Guida Alle Soluzioni Di Progetto Della Plastica

Modulus®

Guida alle soluzionidi progetto

It’s about time.

Argomento Parte/pagina

Premessa! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IUno sguardo generale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2La gamma AlliedSignal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2Riciclaggio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2Modulus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3I primi passi di un progetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3Progettazione e ingegnerizzazione assiste da computer . . . . . . . . . . . I-3Prototipazione rapida ed economica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3Prove stampi e avviamento produttivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3Risorse complete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3Sicurezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4

Considerazioni riguardanti la progettazione di manufatti stampati ad iniezione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IIPiani di chiusura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–2Angoli di sformatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–3Spessore delle pareti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–3Raccordi e smussi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–3Aggetti per i fori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–4Nervature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–4Aperture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–5Ritiro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–5Punto d’iniezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–5Fori di degassaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–6Linee di confluenza potenziali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–6

Progettazione di componenti strutturali . . . . . . . . . . . . . . . . . . IIISollecitazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–2Sollecitazione/deformazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–2Sollecitazione normale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–3Taglio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–3Torsione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–4Flessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–5Proprietà dei profilati con varie sagome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–6Le variabili. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–6Sezioni di travi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–6Formule per travi comuni sottoposte a flessione . . . . . . . . . . . . . . . . III–7Formule per le deformazioni e le sollecitazioni di torsione . . . . . . . . III–8Profilati ad I,T e L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–9Formule per lastre piane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–10Equazioni per lastre piane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–10Recipienti a pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–11Dilatazione e sollecitazioni termiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–12Impatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–13Concentrazioni di sollecitazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–14Disegno delle nervature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–15Progettazione di manufatti con valori equivalenti di rigidità. . . . . . . . III–18

Esempi di progettazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IVStaffa di controllo di rotta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV–2Coperchio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV–4

Indice


Assemblaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VAssemblaggi con accoppiamento a scatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–2Progettazione di accoppiamenti a scatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–2A sbalzo o a cilindro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–2A sbalzo rastremato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–2A sbalzo corto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–3Nuove formule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–4Esempio di progettazione di un accoppiamento a scatto . . . . . . . . . . V–4Accoppiamento forzato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–5Accoppiamento con adesivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–6Bulloni, dadi e viti in metallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–8Filettature integrate nello stampato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–9Viti autofilettanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–10Inserti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–11Saldatura agli ultrasuoni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–12Saldatura a vibrazioni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–14Altre tecniche di assemblaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–15Ribaditura termoplastica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–15Saldatura per rotazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–15Saldatura elettromagnetica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–16

Le materie plastiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIClassificazione delle materie plastiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–2Distribuzione del peso molecolare. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–4Proprietà fisiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–5Densità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–5Dilatazione termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–5Conducibilità termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–6

Proprietà fisiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIILe proprietà meccaniche delle materie plastiche . . . . . . . . . . . . . . . . VII–2Proprietà a breve termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–2Gole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–2Gradualità del carico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–2Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–4Invecchiamento termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–4Umidità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–5Considerazioni dimensionali (assorbimento di umidità) . . . . . . . . . . . VII–6Effetti dell’umidità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–6Variazioni dimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–6Condizionamento accelerato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–6Modifiche delle proprietà a seguito della lavorazione. . . . . . . . . . . . . VII–7Additivi (colore) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–8Raggi ultravioletti (UV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–8Sostanze chimiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–8Proprietà a lungo termine: scorrimento, rilassamento e durata d’esercizio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–9Coefficiente d’attrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–11

Stampaggio ad iniezione a gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIIIStampaggio di corpi con cavità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII–2Stampaggio ad iniezione parziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII–3Stampaggio ad iniezione completa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII–3


Finitura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IXGalvanotecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–2Verniciatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–2Stampa/Stampa a caldo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–2Lavorazioni meccaniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–3Trattamenti superficiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX -3

Appendice I: Proprietà fisiche e terminologia . . . . . . . . . . . . . A1Anisotropia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Fragilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Densità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Duttilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Elasticità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Attrito e usura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Durezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Isotropia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Scivolosità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2Ritiro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3Sensibilità agli intagli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3Plasticità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3Peso specifico (densità relativa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3Tenacità. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3Svergolamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3Assorbimento dell’acqua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

Appendice II: Metodologie di prova ISO e ASTM. . . . . . . . . . . . A2A2–2

Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B1B1–2

Tutte le affermazioni ed informazioni contenute nella presentepubblicazione sono ritenute accurate ed affidabili, ma vengonopresentate senza garanzia o responsabilità – espressa o implicita – dialcun genere. I rischi e le conseguenze per risultati ottenuti attraversol’uso dei prodotti o l’applicazione dei suggerimenti descritti vengonoassunti dall’utilizzatore. Le affermazioni ed i suggerimentiriguardanti l’uso possibile dei nostri prodotti vengono forniti senzaindicazione o garanzia che tale uso non rappresenta una violazionedi brevetto, e non costituiscono una raccomandazione a violare alcunbrevetto. L’utilizzatore non deve ritenere che siano stati forniti datisulla tossicità e misure di sicurezza, o che non siano necessarie altremisure.Possono essere ottenute ulteriori informazioni riguardanti proceduredi sicurezza per movimentazione, da Schede Di Sicurezza.

Capron®, Petra®, Dimension® e Nypel® sono marchi registrati dellaAlliedSignal Inc.

Uffici commerciali: Hinckley (Gran Bretagna), Raunheim(Germania), Le Perreux-sur-Marne (Francia), Viggiù (Italia)

Centri Technici: Morristown, NJ (USA), Detroit, MI (USA), Heverlee(Belgio), Hong Kong, Seoul (Corea)

Centri di supporto clienti:

AlliedSignal Europe N.V.Engineering PlasticsGrauwmeer 1Haasrode Research Park B-3001 Heverlee (Leuven)BelgioTel: +32 1639 1267Fax: +32 1640 0674

AlliedSignal Polymers GmbHBreitscheidstraße 103D-07407 RudolstadtGermaniaTel: +49 3672 52461Fax:+49 3672 52957

AlliedSignal Inc.Engineering Plastics101 Columbia RoadMorristown, New Jersey 07962Stati UnitiTel: +1 602 496 1000Fax: +1 804 530 6670

Internet: http://www.asresin.com

Parte I

Uno sguardo generale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2

La gamma AlliedSignal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2

Riciclaggio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2

Modulus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3

I primi passi di un progetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3

Progettazione e ingegnerizzazione assiste da computer . . I-3

Prototipazione rapida ed economica . . . . . . . . . . . . . . . . I-3

Prove stampi e avviamento produttivo. . . . . . . . . . . . . . . I-3

Risorse complete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3

Sicurezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4

Premessa!

