Cos'è lo stampaggio a compressione?

In questo articolo esamineremo di cosa stampaggio a compressione è, le caratteristiche importanti degli stampi utilizzati, i tipi di materiali compatibili e il pro e contro del processo. Esamineremo anche i numerosi casi d'uso dello stampaggio a compressione e il suo confronto con altri processi di stampaggio. Continuate a leggere per scoprire uno dei più antichi processi di stampaggio ancora in uso.

Cos'è lo stampaggio a compressione?

Stampaggio a compressione è un processo di produzione che utilizza uno stampo riscaldato a due lati, superiore e inferiore, per comprimere un materiale modellabile in una forma determinata dallo stampo. Entrambi calore e pressione sono aspetti importanti del processo di stampaggio a compressione.

Il calore aiuta il materiale utilizzato per lo stampaggio a compressione a fondersi o indurirsi, a seconda del tipo di materiale utilizzato. La pressione forza il materiale ammorbidito a fluiscano uniformemente nelle cavità dello stampo.

Come suggerito dal suo nome, 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 produzione eccellente per grandi volumi. 

Il processo di stampaggio a compressione

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

Passaggio 1: preparare la macchina per lo stampaggio

Ci sono diversi tipi di attrezzature per stampaggio a compressione, ma ognuno dovrà essere preparato in qualche modo prima dell'inizio del ciclo di produzione. Questo può includere azioni come:

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

Queste azioni sono essenziali e saltare un passaggio potrebbe comportare il danneggiamento o il difetto di una parte.

Passaggio 2: misurazione e caricamento del materiale in entrata

La quantità di materiale plastico Il materiale utilizzato nello stampaggio a compressione deve essere misurato con precisione. Questo aiuta a garantire la coerenza tra i prodotti. Un eccesso di materiale nello stampo può causare diversi problemi, tra cui:

• Quantità eccessive di flash che devono essere eliminate
• Sfide di sformatura
• Stampi danneggiati
• Precisione dimensionale bassa

D'altra parte, una quantità di materiale insufficiente può dare origine a una parte che manca la giusta densità, presenta una scarsa qualità della superficie o addirittura presenta sezioni di materiale mancanti. 

Una volta misurata la quantità corretta di materiale, questo viene inserito nella cavità dello stampo. Il materiale di stampaggio può essere preriscaldato prima di essere inserito nello stampo. Questo può aiutare a ridurre il tempo di ciclo.

Passaggio 3: chiusura dello stampo/compressione del materiale

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

La chiusura dello stampo avviene ad una velocità predeterminata per tempi di ciclo più rapidi. Inoltre, la velocità non può essere troppo elevata, poiché il materiale potrebbe 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. Per una plastica termoindurente, il materiale subirà una polimerizzazione durante questo periodo. La polimerizzazione è il processo in cui avviene la reticolazione nel polimero, dando origine a un pezzo solido con proprietà specifiche.

Nel caso di termoplastici, la parte formata all'interno dello stampo viene raffreddata durante questo periodo fino a quando non è sufficientemente dura da essere rimossi senza subire danni.

Passaggio 5: sformatura

Durante questa fase, lo stampo viene aperto e la parte solida viene estratta dallo stampo. Perni di espulsione e altri sistemi meccanici può aiutare in questo. In alcuni casi, la sformatura può essere eseguita a mano. 

Alcune parti hanno un processo di sformatura più complicato rispetto ad altri. Ad esempio, per un componente stampato con l'ausilio di inserti, questi ultimi devono essere rimossi a un certo punto durante la fase di sformatura.

Passaggio 6: post-elaborazione

Dopo che un componente è stato rimosso dallo stampo, potrebbe essere necessario sottoporlo ad altri passaggi prima di essere considerato pronto. La rimozione del materiale in eccesso o delle sbavature è una procedura comune in questa fase. Altri componenti potrebbero richiedere un trattamento termico per ridurre le tensioni interne o la pulizia.

Progettazione di stampi nello stampaggio a compressione

Il successo nello stampaggio a compressione inizia con progettare lo 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.

Scegli un livello di complessità raggiungibile

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

Un design complesso può aggiungere diversi passaggi al processo. Tali progetti possono anche rendere più difficile il flusso del materiale e il suo raggiungimento in ogni parte dello stampo. Passaggi aggiuntivi comportano cicli di produzione più lunghi e costi più elevati, mentre uno scarso flusso del materiale può causare difetti nel pezzo.

Il progettista dello stampo dovrebbe avere l'esperienza per ideare un progetto che crea parti complesse senza ridurre significativamente la producibilità del pezzo finale.

Semplifica l'espulsione delle parti

La facilità di espulsione delle parti dovrebbe essere presa in considerazione quando si progetta una parte perché le parti che sono difficili da l'espulsione potrebbe presentare 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 i pezzi stampati. Le pareti spesse sono soggette alla formazione di vuoti interni. Ciò è causato dal raffreddamento eccessivo delle sezioni esterne delle pareti. più veloce delle sezioni interne. 

Pareti sottili manca la forza per resistere alle forze deformanti indotte dalle variazioni di temperatura. Sono più inclini a deformarsi o distorcersi in qualche modo durante il raffreddamento del componente.  

