Stampaggio a iniezione dell'acetale O Stampaggio a iniezione POM parti prodotte in poliossimetilene (POM), un materiale termoplastico altamente lavorato. Il POM può assumere la forma di omopolimero o copolimero acetale. L'acetale omopolimero presenta un'elevata resistenza grazie alla sua struttura cristallina. Tuttavia, può essere problematico a causa del punto di fusione altamente specifico. L'acetale copolimero è più facile da modellare grazie all'ampia finestra di lavorazione. È meno resistente dal punto di vista meccanico rispetto al materiale precedente, poiché la sua struttura cristallina è meno ordinata.
Alcuni fornitori rinomati offrono copolimeri acetali. Mentre DuPont, un rinomato fornitore di materiali, offre solo Delrin®, un omopolimero con proprietà migliorate. I gradi Delrin® sono classificati in base a forza, rigidità, viscosità e resistenza. È compatibile sia con lo stampaggio a iniezione che con la lavorazione CNC. I prodotti/pezzi stampati in acetale sono utilizzati in modo vitale nei settori automobilistico, medico e della movimentazione dei fluidi.
Questo articolo si concentra principalmente sullo stampaggio a iniezione di plastica acetalica, sulle proprietà, sui vantaggi e sulle linee guida di progettazione per la fabbricazione di parti in POM. Inoltre, forniremo una guida alla progettazione dello stampaggio a iniezione, alcuni suggerimenti e raccomandazioni per ottenere risultati ottimali per il vostro progetto di stampaggio a iniezione dell'acetale.
Che cos'è l'acetale?
L'acetale, noto anche come poliossimetilene (POM), è un materiale termoplastico resistente e ad alte prestazioni. È un materiale semicristallino, comunemente utilizzato per applicazioni ingegneristiche. I polimeri acetalici si formano dall'unione di lunghe catene di formula molecolare CH2O. Alcuni monomeri copolimeri sono incorporati per fornire funzionalità aggiuntive. A seconda della struttura, l'acetale può essere un omopolimero o un copolimero.
Il più noto omopolimero acetale è DuPont™ Delrin®. Le plastiche acetaliche hanno un'elevata resistenza e rigidità che le rendono ideali per le applicazioni che richiedono un'elevata resistenza ma una bassa flessione. Queste plastiche hanno anche un basso attrito e un alto tasso di usura. La bassa capacità di assorbimento dell'acqua fa sì che l'acetale abbia un'eccellente resistenza alle variazioni dimensionali. Per questi motivi, l'acetale viene utilizzato al posto dei metalli per molti usi.
Proprietà del materiale Acetal/POM
Tabella: Proprietà di vari tipi di acetale
| Proprietà | Delrin® 100 BK602 | Duracon® M90-44 | Celcon® M90 | Kepital® F20-03 | Hostaform® C9021 |
| Fisico | |||||
| Densità (g/cm³) | 1.42 | 1.41 | 1.41 | 1.41 | 1.41 |
| Tasso di restringimento (%) | 1.9-2.2 | 2.1-2.3 | 1.9-2.2 | 2.0 | 1.8-2.0 |
| Durezza Rockwell | 120 R | 80 M | NA | NA | NA |
| Meccanico | |||||
| Resistenza alla trazione (MPa) | 72 | 62 | 66 | 65 | 64 |
| Allungamento alla resa (%) | 23 | 35 | 10 | 10 | 9 |
| Modulo di flessione (GPa) | 2.9 | 2.5 | 2.55 | 2.55 | NA |
| Resistenza alla flessione (MPa) | NA | 87 | NA | 87 | NA |
| Stampaggio a iniezione | |||||
| Temperatura di essiccazione (°C) | 80-100 | NA | 80-100 | 80-100 | 120-140 |
| Tempo di essiccazione (ore) | 2-4 | NA | 3 | 3-4 | 3-4 |
| Temperatura di fusione (°C) | 215 | 200 | 205 | 180-210 | 190-210 |
| Temperatura dello stampo (°C) | 80-100 | 80 | 90 | 60-80 | 85 |
La tabella precedente presenta i nomi commerciali dei POM sopra citati e le loro proprietà. L'omopolimero Delrin® 100 ha la più alta resistenza alla trazione grazie al maggior grado di cristallinità del polimero. Il POM è caratterizzato da un'ottima resistenza alla trazione e alla flessione, ma da un elevato tasso di ritiro. A seconda dei requisiti applicativi, alcuni gradi di POM possono contenere cariche per migliorare la resistenza, la corrosione o la resistenza ai raggi UV.
