Design Tip

Nervature a compressione, dritte al punto

Illustration of drive shaft part
Figura 1: Il foro di passaggio a forma di D nella parte centrale della ruota dentata accoglie l'albero di trasmissione.

Gli accoppiamenti a pressione per i pezzi stampati a iniezione possono creare qualche difficoltà. I pezzi stampati a iniezione ben progettati hanno in genere un angolo di spoglia, ma in alcuni casi quello stesso angolo di spoglia che aiuta a espellere il pezzo dallo stampo potrebbe impedire a un pezzo con accoppiamento a pressione di restare agganciato saldamente. Pensiamo a una ruota dentata inserita a pressione su un albero (vedi la Figura 1). In questo caso, l'albero ha un profilo a D che funziona da piatto di trasmissione e un elemento di orientamento per il montaggio.

Il piatto di trasmissione impedisce alla ruota di girare liberamente sull'albero sotto carico. Probabilmente lo stampatore chiederà di aggiungere un angolo di spoglia sul foro a D per agevolare il rilascio dell'elemento dallo stampo. L'angolo di spoglia è necessario perché, quando la resina si raffredda, tende a ritirarsi sul nucleo che crea il foro. Il consiglio di aggiungere l'angolo di spoglia è sensato, ma come ci si deve comportare quando l'idea del progetto non lo consente? Ecco un paio di soluzioni.

 

  1. Lasciare il foro così com'è e chiedere allo stampatore di procedere senza angolo di spoglia. È una scelta rischiosa. Fori poco profondi potrebbero anche non creare problemi, ma quando la profondità aumenta le sollecitazioni esercitate sul nucleo dello stampo durante il raffreddamento e l'espulsione aumentano. La maggiore quantità di forza applicata per estrarre il pezzo potrebbe provocare dei “buchi” sul pezzo, causati dai perni di espulsione, e l'aumento delle forze di espulsione potrebbero portare alla rottura del nucleo o dei perni dell'espulsore. Lo stampatore potrebbe essere costretto a modificare i parametri del procedimento per evitare di danneggiare lo stampo, aumentando così il rischio di imperfezioni, come ad esempio depressioni, porosità e cordoni di saldatura deboli. Viste tutte le possibili conseguenze, risulta più sensato prendere in considerazione altre soluzioni.

process parameters to prevent damage to the mold. This can increase the likelihood of imperfections like sink, porosity, and weak knit lines. Considering all the possible consequences, it makes sense to consider other options instead.

Draft and assembly function
Figura 2: L’immagine mostra una sezione longitudinale dell’assemblaggio. L'angolo di spoglia sul foro di passaggio di colore viola verso la base potrebbe essere la causa di oscillazioni nell'assemblaggio finito.

2.Applicare un angolo di spoglia al foro. L'angolo di spoglia agevola l'espulsione del pezzo dallo stampo perché il pezzo in fase di raffreddamento non dovrà essere spinto lungo lo stesso diametro dell'albero per tutta la profondità del foro. Quando il foro è angolato, il sistema di espulsione sollecita leggermente il pezzo facendolo scivolare fuori dallo stampo perché l'angolo di spoglia lo separa dalla parete del pezzo. In questo modo si riducono le sollecitazioni esercitate sul pezzo e sullo stampo. La presenza dell'angolo di spoglia permette allo stampatore di modificare il procedimento in modo da affrontare altri aspetti di natura geometrica o estetica. L'angolo di spoglia risolve i problemi di produzione, ma sta al progettista assicurarsi che questo angolo non comprometta la funzione del pezzo assemblato. Ad esempio, sarebbe opportuno verificare l'assenza di adattamenti imprecisi, che potrebbero causare oscillazioni sulla ruota dentata (vedi la Figura 2).

3. Le nervature a compressione costituiscono un buon compromesso. Le nervature a compressione combinano il meglio dei due approcci appena visti: l'angolo di spoglia per lo stampatore e lo stesso allineamento che si otterrebbe con un foro con pareti verticali. Il foro principale è angolato per agevolare l'espulsione e la protezione dello stampo, e tre o più nervature non angolate sulla lunghezza del foro consentono un accoppiamento saldo e un buon allineamento con l'albero (vedi la Figura 3).

Injection molding crush ribs illustration
Figura 3: Nervature a compressione tradizionali. I punti a spigolo vivo della plastica sono nervature non angolate, mentre al diametro interno principale del foro è applicato un angolo di spoglia.

Nello stampo, le nervature rappresentano una superficie piuttosto limitata perciò, pur non essendo angolate, non creano particolare resistenza al momento dell'espulsione, limitando così il rischio di danni allo stampo. Le zone appuntite in cui le nervature incontrano l'albero (o altre parti combacianti) consentono alle nervature di deformarsi durante l'inserimento a pressione, garantendo un accoppiamento saldo senza sottoporre il pezzo a sollecitazioni eccessive. Purtroppo, l'elemento appuntito a forma di V non può essere fresato direttamente nello stampo e richiede perciò il ricorso all'elettroerosione o ad altri procedimenti aggiuntivi durante la realizzazione dello stampo.

Non tutto è perduto però. Protomold consiglia di utilizzare un tipo diverso di nervatura, che può essere fresata direttamente nello stampo, riducendo i costi. Invece della classica nervatura appuntita a V, suggeriamo una nervatura arrotondata, come quella della Figura 4. Questo tipo di nervatura può essere creato direttamente con un sistema di fresatura a tre assi, eliminando la necessità degli elettrodi dell'elettroerosione. Si tratta di un metodo più rapido ed economico rispetto all'alternativa a V, che offre ugualmente un punto di contatto minimo e “comprimibile” con il pezzo combaciante.

Crush rib design example
Figura 4: Progetto consigliato, con nervature a compressione. I punti di contatto del progetto sono formati dal raggio di curvatura della fresa. In questo modo è possibile angolare il diametro interno, lasciando le nervature senza angolo di spoglia.

Questa stessa forma può essere utilizzata per le nervature che devono creare un “punto morto” nella zona di incontro dei pezzi, ad esempio quando si vuole ricavare una fessura. In alcune applicazioni Protomold propone il servizio di elettroerosione, ma riteniamo che la nervatura arrotondata creata da una fresa sia un metodo altrettanto efficace ed economico che permette di limitare la complessità dello stampo e ridurre i tempi di fabbricazione. Questo risparmio di tempo è il segreto per ottenere i pezzi e testarli in tempi più brevi e mettere in commercio la propria idea prima della concorrenza.

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