniezione e ad altri processi.
• Sono possibili inserti:Lo stampaggio a inserti è lo stampaggio di un materiale su un altro. Ciò è possibile con lo stampaggio a compressione se vengono utilizzati i metodi e gli strumenti giusti.
• Parti forti:Lo stampaggio a compressione produce parti dense che sono piuttosto robuste grazie alle grandi forze di compressione che utilizza.
• Compatibilità dei materiali:Lo stampaggio a compressione è compatibile con molti tipi diversi di materiali, compresi i compositi impregnati di fibre.

Questo metodo di produzione non è sempre adatto per alcuni prodotti. Gli svantaggi dello stampaggio a compressione includono:

• Complessità della parte:Il livello di complessità che può essere raggiunto utilizzando lo stampaggio a compressione non è scarso ma non può competere con lo stampaggio a iniezione e altri processi.
• Tempi di produzione:I tempi di produzione per lo stampaggio a compressione sono più lunghi di quelli per lo stampaggio ad iniezione.
• Post produzione:Senza le giuste misure, la bava può rappresentare un problema significativo nello stampaggio a compressione. Questo materiale in eccesso deve essere tagliato via e questo passaggio aggiuntivo può essere costoso.

Le applicazioni dello stampaggio a compressione

Lo stampaggio a compressione può essere utilizzato per realizzare un'ampia gamma di parti da polimeri termoplastici e termoindurenti. Alcuni esempi di questi sono:

• Parti elettriche:Prese, frontalini, interruttori e altri componenti elettrici possono essere realizzati utilizzando lo stampaggio a compressione.
• Dispositivi elettronici:Utilizzando questa tecnica è possibile realizzare parti di tastiere, controller di gioco, ecc.
• Parti automobilistiche:Pannelli di grandi dimensioni e altre parti di veicoli possono essere realizzati utilizzando lo stampaggio a compressione.
• Parti di dispositivi medici:Le maschere respiratorie e altri dispositivi medici sono realizzati mediante stampaggio a compressione.

Conclusione

Lo stampaggio a compressione non ha la sofisticatezza dello stampaggio a iniezione, ma rimane il metodo migliore per realizzare determinate tipologie di prodotti.

Questo processo di produzione è semplice e i materiali vengono caricati anche manualmente nello stampo. Nonostante la sua semplicità, produce prodotti che hanno una resistenza molto elevata e una buona finitura superficiale, e può anche gestire alcune geometrie complesse.

Lo stampaggio a compressione ora funziona con molti materiali termoindurenti e termoplastici e i suoi prodotti sono utilizzati in molti settori.