Pro dello stampaggio a iniezione di POM
L'acetale ha prestazioni elevate e caratteristiche ingegneristiche desiderabili. Il materiale offre un'elevata resistenza alla fatica e allo scorrimento quando è sottoposto a sollecitazioni. L'elevata resistenza meccanica lo rende ottimale per diversi settori che richiedono precisione, come quello aerospaziale e automobilistico. Il basso attrito aiuta il POM ad avere un livello di usura molto ridotto per un lungo periodo. Inoltre, l'acetale non si arrugginisce/corrode e può lavorare anche ad alte temperature.
Resistenza alla fatica
I pezzi stampati a iniezione in acetale hanno buone caratteristiche prestazionali quando sono sottoposti a cicli di stress ripetitivi. È più appropriato in situazioni in cui il carico è costante, come gli ingranaggi. Pertanto, l'omopolimero POM offre una migliore resistenza alla fatica rispetto ai copolimeri. Queste caratteristiche peculiari consentono di ottenere un'affidabilità a lungo termine in condizioni di forte stress. La resistenza alla fatica rende il POM adatto all'uso in applicazioni in cui si desiderano parti meccaniche.
Resistenza allo scorrimento
I pezzi stampati in POM mostrano stabilità dimensionale quando sono sottoposti a carichi meccanici a lungo termine. Ha una tendenza molto bassa a subire deformazioni permanenti, anche quando è sottoposto a sollecitazioni costanti. Questa caratteristica rende il POM adatto all'uso in applicazioni portanti. L'assenza di creep rende il materiale ideale anche per le applicazioni strutturali. Questa è un'area molto affidabile delle prestazioni sotto pressione del POM.
Alta resistenza
I pezzi stampati a iniezione in POM offrono le migliori caratteristiche di trazione e flessione. Il materiale fornisce la rigidità richiesta nelle parti meccaniche ad alte prestazioni. Le versioni omopolimeriche del POM mostrano una resistenza ancora maggiore rispetto ai copolimeri. Tra gli usi più comuni vi sono i nastri trasportatori e i componenti di sicurezza. Le caratteristiche meccaniche del POM sono piuttosto versatili e consentono varie applicazioni.
Basso attrito
Il basso attrito del POM riduce l'usura degli elementi di scorrimento. Il materiale è adatto all'uso in aree in cui la variazione di movimento è minima. Richiede una manutenzione minima grazie alla sua naturale tendenza a ridurre l'attrito: Questa capacità del POM di resistere all'abrasione mantiene la vita delle parti stampate piuttosto lunga. Pertanto, viene spesso applicato laddove è necessario un basso attrito.
Sicurezza alimentare
Il materiale avanzato POM per uso alimentare soddisfa gli standard di sicurezza applicabili ai prodotti a contatto con gli alimenti. Il POM può essere utilizzato anche dai produttori di macchinari e attrezzature per la lavorazione degli alimenti. È conforme alla FDA, all'USDA e a tutti i requisiti legali e normativi di rigorosa sicurezza. Grazie alla sua atossicità, il POM è adatto all'impiego in questi settori. Il pezzo di stampaggio a iniezione dell'acetale è ampiamente utilizzato nelle attrezzature per la lavorazione degli alimenti per la sua affidabilità e la sua sicurezza.