Questa guida è stata preparatanel solco di una filosofiaaziendale fortemente orientataverso il cliente. Essa sipropone come una rassegnasulla progettazione deiprodotti, con un’attenzioneparticolare ai materiali.L’obiettivo è quello di fornire atutti i clienti uno strumentotecnico e di progettazione diottimo livello da utilizzarsidurante le fasi dello sviluppodei prodotti.

Uno sguardo generaleUn’adeguata strategia di progettazione si basa su:

a) attenzione nei confronti della sicurezza e delleprestazioni

b) selezione e preparazione scrupolosa deimateriali alla trasformazione allo scopo diottenere l’obiettivo funzionale desiderato

c) massima funzionalità

d) impiego minimo di materiale

Con la stesura di questa Guida,AlliedSignal si ponel’obiettivo di dare al cliente informazioni di caratteregenerale su di una vasta serie di applicazioni, epropedeutiche a dati più particolareggiati cheappariranno su manuali specifici. Questi manuali, cheapprofondiranno i temi presentati in codesta Guida,saranno disponibili prossimamente. Il successo dei Vostriprogetti è il nostro obiettivo principale.

La gamma AlliedSignalLa gamma dei prodotti AlliedSignal comprende materialicome poliammide, poliestere e relative leghe. La Guidautilizza le informazioni su queste resine per la stesuradei dati di progetto. Ciascuna famiglia di resine ècomunque formata da una serie di singoli prodotticaratterizzati da proprietà uniche. I dati relativi aciascuna resina sono essenziali per la progettazione eper la scelta dei materiali. Nella progettazione deimanufatti in plastica si dovrebbe evitare l’utilizzo deicataloghi normalmente forniti dai produttori, dalmomento che essi contengono solo dei dati episodicinon indicativi delle reali condizioni d’uso.AlliedSignal offre 4 grandi famiglie di tecnopolimeri dielevata qualità:

• Capron® (poliammide 6 e 6/6)

• Dimension® (lega PPE/poliammide 6)

• Petra® (PET di ricupero)

• Nypel® (poliammide 6 riciclato dopo lavorazioneindustriale)

Queste resine sono disponibili nelle versioniomopolimero base e rinforzato: a questo scopo sietepregati di consultare i nostri opuscoli specifici. Lo staffdei settori vendita e tecnico-applicativo sarà lieto diaiutarVi. Ulteriori informazioni sui prodotti sono adisposizione via Internet sulle pagine del servizioAlliedSignal OnLine a cui si accede digitandohttp://www.asresin.com.

RiciclaggioIl riciclaggio rappresenta un contributo importante alivello globale per la riduzione dell’inquinamento e dellediscariche, nonché per la salvaguardia delle risorsenaturali. Il riciclaggio rappresenta altres“ una fonte diottimi profitti dal momento che, nella maggior parte deicasi, si ripercuote positivamente sui costi di produzione.I materiali plastici di riciclo molte volte rientrano nellespecifiche imposte per le applicazioni meno severe.

I-2

Parte I: Premessa

Ecco alcune implicazioni di progetto da tenere inconsiderazione nell’impiego di prodotti riciclati:

• Per gli assemblaggi dove i vari componenti sono unitil’uno all’altro in maniera permanente occorreutilizzare un unico tipo di materiale. L’impiegocontemporaneo di più materiali è accettato solo nelcaso di assemblaggi smontabili.

• I colori a disposizione sono generalmente limitati.

• I colori senza cadmio sono sempre più diffusi. L’uso dicadmio ha dato origine ad una questione ambientaleche in Europa ha portato a restrizioni d’impiego ora invia di adozione anche a livello mondiale. L’effetto ditutto ciò è stato quello di ridurre le possibilità dicolorazione, tuttavia la ricerca sta dandosi da fare perovviare alle limitazioni.

AlliedSignal offre due prodotti nella grande categoria dei"riciclati": il primo è Petra®, un materiale 100% PETricavato da bottiglie di acqua minerale; il secondo,Nypel®, invece è una resina poliammide 6 ottenutamediante il riciclaggio di scarti industriali prodottiinternamente.AlliedSignal offre una linea completa di prodotti coloratinon inquinanti e senza cadmio, tra i quali le resine PaintFree™ Petra®, che eliminano la necessità dellelunghe e costose operazioni di verniciatura.

Modulus®: Una risorsa dedicata perl’ingegneria di progettoAttraverso Modulus, la AlliedSignal Plastics offre unadelle risorse più avanzate attualmente disponibili perl’ingegneria di progetto, fra tutti i fornitori ditecnopolimeri. Una risorsa sviluppata e dedicataall’assistenza dei clienti in tutte le fasi dellaprogettazione del pezzo e dell’industrializzazione, dalconcetto iniziale al tavolo da disegno, fino allo studio ealla concezione degli stampi, alla prototipazione ed allaproduzione.

Modulus comprende tre gruppi di progettisti altamentequalificati, allocati strategicamente e assistiti dastrumenti e sistemi d’avanguardia.I nostri team di progettisti sono dislocati a Morristown,NJ, e Southfield, MI, negli Stati Uniti e nello stabilimentoAlliedSignal di Heverlee, in Belgio. Per assicurare unservizio ai clienti globale e completo, ed un facileaccesso a consulenze specialistiche, i gruppi sonocollegati tra loro da una rete di computer.

I primi passi di un progettoIl vero valore di Modulus si ottiene in una strettacollaborazione operativa con il cliente, a partire da unnuovo concetto di prodotto o dalla decisione disostituire il metallo in un prodotto esistente o in unpezzo, con tecnopolimeri.

