I processi di stampaggio danno forma al materiale con uno stampo e producono gran parte dei componenti in metallo e plastica che ci circondano, dagli alberi a gomiti e dai basamenti motore fino ai pannelli della carrozzeria e agli alloggiamenti in plastica. Questa guida spiega come funzionano i principali tipi di processo di stampaggio, com'è costruito uno stampo a iniezione e quando uno stampo conviene rispetto alla lavorazione meccanica.
Trattiamo forgiatura, fusione, stampaggio della lamiera e stampaggio a iniezione, li mettiamo a confronto e vediamo che cosa conta nella progettazione e nella costruzione degli stampi.
Che cos'è il processo di stampaggio?
Lo stampaggio è un gruppo di processi produttivi che utilizzano uno stampo, di solito in metallo o in sabbia, per dare forma a un materiale. A seconda del processo, il materiale viene compresso all'interno dello stampo oppure riscaldato fino a fondere e poi colato o iniettato al suo interno. Il metodo giusto dipende dal materiale e dalla forma del prodotto.
In inglese l'utensile ha due nomi: nella fusione e nello stampaggio a iniezione si chiama mould; nella forgiatura e nello stampaggio della lamiera, dove il metallo solido viene formato sotto pressione, di solito si chiama die. In italiano si parla in entrambi i casi di stampo. Il principio è lo stesso: la forma dell'utensile definisce la forma del pezzo.
Vantaggi e svantaggi dello stampaggio
L'elemento distintivo dello stampaggio è lo stampo stesso. I pezzi devono essere progettati in modo da poter essere estratti facilmente. Fori laterali, sottosquadri e forme cave sono possibili, ma richiedono elementi aggiuntivi nello stampo o tecniche speciali.
Vantaggi
- Ideale per la produzione in serie: lo stampaggio produce grandi quantità di pezzi identici con qualità costante.
- Forme complesse: lo stampaggio è molto adatto a realizzare curve articolate e superfici a forma libera, come le pale dei ventilatori o i pannelli della carrozzeria.
- Basso costo per pezzo: una volta realizzato lo stampo, ogni pezzo aggiuntivo si produce in modo rapido ed economico.
Svantaggi
- Costi iniziali e tempi di realizzazione elevati: la costruzione di uno stampo, soprattutto se metallico, richiede tempo e investimenti considerevoli, il che rende lo stampaggio poco adatto alle piccole quantità.
- Flessibilità limitata: una volta realizzato lo stampo, le modifiche al progetto sono difficili e costose.
- Vincoli di forma: i pezzi devono poter essere estratti dallo stampo, il che limita alcune geometrie o richiede stampi più complessi.
Tipi di processi di stampaggio a confronto
| Processo | Materiale | Stato del materiale | Utensile | Pezzi tipici |
|---|---|---|---|---|
| Forgiatura | Acciaio, leghe di alluminio | Solido, a caldo o a freddo | Stampo | Alberi a gomiti, bielle, utensili manuali |
| Fusione | Ghisa, alluminio | Liquido (fuso) | Forma (in metallo, sabbia o gesso) | Basamenti motore, alloggiamenti, cerchioni |
| Stampaggio della lamiera | Lamiere di acciaio e di alluminio | Lamiera solida, a temperatura ambiente | Stampo | Pannelli della carrozzeria, portiere, componenti di elettrodomestici |
| Stampaggio a iniezione | Materie plastiche, alcune gomme | Fuso | Stampo (acciaio per utensili o alluminio) | Alloggiamenti, contenitori, giocattoli, stoviglie |
Forgiatura
La forgiatura dà forma al metallo martellandolo o pressandolo. Tradizionalmente il materiale viene riscaldato fino al calor rosso e modellato con il martello; nella produzione industriale viene formato in stampi montati su magli o presse per forgiatura.
La forgiatura sfrutta la plasticità di metalli come l'acciaio e le leghe di alluminio. Una billetta metallica viene colpita o pressata con grande forza e si deforma plasticamente fino ad assumere la forma desiderata. Esistono due tipi principali:
- Forgiatura a caldo: il materiale viene riscaldato a circa 1.100–1.250 °C per i materiali ferrosi e a circa 400 °C per le leghe di alluminio.
