Sovrastampaggio e stampaggio a inserti

Lo stampaggio a iniezione è uno dei metodi più comuni utilizzati nell'industria manifatturiera. Il processo utilizza uno stampo metallico che contiene una cavità con la forma del pezzo desiderato. La plastica fusa viene iniettata nello stampo e successivamente espulsa. Questo metodo può essere utilizzato per produrre migliaia di pezzi identici per un singolo progetto di produzione. Quasi tutti i pezzi in plastica in grandi volumi sono realizzati con lo stampaggio a iniezione, grazie alla facilità di produzione su larga scala. I vantaggi dello stampaggio a iniezione includono infatti un basso costo per pezzo, tempi di ciclo ridotti, un'ampia scelta di materiali e altro ancora.

In questo articolo esaminiamo più da vicino due tipi specifici di stampaggio a iniezione, noti come sovrastampaggio e stampaggio a inserti, e gli aspetti importanti che i progettisti di pezzi devono comprendere di ciascun processo.

Il sovrastampaggio, comunemente chiamato "stampaggio a due colpi", è un tipo specifico di stampaggio a iniezione in cui un pezzo viene realizzato in almeno due cicli di iniezione utilizzando un materiale diverso. Il sovrastampaggio utilizza un substrato di base con un materiale TPE o TPU più morbido incollato sopra. Il substrato di base può essere in plastica o in metallo. Per i substrati di base in plastica, tutto lo stampaggio viene effettuato nello stesso ciclo di produzione, perché l'elastomero aderisce maggiormente a un substrato caldo e semicrudo.

Il sovrastampaggio utilizza uno strumento specializzato per lo stampaggio a iniezione di plastica che contiene una cavità per il substrato e una cavità separata per il sovrastampaggio. Il primo ciclo di iniezione forma il substrato con una resina di termoformatura, che riempie la porta, il canale e la cavità di una porzione dello stampo, mentre la porzione di sovrastampaggio è bloccata. Una volta raffreddata la resina di termoformatura, lo stampo viene ruotato e collegato a un ugello, a una porta e a un canale separati. Quindi, la parte rimanente dello stampo viene riempita con un elastomero TPE o TPU, che crea un sovrastampo che si lega al substrato di base.

Lo stampaggio a inserto è un altro tipo specifico di stampaggio a iniezione che prevede l'inserimento di componenti metallici nella cavità dello stampo prima dell'iniezione della plastica. L'inserto viene posizionato all'interno dello stampo manualmente o tramite tecnologia robotica. Dopo il posizionamento dell'inserto, lo stampo si chiude e la plastica viene stampata sopra l'inserto, producendo un pezzo unico. Lo stampaggio di inserti è comunemente usato per realizzare elementi di fissaggio in metallo per gli elementi di fissaggio.

Questi elementi di fissaggio consentono un assemblaggio e uno smontaggio sicuri senza causare danni al prodotto. Inoltre, gli inserti filettati termofissati sono stampati nella plastica, il che riduce il rischio di danni alla filettatura al momento dell'installazione. Non va dimenticato che lo stampaggio di inserti può anche eliminare il requisito dei dispositivi di fissaggio perché le parti metalliche sono incluse nello stampo, che fissa le parti in un unico componente incollato.

Quando si tratta di progettare per il sovrastampaggio e lo stampaggio a inserti, ci sono diversi fattori chiave da tenere in considerazione.

Linee guida per la progettazione del sovrastampaggio

Il sovrastampaggio in genere non viene utilizzato per coprire l'intero substrato di base. Il sovrastampaggio viene invece applicato in sezioni che seguono le seguenti linee guida:

• Verificare la compatibilità del substrato con il TPU o il TPE.
• Utilizzare un TPU o un TPE con temperature di fusione inferiori a quelle del substrato di base.
• Il sovrastampo deve essere leggermente più sottile del substrato che lo sostiene.
• Il sovrastampo deve trovarsi appena al di sotto della superficie del substrato.
• Utilizzare sottosquadri e scanalature per aumentare la forza di tenuta.

Linee guida per la progettazione dello stampaggio a inserti

Per lo stampaggio di inserti, i vantaggi di una maggiore resistenza e versatilità devono essere bilanciati con l'importanza di un approccio alla progettazione per la produzione che comprenda:

Contrastare il ritiro della resina con:

• Materiale in resina con bassi tassi di ritiro
• Materiale resinoso rinforzato con cariche
  • Circondare l'inserto con più plastica
  • Sostenere l'inserto con nervature e bocchette
  • Preriscaldare gli inserti prima dello stampaggio, in modo che la resina e l'inserto si raffreddino e si restringano insieme.
  • Utilizzare inserti con superfici zigrinate per un bloccaggio ottimale
• Ridurre le sollecitazioni utilizzando profili arrotondati anziché spigoli vivi

Il legame tra gli strati di resina impedisce la separazione nei pezzi prodotti per sovrastampaggio. Questi legami devono essere in grado di resistere alle forze applicate al pezzo, quali:

• trazione che potrebbe creare una separazione in corrispondenza di un giunto di testa
• Taglio dovuto a una trazione parallela all'interfaccia di incollaggio che separa una giunzione di testa
• Scorrimento a partire da un bordo e continuando lungo un'interfaccia.

La resistenza dei legami è particolarmente importante quando uno dei materiali è un elastomero, che è abbastanza flessibile da poter essere staccato dal substrato. Questo problema riguarda sia i materiali termoindurenti che gli elastomeri termoplastici. Gli strati si legano in due modi principali. Uno è l'incollaggio chimico tra due strati di resina. L'altro modo è l'incollaggio meccanico, che dipende dalla geometria dell'interfaccia. L'incollaggio ottimale coinvolge elementi chiave della progettazione del pezzo, dello stampo, della scelta del materiale e del processo di stampaggio.

Come suggerisce il nome, il legame chimico avviene a livello molecolare ed è dettato da molteplici fattori. Ad esempio, una migliore bagnatura del substrato da parte del materiale sovrastampato iniettato consente un maggiore contatto tra i materiali e, quindi, un maggiore legame. L'incollaggio meccanico viene utilizzato da solo o in combinazione con l'incollaggio chimico. Quando la resina sovrastampata riempie i fori nel substrato, si raffredda e si lega al substrato. Inoltre, il materiale sovrastampato può essere avvolto intorno al substrato e la superficie dell'interfaccia può essere aumentata con picchetti, scanalature e altro. Inoltre, un substrato poroso offre piccoli fori che l'elastomero può riempire per produrre un legame meccanico.

Mentre l'overmolding utilizza due riprese separate per creare un pezzo finale, l'insert molding utilizza un pezzo metallico preformato che viene inserito in uno stampo. Successivamente, viene sovrastampato con la plastica per produrre un pezzo con proprietà meccaniche e funzionali più desiderabili. Lo stampaggio a inserto può essere utilizzato con inserti filettati, che rafforzano la capacità delle parti in plastica di essere fissate insieme. Anche i manicotti e le boccole possono essere utilizzati per migliorare la durata dei componenti da accoppiare.