Modulus prende in questo modo l’avvio da un esamedell’idea di base del progetto, nel quale la fattibilità dellaconcezione e dei materiali, o dei cambi di materiale,vengono discussi e valutati insieme al cliente. In questafase si dedica la massima attenzione a progettare in vistadella produzione e dell’assemblaggio. Questo puòmigliorare la produttività, grazie ad una progettazionemirata a ridurre il numero di pezzi e ottimizzarel’assemblaggio, incorporando sistemi di fissaggio, comeaccoppiamenti a scatto o cerniere in film. Inoltre si può

attingere alla profonda esperienza nell’ambito diModulus nell’utilizzo giunti, adesivi e tecniche disaldatura. Un elemento importante è il fatto che nellafase iniziale si possono effettuare calcoli diprogettazione, per dare una prima impressione dellafattibilità di un prodotto.

Progettazione e ingegnerizzazione assistiteda computerAllo scopo di studiare il comportamento di un pezzo,Modulus può operare con un modello solidopreesistente, fornito dal cliente o, più spesso, simulandoun modello tramite tecniche d’avanguardia diprogettazione assistita da computer e programmi disoftware dedicati.

I modelli generati in questo modo possono esseresottoposti ad analisi degli elementi finiti, per fornire unavisione dettagliata delle tensioni e delle deformazioniche si verificano in tutta una serie di condizioni dicarico. Utilizzando questo metodo analitico, possonoessere prese in considerazione molte variazioni,ottimizzando il progetto in una fase molto iniziale delprocesso di sviluppo.

Inoltre, il modello può esser utilizzato per verificare iparametri di riempimento dello stampo. Possono esserevalutati valori per pressioni di riempimento,temperature, tempo di raffreddamento e deformazione,oltre ad altre condizioni riguardanti il pezzo.Tuttoquesto concorre a ottimizzare ulteriormente il progetto.

Il software dedicato per queste procedure raccogliequanto di più avanzato sia oggi disponibile per il settoree comprende: CATIA, ProEngineer, Ideas MasterSeries,Ansys e Moldflow.

Prototipazione rapida ed economicaUna volta che il progetto del pezzo sia stato modellatonel computer ed ottimizzato, esso può essererapidamente trasformato in un prototipostereolitografico. Questo prototipo molto accurato puòquindi venire utilizzato per verificare l’aspetto esternodel progetto e le caratteristiche stilistiche.Tuttavia laresina termoindurente Exactomer™ non permette provefunzionali sul pezzo.

È però possibile produrre stampi morbidi dal prototipolaser e, tramite questi, realizzare piccole serie, da 50 a2000 pezzi, nella resina impiegata nella produzionedefinitiva. Può anche esser utilizzata poliammiderinforzata con fibra di vetro. I prodotti ottenuti conquesti piccoli lotti produttivi possono essere impiegatiper tutte le prove funzionali e di assemblaggio.

Prove stampi e avviamento produttivoUna volta realizzato lo stampo definitivo, il supporto diModulus comprende l’assistenza nel determinare lamacchina più adatta e le regolazioni ottimali per unaproduzione equilibrata. Inoltre, questa assistenza èsempre disponibile per risolvere ogni futuro problemaproduttivo che dovesse insorgere.

Risorse completePer facilitare il processo di ingegneria di progetto,Modulus è assistito dai potenti mezzi messi adisposizione dai Laboratori AlliedSignal. I servizicomprendono: l’analisi e l’identificazione dei polimeri,impianti per lo stampaggio ad iniezione, test fisici e

I-3

meccanici, in base alle norme ISO,ASTM e UL; possonoessere studiati e valutati i comportamenti alletemperature, all’umidità, al creep, agli UV,all’affaticamento e all’urto. Per di più, lo staff dilaboratorio è in grado di sviluppare specifici metodi diprova, per rispondere a particolari requisiti dei clienti.

Modulus può fornire ai clienti un programma di gestionetotale di tutti gli elementi riguardanti la progettazione,dal concetto, fino alla produzione. Allo stesso modo, iclienti possono scegliere i singoli servizi o lecombinazioni di servizi più confacenti e utili per i loropropri gruppi di progettazione.

SicurezzaNella progettazione di nuovi componenti occorreinserire un coefficiente di sicurezza allo scopo diimpedire i guasti catastrofici, prematuri e a breve termine.Il coefficiente varia a seconda di una serie di condizioni,tra le quali la temperatura, le disomogeinità delmateriale, i sovraccarichi improvvisi, gli imprevisti, ecc.

Avendo predeterminato le condizioni di carico,l’introduzione di un coefficiente di valore adeguatoestenderà la durata utile del prodotto. Il valoreselezionato si fonda sulla soglia critica della funzionalità.I manuali di tecnici si occupano di questo argomento inmodo più dettagliato.

Il poliammide possiede caratteristiche uniche nel suogenere.Ad esempio la presenza di umidità modifica lesue proprietà fisiche. Diminuiscono resistenza, rigidità,durezza superficiale e fragilità, mentre aumentanol’allungamento a trazione, la duttilità, la resistenza agliurti, le dimensioni e lo scorrimento. Questecaratteristiche debbono venire compensate in fase diprogettazione mediante un idoneo coefficiente disicurezza. Per questa ragione occorre progettarereperendo quelle informazioni non contenute neicataloghi, ma disponibili presso il produttore.Le informazioni dei cataloghi sono solo dati episodici.

N.B.: Le informazioni sulle lavorazioni sitrovano in un manuale separato dedicato aquesta tecnologia specifica.Speriamo che questa Guida e gli altri nostrimanuali Vi siano di aiuto. Siamocostantemente a Vostra disposizione perassisterVi in caso di necessità.