- Forgiatura a freddo: il materiale viene formato a temperatura ambiente, anche se si riscalda durante la deformazione.
Il vantaggio principale della forgiatura è l'affinamento della struttura interna del metallo: la fibratura segue la forma del pezzo e ne aumenta la resistenza. Per questo la forgiatura si utilizza per componenti che devono sopportare carichi elevati.
Applicazioni della forgiatura
- Settore automobilistico: alberi a gomiti, bielle e altri componenti molto sollecitati
- Settore aerospaziale: componenti di turbine e carrelli di atterraggio
- Centrali elettriche: alberi principali delle turbine
- Utensili: coltelli, pinze e altri utensili manuali
Fusione
La fusione è una delle tecniche di lavorazione dei metalli più antiche. Il metallo fuso, ad esempio ferro o alluminio, viene colato in una forma, dove si raffredda e solidifica assumendo la forma desiderata.
Le forme possono essere in metallo, sabbia o gesso. Rispetto alla forgiatura, la fusione permette di realizzare più facilmente forme complesse, comprese le cavità interne. Le forme metalliche sono costose ma adatte a volumi elevati, mentre quelle in sabbia e in gesso sono più economiche e adatte a pezzi singoli e piccoli lotti. Per contro, la fusione richiede impianti di fusione e movimentazione impegnativi e i pezzi possono presentare vuoti interni, detti porosità. Inoltre, a causa del maggiore tenore di carbonio, la ghisa è relativamente fragile rispetto all'acciaio forgiato.
Applicazioni della fusione
- Settore automobilistico: basamenti motore, scatole del cambio e cerchioni
- Elettronica: alloggiamenti per computer e fotocamere
- Articoli per la casa: bollitori, padelle e chiusini
Stampaggio della lamiera
Lo stampaggio della lamiera dà forma al materiale spingendolo sotto pressione in uno stampo. Si utilizza soprattutto per lamiere metalliche sottili, ma anche per altri materiali come carta e plastica.
Nello stampaggio, lamiere metalliche sottili (ad esempio lamiere di acciaio laminate a freddo come l'SPCC, descritto nel nostro articolo su acciaio laminato a caldo e a freddo) vengono pressate in uno stampo e deformate plasticamente. A differenza della forgiatura, che lavora materiale massiccio, lo stampaggio della lamiera richiede forze minori e avviene di solito a temperatura ambiente. I materiali più comuni sono l'acciaio e le leghe di alluminio.
Lo stampaggio è strettamente legato alla lavorazione della lamiera. Entrambi formano lamiere sottili, ma lo stampaggio utilizza stampi dedicati e conviene per grandi serie di pezzi identici, come i pannelli della carrozzeria. Per prototipi e piccoli lotti, i pezzi in lamiera si producono in modo più economico senza attrezzature dedicate, tramite taglio laser e piegatura.
Applicazioni dello stampaggio della lamiera
- Settore aerospaziale: pannelli del rivestimento esterno degli aerei
- Settore automobilistico: pannelli della carrozzeria e portiere
- Elettrodomestici: cestelli delle lavatrici e apparecchi di illuminazione
- Oggetti di uso quotidiano: cucchiai, monete e prodotti simili
Stampaggio a iniezione
Lo stampaggio a iniezione è il processo più importante per la formatura delle materie plastiche e si utilizza anche per alcuni materiali in gomma. La materia prima, di solito in granuli, viene fusa e iniettata sotto pressione in uno stampo, dove si raffredda e solidifica. È possibile aggiungere additivi e coloranti per conferire al pezzo le proprietà richieste. I materiali tipici vanno dalle plastiche di largo consumo ai tecnopolimeri fino alle plastiche trasparenti.
Un ciclo di stampaggio a iniezione si svolge in quattro fasi:
- Chiusura: le due metà dello stampo si chiudono e vengono tenute unite con una forza elevata.
