Stampi

Processi di produzione industriale quali lo stampaggio, la pressofusione, l’imbutitura, la schiumatura e la sinterizzazione necessitano, per dare forma ai pezzi o ai materiali da lavorare, di stampi, matrici che vengono appositamente progettate come utensili.
Le caratteristiche e la tecnologia degli stampi cambiano a seconda del diverso tipo di lavorazione.

Due o più semigusci, che vanno a delimitare l’area di spazio con la sagoma del pezzo da ottenere, sono solitamente i componenti degli  stampi.
L’acciaio bonificato (ricavato da un processo termico che ne migliora le caratteristiche) o temprato, è il materiale con cui vengono realizzati più frequentemente gli stampi di produzione, tuttavia per particolari lavorazioni si usano anche stampi in alluminio o legno.
Materiali meno resistenti, quali il gesso, il silicone o la resina, vengono usati per costruire stampi destinati alla produzione di piccole serie o alla prototipazione rapida.

Gli stampi possono essere adibiti alla produzione di pochi pezzi, anche di uno solo, oppure realizzare centinaia di migliaia di esemplari. Per la costruzione di stampi medi e grandi viene spesso utilizzata la fresatura, mentre gli stampi particolarmente piccoli, con finiture complesse o per precisioni elevatissime, nell’ordine di pochi centesimi di millimetro, sono creati grazie a processi ad alta tecnologia come l’elettroerosione o la fotoincisione.

Durante la fase di progettazione, gli stampi devono essere pensati in modo che non siano presenti cavità, che possano limitare l’estrazione del pezzo; in particolare vanno evitati i sottosquadra, ovvero angoli di 90° o più, che rendono l’elemento stampato indivisibile dallo stampo.

Particolare cura va prestata anche agli agli angoli di sformo, infatti la creazione di pareti perfettamente in asse con il movimento di estrazione potrebbe dare problemi nella rimozione dei pezzi finiti, quindi le pareti non devono mai venire progettate verticali, ma devono essere leggermente inclinate (1 o 2 gradi) verso l’esterno.
Ad esempio, un cilindro andrebbe trasformato in un tronco di cono al fine di poter essere estratto senza problemi dagli stampi.

Stampi destinati alla lavorazione di materie plastiche, possono essere anche stampi riscaldati, questi sono più costosi ma permettono un flusso migliore del materiale liquido nelle cavità, grazie alla diminuzione della viscosità.
Nel caso sia necessario estrarre i pezzi rapidamente o non sia possibile avere una catena di produzione che sfrutti diversi elementi per rendere continua la produzione senza forzarne i tempi, gli stampi possono anche essere raffreddati.
Un riscaldamento insufficiente o un raffreddamento troppo veloce degli stampi, possono portare, nella lavorazione delle plastiche, a pezzi con parti non perfette nell’aspetto estetico desiderato, parti mancanti o a rotture, inoltre con il raffreddamento va previsto un ritiro del materiale, che può condurre alla rottura del pezzo.

Gli stampi devono avere dei canali di colata o di iniezione (dove il materiale entra nello stampo), delle materozze (che portano il materiale alla cavità), e degli sfoghi per permettere l’uscita dell’aria.

Stampi particolarmente complessi possono essre realizzati tramite elementi mobili detti spine, che si ritraggono automaticamente all’apertura dei gusci, consentendo la creazione di cavità altrimenti impossibili.

Gli stampi richiedono una accurata progettazione e manutenzione e settimane di lavoro per la loro costruzione, sono quindi oggetti molto costosi; inoltre sono strettamente legati al tipo di materiale per cui verranno usati, dalla cui viscosità, temperatura e caratteristiche dipendono numerose variabili.

STAMPAGGIO DI METALLI

Stampi da colata e stampi a conchiglia

Questi stampi sono relativamente semplici, necessitando solo di alta resistenza alle temperature, di un canale di ingresso del materiale e di uno per l’uscita dell’aria. Vengono usati per la produzione di rubinetterie, di pezzi in ferro, per la realizzazione di lingotti e di elementi grezzi per lavorazioni successive.

Stampi per pressofusione

Possono essere creati degli stampi in grado di sostenere pressioni elevate, utilizzati per lavorazioni di elementi in metallo non ferroso e a geometria piena.
Negli stampi viene iniettato il metallo liquido e grazie alla pressione (fino a 100 megapascal), questo va a riempire tutte le cavità, con il risultato di ottenere una struttura più compatta e uniforme rispetto a quelle da colata.
In generale vengono realizzati pezzi in alluminio da 0,05 a 50 kg di massa, ma sono possibili stampi anche di dimensioni maggiori e molto costosi, altri materiali hanno limiti inferiori.
Questi stampi necessitano di poca manutenzione e possono arrivare a produrre centinaia di pezzi l’ora; prima di essere rinnovati possono arrivare a realizzare fino a 500.000 pezzi.