AlliedSignal Europe N.V.Engineering PlasticsGrauwmeer 1Haasrode Research Park,B-3001 Heverlee, BelgioTel: +32 1639 1267Fax: +32 1640 0674http: // www. asresin. com

I-4

Parte II

Considerazioni riguardanti la progettazione dimanufatti stampati ad iniezione

Piano di chiusura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–2

Angoli di sformatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–3

Spessore delle pareti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–3

Raccordi e smussi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–3

Aggetti per i fori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–4

Nervature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–4

Aperture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–5

Ritiro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–5

Punto di iniezione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–5

Fori di degassaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–6

Linee di confluenza potenziali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II–6

Lo stampaggio ad iniezione è il tipo di processocomunemente utilizzato per la produzione economicaed automatizzata di manufatti in materiale termoplastico.Questa lavorazione richiede però l’acquisto di stampi,macchinari ad iniezione ed equipaggiamenti ausiliaridecisamente costosi.Per lo stampaggio ad iniezione di un particolare occorretenere conto di vari aspetti progettuali:

Piano di chiusuraAngoli di sformaturaSpessore delle paretiRaccordi e smussiAggetti per i foriNervatureCreazione di apertureRitiroColataFori di degassaggioLinee potenziali di confluenza

Figura II-1.Schema di una pressa ad iniezione con vite a motoalternativo

Piano di chiusuraIl piano di chiusura dello stampo va valutato alla lucedella forma e della funzione del manufatto. Gli stampiper alberi cilindrici non tollerano piani di chiusura ditipo convenzionale. In questo caso infatti, allo scopo dievitare problemi di accoppiamento ed eventuali bave,occorre prevedere un’area piana di larghezza limitatalungo l’albero in corrispondenza del piano di chiusura(cfr. figura II-2).

Figura II-2.Albero folle

Come già detto, il piano di chiusura dipende dalla formadel manufatto. La figura II-3 illustra un piano di chiusurairregolare. Quando il piano di chiusura divide dueelementi combacianti con tolleranze ristrette, lecorrispondenti parti in acciaio dello stampo dovrebberovenire preventivamente fissate l’una all’altra allo scopodi garantire il mantenimento della posizione ottimale,oppure prevedere una riserva di materiale che consentadi compensare i possibili errori di accoppiamento. Ilmateriale di riserva dovrebbe avere uno spessorecompreso tra gli 0,15 mm e 0,3 mm a seconda delledimensioni del manufatto finito.

Figura II-3. Piano di chiusura a profilo irregolare

II-2

Parte II: Considerazioni riguardanti la progettazione di manufattistampati ad iniezione

Stampo

Ugello

Valvola di ritegno antiriflusso

Interruttori di fine corsa vite

Pistone di iniezione

MotorViteTramoggiaBande di riscaldamento

Sistema di serraggio stampo

Motori, pompe, valvole, serbatoio dell'olio, scambiatori di calore, ecc.

Comandi

Piano di chiusura 0,15 mm0,15 mm

Piano di chiusura

Angoli di sformaturaGli angoli di sformatura consentono l’estrazione delmanufatto dallo stampo. Gli angoli di sformatura devonosempre essere presenti nel progetto. Si consiglianoangoli da 1° in posizioni normali e da 1/2° per lenervature. Inserire un angolo di sformatura in più èmeglio che averne uno in meno; e possibilmentedovrebbero avere le massime dimensioni consentite.Qualora si desiderano angoli di sformatura limitati, lesuperfici dello stampo devono essere lucidate a regolad’arte e la profondità non dovrebbe superare gli 15 mm.

Spessore delle paretiLa regola prima da seguire nella progettazione di articoliin materiale plastico è garantire che le pareti abbianouno spessore uniforme. Pareti uniformi favoriscono ilflusso del materiale nello stampo, e riducono i rischirappresentati dai segni di risucchio, dalle tensioni distampaggio e dal ritiro differenziale.

Se invece è necessario produrre parti con pareti dispessore non uniforme, le variazioni di spessore nondovrebbero comunque superare il 15% della misura base(cfr. figura II-4). Inoltre l’aumento di spessore deveessere graduale.

Gli spigoli dovrebbero essere disegnati con un raggio diraccordo interno pari al 50% dello spessore della parete,e con un raggio di raccordo esterno del 150%, allo scopodi garantire uno spessore uniforme anche in questi punti(cfr. fig. II-5).

Figura II-4.

Figura II-5.

Raccordi e smussiOccorre evitare gli spigoli vivi: essi sono la causaprincipale dei difetti dello stampato, dellaconcentrazione delle tensioni, dei problemi di fluiditàdella massa nonché dell’usura dello stampo (cfr. figura II-5).Si indichi sempre la misura dei raccordi sugli spigoli siainterni che esterni. Essi dovranno avere il raggiomassimo consentito dal progetto.

II-3

0,15 TT

0,15 T

DA EVITARE CONSIGLIATO

T

R ≥ 0,5 T

R ≥ 1,5 T


Aggetti per i foriGli aggetti sono generalmente studiati per ospitareinserti, viti autofilettanti, perni di trascinamento, ecc.utilizzati per l’assemblaggio o il montaggio deicomponenti.Per quanto possibile, è meglio evitare che gli aggettisiano isolati: l’ideale è collegarli a pareti o costolemediante nervature o tasselli, i quali conferiscono lorostabilità strutturale (cfr. figura II-6& 7).

Figura II-6.

Nel caso ideale, il diametro esterno dell’aggettodovrebbe essere pari a 2 volte e mezzo il diametro dellavite (in caso di vite autofilettante). Se gli aggetti hannopareti spesse, e basi con spessore maggiore del 50%rispetto alle pareti, si potrebbero avere segni dirisucchio. Per ovviare a questo problema si consiglianoaggetti a pareti più sottili, pari a 2 volte il diametro dellavite o anche minori, e dotati di nervature (cfr. figura II-7).

Figura II-7.

Lo spessore della base delle nervature e dei tasselliutilizzati per stabilizzare gli aggetti non deve superare il50% dello spessore della parete.Le pareti interna ed esterna dell’aggetto devono avereun angolo di sformatura pari a 1/2°. Cfr. la Parte V dellaGuida per ulteriori informazioni sugli aggetti peraccoppiamenti bloccati e le viti autofilettanti.

NervatureLe nervature vanno utilizzate qualora siano necessarieper la rigidità e la resistenza del manufatto, oppure perfavorire il riempimento di aree difficili.Nei componenti strutturali ove i segni di risucchio noncomportano problemi, lo spessore della base dellenervature può anche essere pari al 75-85% dellospessore della parete (T).

Qualora i segni di risucchio comportino invece problemiestetici, lo spessore della base delle nervature (t) nondovrebbe superare il 50% dello spessore della parete (T)se la superficie esterna è goffrata ed il 30% in casocontrario. I segni di risucchio sono determinati in parteanche dal tipo di materiale impiegato.

