Linee guida per la progettazione dello stampaggio rotazionale: regole chiave per ingegneri e acquirenti OEM

Recentemente un ingegnere ci ha portato un serbatoio di dosaggio da 1.000 litri che continuava a rompersi nell'angolo inferiore. Il modello CAD aveva un raggio interno di 2 mm, nessuno sformo sulla parete laterale e una base perfettamente piana. Ognuno di questi tre dettagli ha portato la parte al fallimento. Lo stampaggio rotazionale è un processo tollerante in molti sensi, ma non è un processo tollerante per transizioni brusche, pareti verticali senza rastremazione o grandi superfici non supportate.

Le regole seguenti sono ciò che utilizziamo per individuare questi problemi prima che diventino una spesa per gli strumenti. Provengono da anni di costruzione di strumenti di stampaggio rotazionale e di produzione di serbatoi in PE, alloggiamenti per apparecchiature e parti OEM personalizzate.

Spessore della parete e sezioni cave

Lo stampaggio rotazionale crea parti cave a parete singola. A differenza dello stampaggio a iniezione, lo spessore della parete è determinato dalla quantità di polvere plastica caricata nello stampo e dal ciclo di rotazione, non dalla geometria della cavità dello stampo. Questo è il motivo per cui una parte che mescola sezioni spesse e sottili è difficile da produrre: la plastica in un'area spessa non ha modo di fluire in un'area sottile dopo che la polvere si è sciolta.

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Per le parti in polietilene, un punto di partenza sensato è una parete uniforme. Gli alloggiamenti piccoli, fino a 300 mm di diametro, spesso corrono da 3 a 5 mm. Parti di medie dimensioni come serbatoi da 1.000 litri o involucri di apparecchiature necessitano di circa 5-8 mm. I grandi serbatoi di stoccaggio superiori a 2.000 mm utilizzano generalmente da 8 a 12 mm per resistere al carico idrostatico e alle sollecitazioni di movimentazione.

Lo spessore uniforme della parete è più importante del valore assoluto. Una parete da 6 mm con un'estrusione locale da 12 mm affonderà e la base dell'estrusione può intrappolare un vuoto interno. Se il progetto necessita di un ispessimento locale, prevedere invece un rinforzo secondario.

Angoli di sformo e sformatura

Lo sformo è l'angolo che aggiungi alle superfici verticali in modo che la parte si stacchi dallo stampo. Poiché una parte stampata a rotazione viene estratta dallo strumento mentre è ancora calda e poiché il polietilene si restringe sullo strumento mentre si raffredda, una parete a zero spifferi si trascinerà, si attaccherà o si distorcerà. Lo spigolo minimo consigliato per una superficie liscia in polietilene è di 1 grado per lato. Per una superficie strutturata, aumentare a 2 o 3 gradi.

L’effetto pratico è maggiore di quanto la maggior parte degli ingegneri si aspetti. Una parte con una parete laterale profonda 500 mm e uno spiffero di 1 grado si assottiglia di circa 9 mm dall'alto verso il basso. Se il progetto richiede un muro esattamente parallelo, questo è un segnale di allarme. Lo stampaggio rotazionale non è lo stampaggio a iniezione; mantenere una parete verticale senza rastremazione su una parte profonda è una sfida difficile.

Pareti piatte, corone e kiss-off

Le pareti piatte sono la causa più comune di distorsione dello stampaggio rotazionale. Un pannello piatto di grandi dimensioni non ha supporto interno e il restringimento che si verifica quando la parte si raffredda lo rende oliatore, si deforma o si piega. La soluzione collaudata è una corona. Una corona di circa 0,4 mm per 100 mm di lunghezza del pannello mantiene stabile la facciata. Per un'area piana larga 500 mm, ciò significa circa 2 mm di curvatura.

Se il pannello deve essere veramente piatto, o se deve sopportare un carico, aggiungere dei kiss-off. Un kiss-off è un pulsante o un montante modellato che unisce due pareti opposte. Il posizionamento dei kiss-off a una distanza compresa tra 150 e 300 mm produce una doppia parete irrigidita senza richiedere nervature o dispositivi di fissaggio secondari. I kiss-off aggiungono complessità allo stampo, ma sono molto più economici rispetto al rinforzo di una parte deformata dopo lo stampaggio.

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Angoli, raggi e nervature

Gli angoli acuti sono il secondo errore di progettazione più comune. Nello stampaggio rotazionale, un angolo interno acuto crea una concentrazione di stress e la parte esterna di quell'angolo tende a risultare sottile perché la polvere ha difficoltà a riempire lo spazio ristretto. Il raggio esterno minimo accettato è 3 mm e il raggio interno deve essere almeno il doppio dello spessore della parete. Per una parete da 6 mm, prevedere un raggio interno di 12 mm.

L'angolo dell'angolo conta tanto quanto il raggio. Le parti in polietilene funzionano meglio con un angolo incluso di 30 gradi o più, sebbene angoli maggiori siano ancora più sicuri. Se un'applicazione richiede un angolo più acuto, progettare un ispessimento della parete o una nervatura rinforzata per compensare.

I progettisti spesso richiedono uno spigolo vivo per risparmiare spazio. Nello stampaggio rotazionale, uno spigolo vivo raramente fa risparmiare spazio. Richiede tempo di attrezzaggio, rischia di avere pareti sottili e crea un raggio visivamente ruvido. La soluzione efficiente è solitamente un raggio generoso più una nervatura a basso profilo.