Stabilità dimensionale
I prodotti di stampaggio a iniezione dell'acetale hanno dimensioni precise una volta raffreddati dal processo di stampaggio. Durante lo stampaggio il tasso di ritiro è relativamente alto, ma in seguito rimane quasi uniforme. La stabilità dimensionale è importante in settori come quello automobilistico ed elettronico. I pezzi stampati a iniezione in POM rimangono dimensionalmente stabili durante l'applicazione meccanica e la pressione. Questa caratteristica è un prerequisito per i componenti di precisione.
Resistenza alla corrosione
Il POM è relativamente immune alla maggior parte degli agenti chimici, come carburanti e solventi. È l'ideale per i luoghi che possono entrare in contatto con le sostanze chimiche. Ad esempio, i serbatoi di stoccaggio cilindrici. Tuttavia, il materiale è influenzato da acidi e basi forti. Il POM resiste bene agli attacchi chimici ed è quindi il materiale adatto per la gestione dei fluidi. Inoltre, presenta una buona e stabile resistenza chimica e una lunga durata in condizioni difficili.
Resistenza al calore
Il POM è in grado di sopportare l'utilizzo in aree con temperature elevate, fino a 105°C. I gradi omopolimerici resistono a esplosioni di calore più elevate rispetto ai copolimeri. Questa proprietà è fondamentale per i componenti esposti a condizioni di temperatura variabili. Questa caratteristica rende il POM adatto all'impiego nelle industrie, grazie alla sua tolleranza alle alte temperature. La giusta scelta dei materiali utilizzati comporta la capacità di resistere ai climi termici. Per plastica per alte temperature pgae per conoscere meglio i materiali per alte temperature.
Considerazioni chiave nella progettazione dello stampaggio a iniezione di POM
Stampaggio a iniezione di acetale preferisce l'uso di stampi in acciaio inox. Il materiale utilizzato ha un effetto corrosivo. Pertanto, gli stampi utilizzati devono essere forti e resistenti. L'elevato ritiro richiede una progettazione accurata degli stampi per ottenere pezzi precisi. Il POM è ampiamente utilizzato nei settori automobilistico, industriale e medico. Pertanto, lo stampaggio deve essere eseguito nel modo giusto e, in questo caso, garantirà un elevato grado di precisione e di qualità. È importante tenere conto di alcune caratteristiche quando si progetta lo stampaggio a iniezione di POM.
Lo spessore della parete deve essere compreso tra 0,030 e 0,125 pollici. Mantenendo la variazione di spessore al minimo, è possibile ottenere uno spessore uniforme del pezzo. La gestione delle tolleranze è fondamentale perché il tasso di ritiro dell'azienda è elevato, e questo è evidente nel caso del POM. I raggi devono essere ridotti al minimo, soprattutto nelle regioni che subiscono le massime sollecitazioni. Gli angoli di sformo compresi tra 0,5 e 1 grado sono ideali perché la loro espulsione è agevole.
Spessore della parete
Lo spessore della parete influisce direttamente sulla qualità dei pezzi in POM stampati a iniezione. Le sezioni più spesse possono anche far deformare o restringere il pezzo in un modo o nell'altro e questo potrebbe non essere auspicabile. In questo modo si migliora la struttura complessiva e si mantiene uno spessore costante. Tuttavia, le pareti estremamente sottili, per quanto difficili, devono rientrare in certi limiti. Lo spessore delle pareti svolge un ruolo fondamentale nelle applicazioni strutturali e, se ben realizzato, aiuta a resistere in modo affidabile alle alte pressioni.