Per garantire effettivamente il grado di resistenzameccanica voluta, l’altezza delle nervature deve esserepari ad almeno 2,5 - 3 volte lo spessore della parete (T).L’angolo di sformatura nominale deve essere di 1/2° suciascun lato.

Gli smussi alla base della nervatura devono esserealmeno 0,5 mm.

In caso di nervature multiple, la distanza minima tra essedovrebbe essere pari ad almeno 2 volte lo spessore dellaparete allo scopo di ridurre le tensioni nel manufatto edevitare problemi di raffreddamento allo stampo (cfr. figura II-8).

Figura II-8.

II-4


T

0,5 alla base

Segni di risucchio

T

0,7 T

R = 0,25 T0,5 T

DA EVITARE CONSIGLIATO1/2°min

≥ 2 T

≥ 2,5 - 3,0 T

T

t

R ≥ 0,5 mm

ApertureIn caso si voglia dotare il manufatto di un’apertura (p.es.per un accoppiamento a scatto) da eseguirsi senzaanima mobile, occorre prevedere un angolo diaccoppiamento di 5° tra anima e impronta (cfr. figura II-9).

Figura II-9.

RitiroIl ritiro è un comportamento caratteristico delle resineche si manifesta nel corso del processo di stampaggio.L’entità del ritiro varia a seconda del tipo di resina. Imateriali cristallini e semicristallini hanno un grado diritiro nello stampo maggiore rispetto ai materiali amorfi.Le plastiche non rinforzate presentano un ritiromaggiore rispetto a quelle rinforzate. Prima di costruirelo stampo é importante determinare il tipo di materialeche si intende utilizzare per il manufatto, oltre a fissarele specifiche per il ritiro nello stampo. I dati di base sulritiro sono riportati nelle tabelle dei test ASTM.

Il ritiro del materiale è condizionato dal disegno delcomponente e dello stampo: le pareti spesse avranno untasso di ritiro maggiore rispetto alle pareti sottili, mentrele variazioni dello spessore possono dare luogo afenomeni di ritiro differenziato ovvero di svergolamento;anche la direzione del flusso influenza il ritiro, inparticolare in presenza di resine rinforzate con fibre divetro.

Il ritiro è altres“ influenzato dai parametri di processo.Aumentando la pressione operativa di solito diminuiscel’entità del ritiro. La temperatura dello stampo e dellamateriale rappresentano ulteriori parametri checondizionano il ritiro. Riducendo la temperatura dellostampo si riduce il ritiro, mentre le temperature diiniezione elevate aumentano l’entità del ritiro,specialmente in presenza di materiali semicristallini.

Si prega di contattare il Servizio Tecnico AlliedSignal peravere ulteriori informazioni sui valori di ritirorelativamente ai materiali di nostra produzione.

Punto di iniezioneIl punto di iniezione nello stampo si trova tra ilmanufatto ed il sistema dei canali. Esso solitamentecoincide con la zona a sezione più ridotta dell’interosistema. La configurazione del punto di iniezionedipende dal disegno dello stampo, dalla geometria delmanufatto e dal materiale impiegato.Occorre specificare la posizione, le dimensioni, il tipo edil numero dei punti di iniezione.

• Questi punti dovrebbero venire collocati lontani daaree di elevata tensione o impatto.

• La loro configurazione e posizione deve ripercuotersiin maniera minima sull’aspetto esteriore del manufatto.

• Il disegno e la posizione dei punti di iniezione devonoessere tali da eliminare il più possibile la necessità dieventuali operazioni di asportazione di materiale.

• I punti di iniezione devono essere posizionati inmaniera tale da favorire al meglio il riempimento dellostampo; nel caso di resine rinforzate con fibre di vetrosi deve inoltre tenere conto della direzione del flusso;infine le linee di confluenza devono trovarsi in areescarsamente sollecitate.

Consultare la Guida di Processo AlliedSignal per ulterioriinformazioni.

II-5

��≥ 5°

Trazione dello

stampo

Fori di degassaggioI fori di degassaggio sono collocati sullo stampo inmaniera tale da permettere l’uscita dell’aria e dei gasristagnanti. Un degassaggio inadeguato può comportareuna pressione di iniezione eccessiva, volumi di iniezioneinsufficienti, bruciature e macchie. Lo stampo siconsidera degassato in maniera ottimale allorché ilmateriale può venire introdotto a velocità elevata senzamostrare segni di bruciature.

Esistono vari modi per assicurare un degassaggioadeguato dello stampo. Solitamente si ricava sullostampo una serie di canaletti poco profondi incorrispondenza del piano di chiusura. Le dimensioni deicanali dipendono dal tipo di materiale. Per ulterioriinformazioni a questo proposito si prega di contattare ilServizio Tecnico AlliedSignal.Altri modi per degassare lostampo sono rappresentati dalle spine ad espulsione,nonché dalle spine e dai canali di sfiato. L’analisi delflusso può individuare le aree che necessitano didegassaggio specifico per avere i migliori risultati.

Linee di confluenza potenzialiLe linee di confluenza sono aree all’interno delmanufatto dove si verifica la convergenza di due o piùfronti di iniezione. Queste zone del manufattosolitamente sono caratterizzate da una resistenzameccanica inferiore rispetto alle altre. Si dovrebberoquindi prevedere anticipatamente le zone dove siverificano questi fenomeni (che tra l’altro sono benidentificabili sulla base dei programmi di analisi diflusso) per collocarle possibilmente lontane dalle aree diforte sollecitazione meccanica. Le linee di confluenzageneralmente si formano dall’altra parte degli ostacoliche si trovano normalmente sul percorso dei flussi,come ad esempio le spine che servono per formare i foridegli aggetti destinati ad ospitare i tasselli.

II-6

Parte III

Progettazione di componenti strutturali

Sollecitazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–2

Sollecitazione/deformazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–2

Sollecitazione normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–3

Taglio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–3

Torsione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–4

Flessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–5

Proprietà dei profilati con varie sagome. . . . . . . . . . . . III–6

Le variabili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–6

Sezioni di travi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–6

Formule per travi comuni sottoposte a flessione . . . . . III–7

Formule per le deformazioni e le sollecitazioni di

torsione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–8

Profilati ad I,T e L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–9

Formule per lastre piane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–10

Equazioni per lastre piane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–10

Recipienti a pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–11

Dilatazione e sollecitazioni termiche . . . . . . . . . . . . . . III–12

Impatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–13

Concentrazioni di sollecitazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–14

Disegno delle nervature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–15

Progettazione di manufatti con valori equivalenti di

rigidità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III–18

SollecitazioniSollecitazione/deformazioneQuando ad un manufatto viene applicata una forza, nerisulta una sollecitazione/deformazione che agisce sulmanufatto stesso. La sollecitazione (σ) è determinata dalcarico (F) applicato per unità di area.

