DETERMINAZIONE DELLA FORZA PER BLOCCARE UNO STAMPO

Forze di bloccaggio in base alla dimensione dei tiranti

Nell’ambito dei sistemi di cambio rapido degli stampi automatici QDC, si possono ottenere vantaggi prestazionali tangibili. Occorre però esplorare le soluzioni di bloccaggio stampo più convenzionali, ovvero i tiranti manuali, per apprezzare a pieno i vantaggi dell’automazione. La tabella seguente mostra quali forze si possano ottenere dal bloccaggio tramite tiranti serrati a mano con le opportune coppie.

Classe di resistenza filettatura 8.8		M16	M18	M10	M11	M14	M16	M20	M24	M30	M36	M42	M48
Carico di prova ammesso secondo norma DIN 267, foglio 3	[kN]	12	21	34	49	67	91	143	205	326	478	652	856
Forza di precarico max. ammessa (a 2/3 del limite di snervamento)	[kN]	8	14	23	32	45	60	95	136	217	318	434	570
Coppia di serraggio richiesta	[Nm]	9	22	44	76	120	190	380	620	1200	2100	3400	5000
Forza massima di bloccaggio raggiungibile manualmente*	[kN]	8	14	23	32	45	56	67	70	70	70	70	70
Forza di bloccaggio con staffetta (Rapporto di leva = 2:1)	[kN]	5	9	15	21	30	37	44	46	46	46	46	46
Quantità x diametro pistone per ottenere la forza di precarico di riga tre 3 a 400 bar	[mm]						1x 44	1x 55	1x 63	1x 80	1×100	1×120	1x 140
		1×16	1x 20	1x 25	1x 32	1x 40	2x 32	2x 40	2x 50	3x 50	4x 50	2x 80	3x 80
							3x 25	3x 32	3x 40	4x 40	6x 40	6x 50	8x 50
Tempo di bloccaggio o sbloccaggio manuale per ogni punto di bloccaggio **	[s]	11	12	13	15	17	18	22	26	36	(50)	(70)	(100)
Tempo di bloccaggio o sbloccaggio idraulico per ogni punto di bloccaggio	[s]	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3	1,5	1,8	2,2	3	4	5
Raccomandazioni		Bloccaggio idraulico consigliabile se sono presenti più punti di bloccaggio			Zona di transizione fra bloccaggio manuale ed idraulico			Forza di bloccaggio max. ammessa non è raggiungibile manualmente; il bloccaggio idraulico è preferibile			Bloccaggio manuale non adatto; utilizzare esclusivamente il bloccaggio idraulico

* Forza di bloccaggio raggiungibile manualmente con chiave secondo norma DIN 894 con una forza manuale di 150 N e con un coefficiente di attrito di 0,14.
** Tempo totale per il bloccaggio o lo sbloccaggio manuale per raggiungere la forza di bloccaggio di riga 5, senza tenere conto del tempo per la preparazione dei particolari di bloccaggio. Corsa di bloccaggio = 6 mm. In caso di operazioni al di sopra della testa o con l’impiego di staffette di bloccaggio, il tempo di bloccaggio o di sbloccaggio deve essere incrementato del 50% circa per tenere conto di questi fattori.
*** Tempo totale per il bloccaggio e lo sbloccaggio idraulico, per raggiungere la forza di bloccaggio di riga 3. Centralina idraulica con motore elettrico e con elettrovalvole. Portata 40 cm³/s a 400 bar. Corsa di bloccaggio = 6 mm.

Formule utili per i calcoli della forza di bloccaggio

Le formule seguenti ci permettono di fare alcune assunzioni per poter valutare in maniera più accurata le forze in gioco durante il processo di bloccaggio di uno stampo su pressa.

Tempo di bloccaggio in base alla corsa disponibile

Bloccaggio manuale: $t = \frac{(t \cdot h)}{6}$ [s]

Bloccaggio idraulico: $t = \frac{(t \cdot h \cdot m)}{6}$ [s]

t = tempo di bloccaggio (consultare riga 8 o 9 della tabella)
h = corsa di bloccaggio [mm]
m = fattore di corsa: 0,8 oltre i 6 mm; 1,2 al di sotto di 6 mm

Formule di calcolo per i bloccaggi idraulici

Tempo di bloccaggio: $t = \frac{(q \cdot s \cdot z)}{16 \cdot Q}$ [s]

Velocità del pistone: $v = \frac{(q \cdot s \cdot z)}{16 \cdot t}$ [mm/s]

Portata della pompa: $Q = \frac{(160 \cdot Q)}{A \cdot z}$ [l/min]

Potenza motore: $P = 2,7 \cdot n \cdot V \cdot p$ [W]