Stampi per stampaggio di lamiere

Gli stampi, utilizzati nello stampaggio di lamiera, sono composti da un blocco d’acciaio, suddiviso in un guscio femmina e da un altro maschio (controstampo) posizionati nella pressa, uno sulla base e l’altro sulla parte mobile della macchina utensile, che deformano il materiale fino ad ottenere anche con passaggi successivi (e con stampi via via leggermente diversi) la forma finale del pezzo industriale; questo processo è noto come imbutitura.
Questa operazione molto difficile, deve essere suddivisa in numerosi passaggi per evitare che le lamiere vengano stirate eccessivamente e quindi possano strapparsi o riportare assottigliamenti non uniformi.
Per il mercato automobilistico vengono usano stampi di grosse dimensioni, che spesso includono bordature create per la punzonatura delle parti da rimuovere (la cava del finestrino, ad esempio).
Le lamiere vengono spesso lavorate in modo da dare loro una struttura portante, con delle nervature e delle pieghe curve che diano solidità al pezzo; al giorno d’oggi è possibile ottenere processi di lavorazione del tutto automatizzati.

STAMPAGGIO DI MATERIE PLASTICHE E CERAMICHE

Stampi a iniezione

Questi stampi sono tra i più costosi, visto che richiedono numerose attrezzature addizionali quali sensori di temperature, riscaldamento e raffreddamento, estrattori automatici o bocchette per l’insluffazione di aria per facilitare la rimozione dei pezzi.
Visto che il processo di produzione può essere particolarmente pericoloso a causa delle pressioni elevate e delle temperature in gioco, spesso sono progettati per il montaggio su macchine totalmente automatizzate,
Negli stampi la plastica viene iniettata a temperature intorno ai 250 gradi, e a pressioni di diverse tonnellate per centimetro quadrato.
Riempita la cavità con una quantità definita di materiale (metterne di più potrebbe portare alla rottura dello stampo), viene iniettato dell’olio o dell’acqua fredda per rendere più velocel’estrazione.
Si apre lo stampo e il pezzo finito viene rimosso, poi ci si preparara ad un nuovo ciclo.
Uno stampo può arrivare fino a 150.000 cicli, spesso con pezzi multipli prodotti in una sola iniezione.

Stampi a compressione

Sono stampi che lavorano più o meno come quelli per lamiere: una pressa tramite uno stampo maschio comprime del materiale su una femmina, allargandolo nell’intercapedine tra i due, attraverso questa tecnica vengono realizzati solitamente i piatti.

Stampi a termoformatura

Questo processo prevede la lavorazione di fogli di plastica riscaldati.
Il film si va ad adagiare sullo stampo che è spesso in un guscio singolo, maschio.
Viene creato sotto lo stampo il vuoto pneumatico per favorire l’aderenza: attraverso fori praticati appositamente sullo stampo il materiale viene attirato sulla superficie e solidificato.
Dato che non necessitano di particolari resistenze o temperature, questi stampi sono solitamente economici, e possono essere realizzati anche in legno, resina o metalli morbidi; si possono creare pezzi anche di dimensioni notevoli (fino a qualche metro), utilizzando stampi adeguati.

Stampi Blow Moulding

Questi stampi hanno vincoli dimensionali differenti, possono realizzare solo oggetti convessi, ma possono avere all’interno una cavità.
Il materiale viene spinto sulle pareti dello stampo da un getto d’aria, creando una sottile pelle di plastica tra la cavità e la parete.
Sono stampi semplici ed economici, usati però in numerosissimi esemplari per i carousel, macchine che lavorano su diversi cicli produttivi in contemporanea, attraverso questa tecnica si realizzano le bottiglie in PET.

Stampaggio rotazionale

L’immissione di materiale in uno stampo che ruota giroscopicamente è definito stampaggio rotazionale.
Grazie a questa lavorazione è possibile produrre oggetti monoblocco con cavità interne.
Lo stampo viene realizzato in acciaio o, più spesso, in alluminio: questo materiale ha una più elevata conduttività e mantiene il materiale fluido più a lungo assicurando una distribuzione migliore.
E’ possibile montarli in strutture ramificate per completare più cicli contemporaneamente, purchè gli stampi stessi non siano troppo grossi. Questi stampi non si possono realizzare concavità, e neppure pareti a spessore differente.

Stampi per schiumatura

In questi stampi viene inserito un composto chimico in grado di sviluppare una reazione per cui si gonfierà notevolmente.
Questo materiale (solitamente poliuretano) gonfiandosi aderisce alle pareti dello stampo, riempiendo totalmente la cava.
Grazie alle caratteristiche del materiale, gommoso ed elastico, è possibile realizzare anche pezzi con leggeri sottosquadra, purché vengano rimossi con cura.
Gli stampi realizzati per questa lavorazone sono solitamente metallici, ma è possibile usare anche gusci molto economici in resina o legno per piccole serie o prove di produzione.

Stampi di sinterizzazione

Negli stampi di sinterizzazione è contenuto fin dall’inizio il materiale ceramico in polvere: con le alte temperature il materiale sinterizza fino a formare il pezzo finito.
Per realizzare questi stampi sono necessari elementi metallici, in quanto devono resistere a temperature nell’ordine del migliaio di gradi.