La deformazione (ε) è la modifica della lunghezzaoriginaria del manufatto (cfr. figura III-1).

Figura III-1.Deformazione

La Legge di Hooke descrive la relazione tra sollecitazionee deformazione. La deformazione è proporzionale allasollecitazione ed il modulo di elasticità (E) o di Youngrappresenta la costante di proporzionalità:

Ciascuna materia plastica ha un diagramma sollecitazione/deformazione caratteristico (cfr. Figura III-2).

Figura III-2. Relazione tra sollecitazione e deformazione

Allo scopo di tracciare la curvasollecitazione/deformazione di una determinata resina sieffettua una prova di trazione a temperatura ambiente. Ilmanufatto viene sottoposto ad un carico assiale in cui leforze sono dirette dal centro verso l’esterno delmanufatto. Il diagramma sollecitazione/deformazionedescrive la risposta della resina ad una forza applicatagradualmente (5-12,5 mm/min). Il punto di snervamento(ove inizia la deviazione dalla linea retta) dipende dallatemperatura a cui si effettua la misurazione. I materialiplastici non sono caratterizzati da una rispostamarcatamente lineare come invece i metalli. Latemperatura e l’umidità possono influire sulle curve.

Quando un manufatto in plastica è sottoposto ad unaforza esterna sufficientemente elevata, i limiti dielasticità (la porzione lineare della curva in figura III-2)vengono superati. La conseguenza è che il materiale nonmantiene la sua forma e dimensione originaria: infatti lacurva rimane lineare fintantoché la sollecitazione simantiene al disotto del punto di snervamento. Una voltaraggiunto questo punto, si entra nel campo delledeformazioni plastiche (non lineari). Il superamento delpunto di snervamento comporta pertanto unadeformazione permanente al materiale. La Legge diHooke si applica solo quando il manufatto non vienesollecitato oltre i limiti di elasticità. Esistono vari tipi disollecitazioni: normale, taglio, torsione e flessione.Andremo ora a considerare ciascuna di esse in dettaglio.

III-2

Parte III: Progettazione di componenti strutturali

A

L

∆L

F

F

σ= FA

ε=∆LL

DEFORMAZIONE

SOLL

ECIT

AZIO

NE

Metallo

Plastica fragile

Plastica duttile

E= σε

Sollecitazione normaleLa sollecitazione normale (σ) è data dal rapporto tra laforza e l’area di sezione trasversale (A) a cui questa forzaviene applicata:

Quando un carico viene applicato perpendicolarmente(sulla normale) rispetto al piano di una superficie, nerisulta una sollecitazione normale rispetto al piano disezione. Una sollecitazione normale può essere ditrazione o di compressione a seconda della direzionedelle forze. Quando le forze agiscono dal manufattoverso l’esterno si avrà una sollecitazione di trazione (cfr.figura III-3); se invece agiscono dall’esterno versol’interno si avrà una sollecitazione di compressione (cfr.figura III-4).

Figura III-3. Trazione

Figura III-4. Compressione

TaglioSimilmente alla sollecitazione di trazione ecompressione, la sollecitazione di taglio (τ) si esprimeanch’essa come il rapporto tra la forza e l’area di sezione(A) sulla quale essa viene applicata.

La differenza sta nel fatto che la forza, in questo caso,agisce in direzione parallela rispetto alla sezioneconsiderata (cfr. figura III-5).

Figura III-5. TaglioIllustrazione tratta da: Beer & Johnson, Mechanical Materials

III-3

A

F

F

A

F

F

F

C

C

C

SEZIONE C - C

A

F

F

F

σ= FA τ= F

A

TorsioneSe un manufatto subisce una torsione (Mt) lungo l’asselongitudinale, significa che in ciascun punto del pianodella sezione trasversale vi è una sollecitazione di taglio(τ) (cfr. figura III-6). La sollecitazione massima che agiscesu di un albero sottoposto a torsione viene calcolatamediante la seguente formula:

Dove la variabile e rappresenta la distanza tra il centrodell’albero e la superficie esterna dove si registra lasollecitazione massima, mentre It è funzione dipendentedella sezione*.

Figura III-6.TorsioneIllustrazione tratta da: Beer & Johnson, Mechanical Materials

Il momento torcente viene calcolato come segue:

Dove la variabile γ è l’angolo di torsione indotto dalmomento torcente, G il modulo di rigidità, L lalunghezza del pezzo. E’ possibile trasformare l’equazionein modo tale da ricavare l’angolo di torsione (γ):

Esempio di un albero cilindrico:

Un albero solido cilindrico della lunghezza di 130 mm econ diametro di 12 mm viene sottoposto ad unmomento torcente pari a 0,9 Nm. Si calcoli lasollecitazione di taglio e l’angolo di torsione.

Utilizzando la resina Capron® 8267 (40% minerale/vetro)a temperatura ambiente e in condizioni di umidità DAM(dry as moulded):

La sollecitazione di taglio è estremamente bassa aconfronto della resistenza a trazione della resina, quindil’albero è in grado di sopportare un momento torcentedi 0, 9 Nm.

* Si raccomanda di riferirsi alle formule a pagina III-8.

III-4

τ=Mt . e

It

L

e

(b)γ

Mt

γ . It . GL

Mt=

Mt . LIt . G

γ=

E= Modulo di elasticità = 7600 N/mm2

ν= Coefficiente di Poisson = 0,35

E2(1+ν)

7600 N/mm2

2(1+0,35)G= = = 2815 N/mm2

12

(6 mm)4

2 It= πR4= π = 2035,8 mm4

900 Nmm . 6 mm2035,8 mm4τ= = 2,653 N/mm2

900 Nmm . 130 mm

2035,8 mm4 . 2815 N/mm2γ= = 0,0204 rad

FlessioneQuando un componente strutturale appoggiato alle dueestremità è sottoposto a flessione, la parte superioresubisce una compressione e quella inferiore unatrazione.