- Iniezione: la vite spinge la plastica fusa attraverso l'ugello nello stampo.
- Mantenimento e raffreddamento: la pressione viene mantenuta mentre la plastica si raffredda e solidifica; nel frattempo la vite prepara il materiale per l'iniezione successiva.
- Apertura ed estrazione: lo stampo si apre e il pezzo finito viene espulso.
Lo stampaggio a iniezione è simile alla fusione perché un materiale liquido riempie uno stampo, ma i materiali sono diversi. Consente inoltre processi speciali come lo stampaggio bicomponente, in cui due plastiche diverse vengono combinate in un unico pezzo, e lo stampaggio con inserti, in cui componenti metallici vengono posizionati nello stampo prima dell'iniezione.
Applicazioni dello stampaggio a iniezione
- Articoli per la casa: stoviglie, articoli di cancelleria e prodotti simili
- Contenitori: flaconi e tappi per detersivi e bevande
- Giocattoli: involucri e componenti interni
- Elettronica: alloggiamenti e parti decorative
Come funziona uno stampo a iniezione
Uno stampo a iniezione è composto da due metà principali. Il semistampo fisso, sul lato di iniezione, contiene di solito la cavità, che forma la superficie esterna del pezzo. Il semistampo mobile contiene il maschio, che forma la superficie interna, insieme al sistema di estrazione che espelle il pezzo finito una volta raffreddato.
| Componente dello stampo | Funzione |
|---|---|
| Cavità | Forma la superficie esterna del pezzo; di solito nel semistampo fisso |
| Maschio | Forma la superficie interna del pezzo; di solito nel semistampo mobile |
| Canale di colata, canali di alimentazione e punto di iniezione | Convogliano la plastica fusa dall'ugello alla cavità |
| Canali di raffreddamento | Regolano la temperatura dello stampo per una solidificazione uniforme |
| Estrattori | Espellono il pezzo finito dallo stampo |
| Carrelli e tasselli inclinati | Formano sottosquadri e dettagli laterali, poi arretrano per consentire l'estrazione |
| Colonne di guida | Allineano con precisione le due metà dello stampo |
I canali di raffreddamento sono disposti in modo che la plastica solidifichi in modo uniforme e i difetti siano ridotti al minimo. Canale di colata, canali di alimentazione e punti di iniezione sono progettati per riempire la cavità in modo efficiente e con il minimo scarto. Gli stampi più evoluti utilizzano carrelli e tasselli inclinati per realizzare geometrie complesse e sottosquadri che un semplice stampo in due parti non può produrre: questi elementi si muovono in sincronia con l'apertura e la chiusura dello stampo e arretrano per consentire un'estrazione regolare del pezzo.
La progettazione e la struttura dello stampo determinano l'efficienza della produzione e la qualità dei pezzi e garantiscono che ogni pezzo rispetti le specifiche con elevata ripetibilità.
Come si costruiscono gli stampi
La costruzione di uno stampo è un processo preciso in più fasi. Per prima cosa lo stampo viene progettato in CAD affinché produca pezzi conformi alle specifiche richieste. Il progetto viene poi convertito in programmi CNC che controllano la lavorazione dei componenti dello stampo da blocchi di metallo, tipicamente alluminio o acciai legati come l'acciaio pretemprato o l'acciaio inox.
Cavità e maschi si realizzano mediante fresatura, foratura ed elettroerosione (EDM) ad alta precisione. L'elettroerosione è necessaria ovunque servano spigoli interni vivi, che una fresa a candela rotante non può realizzare: consulta la nostra guida al raggio dell'angolo. I componenti lavorati vengono poi lucidati e assemblati, e si aggiungono canali di raffreddamento, estrattori e colonne di guida. Gli acciai temprati, che richiedono un trattamento termico, offrono la durata più lunga. Infine lo stampo viene collaudato e messo a punto finché non produce pezzi precisi e di alta qualità.