Perdita di pressione: $\Delta p = \frac{(1 \cdot L)}{4 \cdot d} \cdot v^2$ [bar]

t = Tempo di bloccaggio [s]
q = Quantità di olio per 1 mm corsa pistone secondo tabella di catalogo [cm³/mm]
s = Corsa di bloccaggio [mm]
z = Numero di cilindri di bloccaggio
Q = Portata della pompa [l/min]
A = Superficie del pistone [cm2]
n = Velocità motore [RPM]
V = Portata della pompa [l/giro]
p = Pressione d’esercizio [bar]
Ipotesi: $\lambda$ = 0,055
Rendimento volumetrico = 0,96
Rendimento motore = 0,88
L = Lunghezza tubo [m] (tubo diritto, liscio)
d = Diametro interno tubo [mm]
v = Velocità flusso [m/s] (vmax = 6 m/s per tubi di mandata, 2 m/s per tubi di ritorno)

Analisi delle forze in gioco

La forza di bloccaggio da applicare sul semistampo inferiore o superiore dipende da:

la forza di estrazione dello slittone
la forza dell’espulsore
la forza di accelerazione
il peso dello stampo

A tale proposito, la forza di bloccaggio totale da applicare agli elementi di bloccaggio deve essere maggiore rispetto a quella massima presente nel singolo caso. In generale, per la forza di bloccaggio totale per ogni semistampo, vale il seguente valore orientativo:

Forza di bloccaggio totale = dal 10 % al 20 % della spinta della pressa

Dalla forza di bloccaggio totale viene determinato il numero necessario di elementi di bloccaggio tenendo in considerazione la relativa forza di bloccaggio e le condizioni locali della situazione di bloccaggio (simmetria, spazio libero ed altro).

Forza di estrazione dello slittone

Una progettazione adeguata è possibile sulla base della forza di estrazione dello slittone, che deve essere completamente coperta dalla forza di bloccaggio totale. La forza di estrazione è quella forza che agisce sui punti di bloccaggio dello stampo dopo la deduzione delle perdite dovute all’attrito e all’accelerazione. Nel caso di presse ad iniezione viene definita come forza di apertura. Per ogni singolo caso occorre verificare quale forza deve essere considerata per la scelta degli elementi di bloccaggio.

In condizioni di esercizio normali non viene sfruttata tutta la forza che può essere sviluppata dalla macchina. Una tale forza spesso si manifesta soltanto in caso di incollaggio dei semistampi. In questi casi di emergenza, gli elementi di bloccaggio devono essere protetti dalla rottura o dal danneggiamento.

Forza dell’espulsore

Se occorre utilizzare degli espulsori, è necessario tenere in considerazione la massima forza di espulsione. La forza di espulsione agisce sullo stampo se i cilindri dell’espulsore non vanno in battuta contro i propri arresti, ma è lo stampo stesso che viene utilizzato come arresto. Ciò significa che le forze di espulsione devono essere comunque assorbite.

Valori approssimativi in base alle direttive VDI 3145

Forza di richiamo (estrazione) dello slittone: dal 5 % al 20 % della spinta della pressa
Forza espulsore nella tavola: dal 5 % al 20 % della spinta della pressa
Forza espulsore nello slittone: dal 1 % al 10 % della spinta della pressa

Forza di accelerazione

Se vengono utilizzati stampi eccezionalmente pesanti e/o se si verificano accelerazioni dello slittone elevate, occorre tenere in considerazione la forza di accelerazione. L’accelerazione dipende dall’azionamento della pressa, dalle caratteristiche meccaniche (elasticità, rigidezza) della struttura della pressa e dal tipo di operazione che viene eseguita.

Devono essere considerati i seguenti valori approssimativi:

Con presse rapide di tranciatura: circa 50 g
Con presse con struttura a C: circa 30 g
Con presse per carrozzeria: circa 6 g

Per determinare le forze di accelerazione è necessario conoscere il peso degli stampi. La relazione fra le due grandezze più sotto è rappresentata graficamente.

Grafico forze di accelerazione in base al peso del semistampo sullo slittone

Esempio di calcolo della forza di bloccaggio

Dati di partenza per ipotizzare il calcolo della forza necessaria per il bloccaggio di ogni semistampo di una pressa:

Pressa idraulica a doppio montante, non impiegata in un’operazione di imbutitura
Massima forza di estrazione (ritorno) 400 kN
Peso del semistampo superiore e inferiore, ciascuno 1000 kg

Valore orientativo per la forza di bloccaggio totale per ciascun semistampo:
20 % della spinta della pressa = circa 400 kN
In base al grafico della forza di accelerazione:
Con un’accelerazione di circa 10 g ed un peso di 1000 kg, secondo il diagramma sopra, la forza di accelerazione è di circa 100 kN.
La forza di bloccaggio, data la modesta forza di accelerazione risultante, viene determinata sulla base della forza di estrazione, poichè essa è la maggiore tra i due parametri.
La forza di bloccaggio totale necessaria, per ogni semistampo, ammonta quindi a 400 kN.