La linea centrale del componente è detta asse neutro(N.A. in figura) in quanto non è soggetta ad alcunasollecitazione. La sollecitazione massima di registra incorrispondenza dei punti estremi a e b. La sollecitazionedi flessione viene espressa come segue:

dove M è il momento flettente, e la distanza del puntoestremo dall’asse neutro e I è il momento di inerzia (cfr. figura III-7).

Figura III-7.L’asse neutro e la flessione

Esempio di trave a sbalzo:

Alla trave in figura III-8 viene applicata la forza di 90 N.Dopo aver calcolato il momento, è possibile calcolare lasollecitazione di flessione. Il materiale scelto per laprova è Capron® 8267 (40% minerale/vetro), la cuiresistenza a trazione a temperatura ambiente ed incondizioni DAM (dry as molded) è pari a 140 N/mm2.

Figura III-8.Sezione di trave a I a sbalzo

Confrontando la sollecitazione di flessione con laresistenza alla trazione del materiale, si evince che latrave ad I è in grado di sopportare la forza di 90 Napplicata.

* Per i momenti di inerzia relativi alle varie sezioni siconsiglia di consultare le pagine seguenti.

III-5

σ= MeI

��N.A.

Trazione

b

a

Compressione F

Larghezza (b)

Distanza da N.A. (e)

N.A.

Altezza (h)

b(d+2t)3

12(b-w)d3

12I*= - = 625 mm4

M = forza x distanza = 90 N . 0,05 m = 4,5 Nm

σb= 36 N/mm2

��

�w = 4d = 5

50 mm

F = 90 N

t = 2,5

10

b = 8

Proprietà dei profilati con varie sagome (travi rettilinee)Le variabiliLa tabella seguente descrive i parametri principali per lefigure da III-9 a III-14:

A = areaY = distanza centroide - fibra esternaI = momento di inerzia sull’asse principior = raggio di rotazione sull’asse principio

Sezioni di travi

Figura III-9.Quadrangolare

Figura III-10.Tonda

Figura III-11.Tubo tondo

Figura III-12.Trave a I, a C e a tubo quadrangolare

Figura III-13.Trave a U, profilato a T e a L

Figura III-14.Profilato a T laterale, a croce e a H

III-6

�y

b

d

�Ri

R

y��R

y

A= bd

γ= d2

I= bd3

r= 0,2887d

112

A= πR2

γ= R R2

I= R4

r=

π4

A= π(R2-Ri2)

γ= R 12

I= (R4-Ri4)

r= R2-Ri2

π4

�� d d

w/2

t t

d

y y y

w w

t

b b b

A= 2bt + wd

γ= + t I

A

1 2d2

I= -

r= ( )

b(d+2t)3

12 (b-w)d 3

12

��

d d d

y y y

w/2 w w

t

b b bb

t t

A= tb + wd

y= bt 2 + wd (2t + d)

2(tb + wd)

I= (d + t)3- (b - w) - A(d + t - y)2 b3

d3

3

IA

12

r= ( )

��d

y

d d

y y

w w

t

bb

b

2

2w

t t

A = w d

y = I

A

1 2d2

I =

r = ( )

wd3+ bt 3

12

Formule per travi comuni sottoposte aflessioneLe equazioni seguenti possono essere utilizzate perdeterminare il momento massimo, Mmax; lo spostamento inun punto, y; lo spostamento massimo, ymax; e lasollecitazione massima σmax, per molte delle travi utilizzatenormalmente; e = distanza dal centroide di sezione (dallafigura III-15 alla figura III-22)

Figura III-15.Carico all’estremità

Figura III-16.Carico mediano su trave a sbalzo

Figura III-17.Trave a sbalzo, carico uniforme

Figura III-18.Trave a sbalzo, carico uniforme parziale

Figura III-19.Trave fissata alle due estremità, carico centrale

Figura III-20.Trave fissata alle due estremità, carico intermedio

Figura III-21.Trave fissata alle due estremità, carico uniforme

Figura III-22.Trave appoggiata alle due estremità, carico centrale

III-7

��W

LY

xX

y

οymax

Mmax =WL

-Wx2(3L - x)6EI

y=

-WL3

3EIymax =

WLeI

σmax = a x= 0��WL

Y

L/2

x

yο

X

ymax

y= (3Lx2- 4x 3)

Mmax =

-W48EI

WL 8

L2

L2

-WL3

192EIymax =

a x=

a x=

WLe8I

σmax = a x= 0, L

WL

X

L/2

ymax

Mmax = WL4

L2

x=a

-WL3

48EIymax =

-WLe

4Ix= 0, Lσmax = a

y= (3L2 x - 4x3) L2

-W

48EI0 ≥ x ≤per

��WL

Y

x

yο X

ymax y=

Mmax =

Wx2

24EI

WL2

12

L2

-WL4

384

x= 0, L

x=

(2Lx - L2- x2)

ymax =

-WL2e

12Ix= 0, Lσmax = a

a

a

W = carico/unitá della lunghezza

��WL

Y

a

ο X

ymax

Mmax = Wa2(L - a)

L2

L2

a >

-Wa2(L - a)e

L2Iσmax =

ymax=-2W(L - a)2a3

3EI(L + 2a)2

L2

per a >2aL

L + 2ax = a��W

LY

Xa

οymax

Mmax =W(L - a)

-W(2L3- 3L2a + a3)6EI

ymax =

W(L - a)eI

σmax = a x= 0

��W

LY

x

Xyο

ymax

Mmax =

-Wx2

24EI

WL2

2

y= (6L2- 4Lx + x2)

WL2e2I

σmax =

a x= 0

a x= 0

-WL4

8EIymax= a x= L

W = carico/unitá della lunghezza

��W

LY

a

Xο

ymax

ymax = (L - a)3 (3L + a)

Mmax =

-W24EI

W(L - a)2

2

W(L - a)2e2I

σmax =

a x= 0

a x= 0

Formule per le deformazioni e lesollecitazioni di torsioneSulle travi ricavate dai profilati più diffusi, utilizzando leformule seguenti è possibile calcolare l’angolo ditorsione, γ, e la sollecitazione massima di taglio τmax.(Dalla figura III-23 alla figura III-29)

Dove: Mt = momento torcente (forza-lunghezza)L = lunghezza della traveG = modulo di rigidità (forza per unità di area)It = funzione dipendente dalla sezione

(lunghezza4)Cfr. Roark, Raymond & Young, Formulas for stress and strain,McGraw Hill.