Aspetti chiave nella progettazione degli stampi
- Precisione di progettazione: ogni imprecisione dello stampo si trasferisce su ogni pezzo. Presta particolare attenzione all'allineamento tra cavità e maschio e alla posizione dei punti di iniezione e dei canali di alimentazione, per un flusso di materiale uniforme.
- Materiale dello stampo: la scelta del materiale influisce sulla durata dello stampo e sulla qualità dei pezzi; l'acciaio temprato è spesso preferito per la sua lunga durata.
- Controllo della temperatura: un raffreddamento non uniforme può causare imbarcamento o riempimento incompleto.
- Proprietà del materiale: conoscere il ritiro e la viscosità della plastica ti aiuta ad adattare il progetto dello stampo e i parametri di processo per ottenere la precisione e la finitura richieste.
- Manutenzione: ispezioni e manutenzione regolari prevengono l'usura che comprometterebbe la produzione.
Pezzi lavorati da meviy, senza stampo
meviy non produce pezzi stampati: realizza pezzi personalizzati su misura a partire dai tuoi dati CAD 3D, senza alcuna attrezzatura. Per questo meviy è un'alternativa rapida ovunque uno stampo non sia ancora conveniente, e anche un fornitore per gli stampisti stessi:
- Prototipi e piccoli lotti senza costi di stampo: pezzi in metallo e plastica realizzati direttamente dal tuo modello 3D tramite lavorazione CNC
- Piastre stampo, inserti e componenti per attrezzature realizzati con la fresatura CNC, ad esempio negli acciai pretemprati NAK55 equiv. ed EN 1.1206 equiv. (20-27 HRC) oppure in EN AW-7075 equiv. per stampi prototipali
- Colonne di guida, boccole e altri componenti cilindrici per stampi realizzati con la tornitura CNC
- Pezzi in lamiera in piccole e medie quantità tramite la lavorazione della lamiera, senza stampi di tranciatura
- Prezzo e tempi di consegna immediati, senza disegno 2D
Domande frequenti sul processo di stampaggio
Qual è la differenza tra «mould» e «die»?
Entrambi sono utensili che danno forma a un pezzo; in italiano si parla in entrambi i casi di stampo. «Mould» si usa per i processi in cui un materiale liquido o fuso riempie l'utensile, come la fusione e lo stampaggio a iniezione. «Die» si usa per i processi in cui il metallo solido viene formato sotto pressione, come la forgiatura e lo stampaggio della lamiera.
Qual è la differenza tra cavità e maschio?
La cavità forma la superficie esterna del pezzo e si trova di solito nel semistampo fisso. Il maschio forma la superficie interna e si trova di solito nel semistampo mobile, insieme agli estrattori.
Perché gli stampi a iniezione sono così costosi?
Gli stampi sono utensili complessi, lavorati con precisione in acciaio per utensili duro, con canali di raffreddamento, estrattori e spesso carrelli. Progettarli, lavorarli, lucidarli e collaudarli richiede molto tempo. Questo costo si ripartisce in modo efficiente solo su grandi quantità.
Quando conviene uno stampo e quando è meglio la lavorazione CNC?
Non esiste una soglia fissa: dipende dal pezzo, dal materiale e dal costo dello stampo. Di norma lo stampaggio conviene per grandi serie di pezzi identici. Per prototipi, piccoli lotti e progetti ancora in evoluzione, la lavorazione CNC o la lavorazione della lamiera senza attrezzature è di solito più rapida ed economica.
Come scegliere il processo di stampaggio giusto
Forgiatura, fusione, stampaggio della lamiera e stampaggio a iniezione utilizzano tutti uno stampo per dare forma al materiale e sono ideali per la produzione in serie di pezzi identici e di alta qualità. I costi iniziali e i tempi di realizzazione dello stampo, però, li rendono meno adatti a piccole quantità e a frequenti modifiche di progetto. Conoscere ogni processo di stampaggio, e il funzionamento di uno stampo, ti aiuta a scegliere il metodo di produzione giusto per il tuo materiale, le tue quantità e i tuoi requisiti.