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

Considera il materiale

Materiali diversi comportarsi in modo diverso Durante il processo di stampaggio a compressione. Alcuni materiali non fluiscono facilmente come altri. Altri si riscaldano o si raffreddano più lentamente o più velocemente. 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 parti difettose o parti con dimensioni errate. 

Progettare per durare

Lo stampaggio a compressione è classificato come un metodo di produzione ad alto volumeCiò significa che lo stampo utilizzato dovrebbe durare a lungo e poter essere utilizzato per molti pezzi.

Per garantire che ciò sia il caso, lo stampo deve essere progettato in modo tale che riduce al minimo gli effetti dannosi di alte temperature e pressioni. 

Le parti dello stampo che possono essere più facilmente danneggiate dovrebbero essere progettate per essere facile da riparare. Ciò ridurrà i tempi di fermo 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 con entrambi termoindurenti e termoplasticiCiò amplia notevolmente la gamma di prodotti realizzabili con questo processo. Alcuni materiali comunemente utilizzati ora includono silicone, resina epossidica e HDPE.

Silicone

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

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

PU

PU, noto anche come poliuretano, viene utilizzato per realizzare parti ad alto impatto resistenza, resistenza all'abrasione e tenacità. A seconda della formulazione, una parte in PU potrebbe avere molte qualità fisiche diverse. 

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

HDPE

Polietilene ad alta densità è un termoplastico che si scioglie facilmente e scorre bene Allo stato fuso. Può essere utilizzato per lo stampaggio a compressione di parti piuttosto 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.

Epoxy

Le parti in resina epossidica indurita sono molto resistenti e durevoli. Possono essere utilizzate per isolamento elettrico e persino aerospaziale componenti. Allo stato non indurito, la resina scorre facilmente e riempie bene le cavità dello stampo. 

Le parti epossidiche possono resistere alle alte temperature e hanno un'eccellente stabilità dimensionale.

PTFE

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 facilmenteCuscinetti, guarnizioni e parti per l'isolamento elettrico possono essere tutti stampati utilizzando il PTFE.

Confronto con altri processi di stampaggio

Stampaggio a compressione e stampaggio ad iniezione vengono spesso confrontati perché entrambi i processi utilizzano stampi. Sebbene vi sia un grado significativo di sovrapposizione, questi due metodi di produzione sono significativamente diversi e solitamente soddisfano esigenze produttive 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'altro canto, stampaggio a iniezione usa un design dello stampo chiusoIl materiale viene iniettato in uno stampo già chiuso. Sono presenti passaggi per l'introduzione del materiale o per lo sfiato.

Progettazione della parte

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 paraurti per auto possono essere facilmente realizzati utilizzando questo procedimento. 

La natura chiusa di stampaggio a iniezione gli stampi lo rendono un processo eccellente per la produzione di parti con disegni più complicati. I materiali vengono introdotti nello stampo a 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 costoso dell'installazione Per lo stampaggio a compressione. I costi degli stampi sono piuttosto elevati perché devono essere in grado di gestire le elevate pressioni del processo di stampaggio a iniezione e di controllare attentamente i parametri di processo.

Gli utensili per lo stampaggio a compressione non costano tanto e questo li 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 essere anche solo due secondi. 

Ci sono casi in cui i tempi di produzione per lo stampaggio ad iniezione durano più di un minuto, ma in genere è un processo più rapido e rappresenta un'ottima scelta per la produzione di massa. 

Questa differenza nei tempi di ciclo deriva dal fatto che i processi di stampaggio a iniezione sono solitamente completamente automatizzati, mentre lo stampaggio a compressione può essere manuale, con parti che necessitano di tempo per indurirsi prima di essere espulsi. Nello stampaggio a compressione, il caricamento dei materiali e l'espulsione dei pezzi possono essere effettuati anche manualmente.

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 a iniezione sono realizzati con materiali molto resistenti. Hanno meno probabilità di sviluppare difetti che compromettono la forma e le dimensioni dei pezzi.

Il livello di precisione è sufficientemente elevato da far sì che le parti stampate a iniezione potrebbero non averne bisogno post produzione. 

Opzioni materiali

Sebbene lo stampaggio a iniezione funzioni bene con molti materiali, un caso speciale dello 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 realizzare 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 ha vantaggi che includono:

• Costo degli utensili inferiore: Le attrezzature associate allo stampaggio a compressione, come le presse idrauliche, non sono complesse come quelle utilizzate per lo stampaggio a iniezione. Questo rende meno costoso avviare un'attività 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 bassi volumi di produzione. 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 e piuttosto robuste, grazie alle elevate forze di compressione utilizzate.

• Compatibilità materiale: 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. svantaggi dello stampaggio a compressione includono:

• Complessità della parte: Il livello di complessità raggiungibile mediante stampaggio a compressione non è scarso, ma non può competere con lo stampaggio a iniezione e alcuni 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 sbavatura può rappresentare un problema significativo nello stampaggio a compressione. Questo materiale in eccesso deve essere rifilato 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: Con 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 lo stesso metodo migliore per realizzare determinati tipi di prodotti.

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

Lo stampaggio a compressione è oggi compatibile con molti materiali termoindurenti e termoplastici e i suoi prodotti vengono impiegati in numerosi settori. 

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