Tolleranze
Il POM presenta un elevato ritiro, che può diventare una sfida quando si lavora su pezzi stampati in POM che devono rientrare in una stretta tolleranza. In particolare, le pareti più spesse aumentano la probabilità di deviazione dalla tolleranza. Progettare in modo da garantire misure uguali non è una cattiva idea, perché in questo modo le dimensioni saranno coerenti. C'è sempre un modo per modellare correttamente e questo garantirebbe che le tolleranze siano entro i limiti accettabili. I problemi dovuti alle variazioni dimensionali sono ben gestiti dalla pianificazione e dal controllo.
Raggi
I raggi nei progetti dei pezzi aiutano a ridurre al minimo la concentrazione delle sollecitazioni nell'uso del pezzo. Gli angoli vivi sono sempre un problema, perché sono i punti che possono ridurre la durata di una struttura. Includendo i raggi, queste aree ad alta sollecitazione vengono ridotte al minimo, aumentando così la durata del pezzo. I raggi devono essere pari o superiori a 0,25 volte lo spessore nominale della parete del tubo. I raggi più piccoli riducono le sollecitazioni; tuttavia, i raggi più grandi, fino a 75%, offrono una migliore distribuzione delle sollecitazioni.
Angolo di sformo
È possibile ottenere un'elevata espulsione dei pezzi in POM con angoli di sformo minimi. Il POM ha un basso attrito e può avere angoli di sformo di 0,5 gradi. È ipotizzabile che per pezzi come gli ingranaggi, le bozze zero non siano essenziali per soddisfare le specifiche di progetto. Le bozze aiutano a evitare le difficoltà di separazione dei pezzi dagli stampi con danni minimi o nulli. Una buona progettazione delle bozze consente una produzione efficiente e una migliore qualità del pezzo da produrre.
Sfide della lavorazione del materiale POM
Cosa rende difficile l'elaborazione della POM? Alcuni fattori determinanti ne determinano il funzionamento ottimale. Il POM ha una tolleranza lieve o bassa alle condizioni termiche elevate. Gli operatori degli stampi prendono in considerazione diversi fattori durante lo stampaggio a iniezione. Tali fattori sono il controllo del calore, il livello di umidità, i parametri di stampaggio e il ritiro. Questi elementi sono importanti per ottenere una produzione di successo di parti in POM di alta qualità per lo stampaggio a iniezione.
Calore
Uno degli aspetti più critici da gestire nello stampaggio a iniezione di POM è il calore. Se riscaldato a una temperatura superiore a 210°C, il materiale subisce una degradazione termica. Questa degradazione porta alla formazione di sottoprodotti corrosivi che finiscono per intaccare lo stampo a iniezione. La temperatura dello stampo dovrebbe essere compresa tra 60 e 100°C per ottenere un risultato ottimale. Inoltre, i cicli di riscaldamento brevi sono vantaggiosi perché non stressano troppo il materiale. L'aumento della temperatura deve essere accompagnato da una diminuzione del tempo di permanenza per ottenere la qualità.
Umidità
L'assorbimento di umidità del POM è piuttosto basso e si aggira tra 0,2 e 0,5%. Tuttavia, si consiglia di essiccare la resina POM prima della lavorazione per ottenere i migliori risultati. Il tempo di essiccazione è normalmente compreso tra 3 e 4 ore, a seconda del tipo di POM. Questo è importante affinché i livelli di umidità siano bassi durante lo stampaggio per ridurre l'insorgenza di difetti. Una preparazione accurata evita i problemi legati all'umidità durante le iniezioni.
Parametri di stampaggio
Il giusto parametro di stampaggio deve essere mantenuto per lo stampaggio a iniezione di POM. La pressione di iniezione ideale è compresa tra 70 e 120 MPa per garantire una buona ripetibilità dell'esperimento. È auspicabile anche una velocità di iniezione medio-alta per ottenere una produzione regolare del pezzo. Il controllo dei pezzi stampati richiede un adeguato controllo dei parametri per garantire che i pezzi stampati soddisfino le specifiche. Seguendo attentamente questi parametri è possibile migliorare la qualità del prodotto finale.
