Rischi di una forza di chiusura eccessiva nella produzione di bottiglie di plastica

Nel mondo della produzione di bottiglie di plastica, sia attraverso lo stampaggio a iniezione di preforme che attraverso l'estrusione e soffiaggio, esiste un malinteso comune secondo cui una forza di serraggio più elevata equivale a una migliore tenuta e a prodotti di qualità superiore. Tuttavia, la forza di serraggio non è una variabile "più è meglio". Sebbene sia strettamente necessaria una forza sufficiente per mantenere lo stampo chiuso contro la pressione di iniezione o di soffiaggio, il superamento del tonnellaggio richiesto crea una cascata di problemi meccanici e di qualità. Una forza di serraggio eccessiva può compromettere in modo significativo l’efficienza produttiva, danneggiare attrezzature costose e degradare l’integrità strutturale della bottiglia di plastica finale.

Il ruolo critico dello sfiato dello stampo e delle trappole per gas

Uno degli effetti immediati e più dannosi di una forza di chiusura eccessiva è la compressione degli sfiati dello stampo. Gli stampi sono progettati con canali microscopici, ovvero prese d'aria, sulla linea di giunzione per consentire all'aria e al gas di fuoriuscire mentre la plastica fusa riempie la cavità. Quando il tonnellaggio delle morse è impostato troppo alto, l'acciaio delle facce dello stampo si comprime, sigillando efficacemente queste prese d'aria.

L'"Effetto Diesel" e le Bruciature

Quando le prese d'aria vengono schiacciate da una forza eccessiva, l'aria all'interno della cavità non può andare da nessuna parte. Quando la plastica scorre all’interno, comprime l’aria intrappolata, aumentandone rapidamente la temperatura fino al punto di accensione. Questo fenomeno, noto come effetto Diesel, provoca segni visibili di bruciature o carbonizzazione sulla bottiglia di plastica, in genere verso la fine del riempimento. Ciò rende la bottiglia esteticamente inaccettabile e strutturalmente debole nel sito dell'incendio.

Tiri corti a causa della contropressione

Anche se il gas intrappolato non si accende, la contropressione creata dalla sacca d’aria può impedire alla plastica fusa di riempire completamente la cavità dello stampo. Ciò si traduce in "colpi brevi" o bottiglie incomplete, in particolare in aree complesse come la finitura del collo o la base. Spesso gli operatori aumentano erroneamente la pressione di iniezione per risolvere questo problema, il che non fa altro che esacerbare lo stress sullo stampo, creando un circolo vizioso di difetti.

Danni strutturali allo stampo e alla macchina

Gli stampi per bottiglie di plastica sono strumenti di precisione realizzati con tolleranze strette. Sottoporli a un tonnellaggio ben superiore al fabbisogno calcolato porta alla deformazione fisica e all'usura accelerata. Questo danno è spesso irreversibile e richiede riparazioni costose o una sostituzione totale.

• Dentatura della linea di giunzione: Una forza eccessiva può causare il cedimento o la deformazione del metallo in corrispondenza della linea di giunzione (piano cottura). Una volta schiacciata la linea di giunzione, lo stampo non sigillerà più perfettamente anche a pressioni normali, causando problemi permanenti di bava sulle bottiglie.
• Fatica del tirante: La stessa macchina per lo stampaggio soffre. Un serraggio eccessivo esercita uno sforzo inutile sui tiranti, sui collegamenti a ginocchiera e sulle piastre. Con il passare del tempo ciò provoca un allungamento non uniforme dei tiranti, che porta i piani a non essere più paralleli. Le piastre non parallele causano un'usura irregolare dello stampo e uno spessore incoerente delle pareti della bottiglia.
• Guasto del componente idraulico: Per le macchine idrauliche, il mantenimento costante della pressione massima surriscalda il fluido idraulico e degrada le guarnizioni e le valvole molto più velocemente rispetto al funzionamento a livelli ottimizzati.

Efficienza energetica e implicazioni sul tempo di ciclo

Oltre al danno fisico, una forza di serraggio eccessiva compromette notevolmente l’efficienza operativa. La produzione moderna si concentra fortemente sul costo energetico per unità e il funzionamento di una macchina al tonnellaggio massimo gonfia inutilmente questo parametro.

Generare un’elevata forza di serraggio richiede una notevole energia. Se lo stampo di una bottiglia richiede 200 tonnellate per rimanere chiuso, ma la macchina è impostata su 350 tonnellate, l’energia utilizzata per generare quelle 150 tonnellate extra viene semplicemente sprecata. Inoltre, i meccanismi di creazione e rilascio di questa pressione eccessiva possono aggiungere frazioni di secondo al tempo del ciclo di asciugatura. Nella produzione di bottiglie in grandi volumi, un aumento anche di 0,5 secondi per ciclo può comportare la produzione di migliaia di bottiglie in meno al giorno.

Confronto tra impatti di forza ottimali ed eccessivi

Per comprendere meglio i compromessi, la tabella seguente delinea le differenze operative tra il funzionamento con una forza di serraggio ottimizzata rispetto a una eccessiva.

Passaggi costruttivi per l'ottimizzazione

L'obiettivo di qualsiasi responsabile della produzione dovrebbe essere quello di trovare la "dose minima efficace" della forza di chiusura. Questo è il tonnellaggio più basso richiesto per produrre parti senza bava senza compromettere lo stampo.

Per raggiungere questo obiettivo, inizia calcolando l'area prevista delle bottiglie e moltiplicandola per il fattore di tonnellaggio consigliato del materiale. Una volta che la macchina è in funzione, ridurre la forza di chiusura con piccoli incrementi (ad esempio, 5-10 tonnellate) monitorando la linea di giunzione per eventuali sbavature. Quando inizia ad apparire il bagliore, aumentare leggermente la forza (di circa il 10%) per stabilire un margine di sicurezza. Questo approccio garantisce che lo stampo respiri correttamente, che le prese d'aria rimangano aperte e che i macchinari durino più a lungo, garantendo in definitiva una linea di produzione di bottiglie di plastica più redditizia e coerente.