Flusso dei materiali e separazione delle pareti

Lo stampaggio rotazionale si basa sulla caduta e fusione della polvere all'interno di uno stampo rotante. La polvere non può fluire attraverso spazi stretti come la plastica fusa che scorre in uno stampo a iniezione. Una regola generale è quella di mantenere la distanza tra due pareti qualsiasi, o tra una parete e una nervatura, almeno cinque volte lo spessore nominale della parete. Per una parete da 6 mm ciò significa uno spazio minimo di circa 30 mm.

Se lo spazio è più stretto, la polvere può colmare l'apertura prima che si sciolga e il risultato è una rete fusa che rovina l'intento progettuale. Questa regola si applica ai kiss-off, alle nervature stampate, alle sporgenze di montaggio e a qualsiasi geometria interna. Il primo controllo che eseguiamo è la regola del 5x.

Sottosquadri, inserti e linee di divisione

I sottosquadri sono difficili perché la parte deve essere estratta dallo stampo. Piccoli sottosquadri possono essere gestiti con sezioni di stampo in silicone o flessibili, ma aumentano i costi e di solito implicano un ciclo più lento. Per le parti rigide di grandi dimensioni, evitare completamente i sottosquadri.

Gli inserti filettati, gli interruttori di livello e le sporgenze dei raccordi possono essere stampati. Vengono posizionati nello stampo prima che la polvere venga caricata e rimangono in posizione mentre la parte ruota. Un inserto metallico per una parte in PE deve avere una zigrinatura o una scanalatura in modo che si blocchi nella plastica. Mantenere le posizioni degli inserti lontane dalle pareti adiacenti; altrimenti la regola di separazione 5x diventa impossibile da rispettare.

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Le linee di divisione devono trovarsi su un bordo pulito. Se la linea di divisione attraversa una superficie strutturata, la struttura non corrisponderà alla divisione. Per i prodotti che devono avere un aspetto uniforme, pianificare la divisione dell'attrezzatura su una caratteristica naturale come un bordo o una scanalatura sagomata.

Selezione dei materiali e carico ambientale

L'LLDPE è il materiale predefinito per la maggior parte dei progetti di stampaggio rotazionale e per una buona ragione. Ha un'eccellente resistenza agli urti, una buona resistenza chimica e tollera il ciclo di rotazione lenta senza degradarsi. Quando una parte vivrà all'aperto, lo stabilizzatore UV è essenziale. Il nero è il colore più efficace, ma un pacchetto UV in altri colori funziona bene per molte applicazioni.

Per la resistenza alla corrosione in ambienti marini o chimici, una parte LLDPE con stabilizzazione UV è una scelta affidabile. Abbiamo pubblicato informazioni pratiche su Resistenza alla corrosione della piattaforma galleggiante LLDPE per chi considera una grande installazione.

Anche la temperatura di servizio è importante. Le parti standard in polietilene sono generalmente classificate per l'uso continuo tra 60 e 80 gradi Celsius. Al di sopra di tale intervallo, potrebbero essere necessari polipropilene o nylon e questi modificano sia i requisiti di stiro che il costo degli utensili. Anche l’esposizione chimica ad acidi, solventi o acqua di mare influisce sulla scelta del materiale.

Progettazione di attrezzature e stampi

L'attrezzatura rappresenta il costo singolo più importante in un progetto di stampaggio rotazionale. Gli stampi sono generalmente in alluminio pressofuso per quantità di produzione o in alluminio lavorato a CNC per i prototipi. Più complessa è la geometria del pezzo, maggiore sarà il costo dello stampo.

Kiss-off, sottosquadri e inserti stampati aumentano tutti i costi degli utensili. Ogni funzionalità aggiunta deve essere pensata attentamente nel layout dello stampo. L'approccio migliore per una parte OEM consiste nell'inviare un modello CAD 3D con un chiaro richiamo per lo spessore nominale della parete, la direzione della bozza e la linea di giunzione. Anche un semplice schizzo con questi tre elementi renderà la conversazione sugli utensili molto più produttiva.

Cosa controllare prima di inviare una parte a un rotostampatore

Gli errori di progettazione più comuni sono facili da individuare se sai cosa cercare:

• Facce piatte senza corona, che si deformeranno.
• Angoli interni acuti con un raggio inferiore a 2 volte lo spessore della parete, che sottoporranno a fessurazione.
• Spazi stretti tra pareti o nervature, che colmeranno.
• Pareti verticali senza spiffero, che si legheranno nello stampo.
• Tolleranze strette sullo spessore delle pareti intorno a /-20%, che aumentano i costi senza migliorare la funzionalità.

Quando un disegno include questi problemi, la mossa migliore è risolverli in anticipo. Una piccola modifica al modello CAD può far risparmiare migliaia di persone in rilavorazioni degli utensili e mesi di difficoltà di produzione.

Se stai valutando un progetto OEM personalizzato, l'azienda dietro gli utensili è importante. Alla Cixi Junyi Plastic Industry progettiamo e costruiamo parti stampate a rotazione dalla fase dello stampo fino alla produzione finita. Gli stessi principi di progettazione si applicano sia che si acquistino serbatoi standard sia che si commissioni un alloggiamento personalizzato. Puoi leggere di più sul nostro Servizi di sviluppo ed elaborazione OEM per capire come gestiamo la revisione dei disegni, gli strumenti e la produzione.