Restringimento
Il ritiro è un problema abituale per i materiali POM, compreso Delrin®. I tassi di ritiro sono solitamente compresi tra il 2 e il 3,5% nella fase di raffreddamento del ciclo. La maggior parte del ritiro si verifica quando il pezzo è ancora nello stampo, mentre il resto avviene durante la fase di post-espulsione. Il POM omopolimero non rinforzato presenta un ritiro maggiore rispetto ai materiali copolimerici. Questi tassi di ritiro devono essere considerati nella progettazione dello stampo per soddisfare le dimensioni desiderate.
Svantaggi dello stampaggio ad iniezione dell'acetale
Sebbene lo stampaggio dell'acetale offra diversi vantaggi. Ha anche i suoi limiti e svantaggi. Inoltre, gli stampi in acetale presentano numerose sfide. Queste limitazioni devono essere attentamente considerate durante il processo di stampaggio, affinché le aziende possano ottenere prodotti finali di buona qualità.
Scarsa resistenza agli agenti atmosferici
L'acetale è altamente vulnerabile alla degradazione. Normalmente, quando è esposto alla luce ultravioletta o ai raggi UV. Questo perché l'esposizione costante a tali raggi può causare importanti variazioni di colore e, infine, compromettere le prestazioni. I raggi UV deteriorano il valore estetico e indeboliscono fisicamente il materiale. Inoltre, le radiazioni UV distruggono la struttura dei polimeri. Per questo motivo, è necessario utilizzare stabilizzatori per migliorare la resistenza dell'acetale agli agenti atmosferici. Questi stabilizzatori potrebbero non impedire completamente la degradazione per lunghi periodi all'aperto, ostacolando così l'uso dell'acetale in esterni.
Fragilità
Allo stato solido, l'acetale è molto resistente e possiede un'elevata rigidità, ma in particolari circostanze subisce un cedimento fragile. Temperatura La bassa temperatura influisce sulle caratteristiche del materiale dell'acetale e lo rende incline a creparsi o fratturarsi quando subisce un impatto. Tuttavia, questa fragilità è uno svantaggio in tutte le applicazioni in cui è auspicabile un'elevata resistenza agli urti, soprattutto a basse temperature. La progettazione di prodotti stampati in acetale in modo che possano sopportare gli urti senza fratturarsi presenta notevoli difficoltà.
Per quanto riguarda gli effetti del processo di stampaggio dell'acetale sulle proprietà meccaniche dei pezzi, occorre fare alcune considerazioni.
Progettazione di stampi ad iniezione in acetale
Quando si progetta un'applicazione con materiale acetalico, è importante che lo stampo sia corretto perché determina la qualità e la stabilità del prodotto finale. Ecco alcune linee guida fondamentali da seguire per la progettazione:
- Diametro del corridore: Si suggerisce che il diametro del canale sia compreso tra 3 e 6 mm per consentire un facile flusso del materiale durante l'iniezione.
- Lunghezza del cancello: Idealmente, la lunghezza della porta dovrebbe essere di circa 0,5 mm per regolare adeguatamente la portata del materiale. Migliora l'uniformità dello stampo in modo che non si formino difetti durante il riempimento dello stampo con il materiale.
- Diametro del cancello rotondo: Lo spessore dovrebbe essere compreso tra la metà e sei volte lo spessore del pezzo da stampare. Dimensionando correttamente le porte, si eliminano casi come i colpi corti e le linee di saldatura.
- Larghezza cancello rettangolare: Per progetto, la larghezza delle porte rettangolari deve misurare almeno il doppio dello spessore del prodotto. L'ideale sarebbe circa 0,6 volte lo spessore della parete per quanto riguarda il rinforzo strutturale del recipiente.
- Angolo di sformo: Si propone un angolo di stampo compreso tra 40 e 1 30 per una rimozione semplice del pezzo stampato senza alcuna abrasione sulla superficie.
Materiale acetalico in pre-essiccazione
Anche se ha un alto valore di assorbimento di umidità, si suggerisce di pre-essiccare la parte in acetale prima dello stampaggio a iniezione della resina. La pre-essiccazione riduce anche la presenza di alcune forme di umidità che sono distruttive come la formazione di vuoti o bolle. Il processo di essiccazione deve avvenire a una temperatura di 80-100°C e deve durare 2-4 ore. Un'essiccazione corretta è importante in quanto contribuisce a mantenere le varie caratteristiche dei materiali, oltre a facilitare lo stampaggio senza ugelli.
Controllo della temperatura di stampaggio dell'acetale
Quando si tratta di stampaggio a iniezione di acetale, è molto importante mantenere sia l'umidità che la temperatura di fusione per ottenere risultati migliori. La temperatura dello stampo deve essere mantenuta tra i 75 e i 120 gradi centigradi e la temperatura di fusione tra i 190 e i 230 gradi centigradi (rispettivamente 374 e 446 Fahrenheit). Parametri come l'accurata regolazione della temperatura consentono di gestire anche problemi come il ritiro da distorsione o addirittura la scarsa finitura superficiale. La regolazione accurata delle condizioni termiche aiuta a raffreddare in modo uniforme e, quindi, a ridurre al minimo le sollecitazioni, migliorando le caratteristiche dimensionali del prodotto finale.
Pressione di iniezione
Ogni materiale richiede una pressione di iniezione specifica che deve essere raggiunta per fornire la qualità specifica del pezzo. L'intervallo di pressione è compreso tra 40 e 130 MPa, a seconda della portata di fusione dell'acetale e dello spessore e delle dimensioni del canale di colata e del pezzo. Se la pressione è bassa, lo stampo può essere riempito in modo inadeguato, mentre se la pressione è alta, è probabile che si verifichino flash o altri difetti. La pressione ottimale è importante per creare una formazione adeguata del pezzo e per escludere i difetti.
Velocità di stampaggio a iniezione
Anche la velocità di iniezione influisce notevolmente sul processo di stampaggio dell'acetale. A seconda della formazione della pozzanghera, la velocità di iniezione dello stampo varia da moderata a veloce per evitare la creazione di difetti durante il riempimento dello stampo. Se la velocità è bassa, si notano sulla superficie segni di flusso o imperfezioni superficiali. D'altra parte, una velocità elevata può portare al cosiddetto surriscaldamento da getto o da taglio, che è negativo per la resistenza e la finitura superficiale della maggior parte dei pezzi. Modificando la velocità di iniezione, si possono eliminare i difetti di stampaggio e aumentare la produttività dello stampaggio.
Queste considerazioni consentono ai produttori di migliorare l'efficienza dei loro pezzi stampati a iniezione in acetale controllando i parametri e i problemi che si presentano. Per sfruttare al meglio gli attributi positivi dell'acetale ed evitarne gli svantaggi, è necessario mettere a punto alcuni aspetti della progettazione dello stampo, della gestione del materiale e del processo.
Conclusione
Acetale o poliossimetilene è un tipo di termoplastico semicristallino stampato a iniezione. Questo materiale è comunemente utilizzato in parti meccaniche come boccole, cuscinetti, ingranaggi e pignoni.
Rispetto ai metalli e ad altre plastiche, l'acetale ha un basso coefficiente di attrito e un'elevata rigidità. Queste caratteristiche migliorano notevolmente le sue proprietà antiusura e quindi i prodotti risultanti sono di lunga durata.
L'insieme di queste caratteristiche fa dell'acetale un materiale di elezione per molte applicazioni ingegneristiche. L'adeguata lavorazione e progettazione dei dispositivi ne migliorano l'efficienza e la durata in diversi settori industriali.
L'introduzione dell'acetale nei processi produttivi può portare a una maggiore efficienza e a una minore frequenza di manutenzione delle attrezzature meccaniche.