Trave sottoposta a torsione

Figura III-23.Tonda

Figura III-24.Tubo

Figura III-25.Profilato rettangolare

Figura III-26.Profilato quadro

III-8

γ=Mt . LG . It

��

2R

a circonferenza

It= πR412

τmax=2 . Mt

πR 3

��R1

R2 circonferenza esterna

It= π(R24- R1

4)12

τmax=2Mt R2

π (R24- R1

4)

�2a

2b

a punto mediano di ciascun lato lungo

It= ab3[ ]( ) per a ≥ b- 3,36163

b

a1 -

b4

12a4

τmax=Mt(3a +1,8b)

8a2b2

2a

�a punto mediano di ciascun lato

It= 2,256a4

τmax=0,601Mt

a3

Profilati ad I, T e LSui profilati ad I, T e L la massima sollecitazione di tagliosi registra nel punto in cui il diametro del cerchioinscritto, D, tocca il perimetro. A = area della sezione.

Se b < d, t = b e t1 = dSe b > d, t = d e t1 = b

Figura III-27.Profilato a I

Figura III-28.Profilato a T

Figura III-29.Profilato a L

III-9

dove D tocca la superficie piana

dove D tocca il raccordo r

I1= ab3

τmax=Mt . e

I

D

π2D4

16A2

e= 1 + 0,762 0,118 loge + 0,238 1 +

- 0,2113

D2r

D2r

b

a1 -

b4

12a4

1 +

D

π2D4

16A2

e= 1 + 0,15π2D4

16A2

1 +

d

a

b

c

b

r

�D

I= 2I1 + I2 + 2αD4

I2= ed 3

13

0,1rb

d 2

4

α= 0,15 + tt1

D= (b + r)2+ rd +

2r + b

d

��

a

c

b

r

D

I= I1 + I2 + αD4

I2= cd3 - (1-

0,10rb

13

0,105de

d 4

192e4

d 2

4

α= 0,15 + tt1

D= per d < 2(b + r)(b + r)2+ rd +

(2r + b)

)

��D

r a

c

d��b

��I= I1 + I2 + αD4

I2= cd 3 - 1-

0,076rb

13

0,105de

d 4

192e4

α= 0,07 + db

D= 2 d + b +3r- 2(2r + b)(2r + d)

per b < 2(d + r)

Formule per lastre pianeIn presenza di lastre di forma rettangolare o circolare aspessore costante, con le formule seguenti è possibiledeterminare lo spostamento massimo, ymax, e lasollecitazione massima di flessione, σmax, sotto un caricouniforme.ν è il coefficiente di Poisson (cfr. le figure daIII-30 a III-33).

Equazioni per lastre piane

Figura III-30Disco circolare appoggiato lungo il bordo, caricouniforme

Figura III -31Disco circolare fissato lungo il bordo, caricouniforme

Figura III-32Lastra rettangolare, carico uniforme, appoggiataalle estremità

Figura III-33Lastra rettangolare, carico uniforme, fissata lungol’intero perimetro

III-10

ymax

W = wπr2

m= 1ν

w= carico/unità di area

-3W(3m+1)

8πmt 2σmax= a centro

ymax =-3W(m - 1)(5m +1)r2

16πEm2t 3 a centro

�

��

ymax

W = wπr2 w= carico/unità di area

m= 1ν

3W

4πt 2σmax= a maggiori

ymax =-3W(m2 - 1)r2

16πEm2t 3a centro

b

a

ymax =αwb4

Et 3

βwb2

t 2σmax= a centro

a centro

��b

a

ymax=αwb4

Et 3

βwb2

t 2σmax=

w= carico/unità di area

a centro

centro dei lati maggioria

a/b 1 1,2 1,4 1,6 1,8

a/b 2 3 4 5 ∞

β 0,2874 0,3762 0,4530 0,5172 0,5688

0,6102 0,7134 0,7410 0,7476 0,750

α

βα

0,0444 0,0616 0,0770 0,0906 0,1017

0,1110 0,1335 0,1400 0,1417 0,1421

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 ∞β 0,3078 0,3834 0,4356 0,4680 0,4872 0,4974 0,500

α 0,0138 0,0188 0,0226 0,0251 0,0267 0,0277 0,0284

a/b

Recipienti a pressioneA causa della loro forma e del carico simmetrico al qualesono sottoposti, i recipienti, contenitori o serbatoi apressione possono essere studiati facendo ricorso alprincipio "della conchiglia". Per distinguere tra leconchiglie o cilindri a pareti sottili e quelli a paretispesse, occorre considerare il rapporto tra lo spessoredella parete (t) ed il raggio (r):

• se 10t è < r, si applica il principio della paretesottile

• se 10t è > r, si applica il principio della paretespessa

Trattandosi di recipienti a pressione, nella presenteGuida verranno presi in considerazione solamente quellidove la pressione interna può portare alla rottura ditrazione. La pressione esterna che causa il collasso delrecipiente non verrà quindi considerata dal momentoche tale eventualità nella prassi accade molto raramente.Ecco le equazioni:

Pressione interna: (cfr. figura III-34)

Parete sottileLa sollecitazione massima (sulla circonferenza) è:

dove P è la pressione interna, r il raggio interno, e t lospessore della parete.

Parete spessaLa sollecitazione massima è:

dove r2 è il raggio esterno, r1 il raggio interno, e P lapressione interna

Conchiglie o superfici curve

Figura III-34.

• Parete spessa: sollecitazioni radiali e circonferenziali(trazione)

• Parete sottile: solo sollecitazione circonferenziale

L’area critica o di massima sollecitazione su di unrecipiente a pressione è la sezione di giunzione, ovverodi transizione, localizzata nella zona dove il fondo sicongiunge con la conchiglia o corpo del recipiente (cfr. figura III-35).

Figura III-35.

Le sollecitazioni locali elevate in corrispondenza dellasezione di giunzione sono generate da picchi disollecitazione, che in parte sono determinati dai fattoridi concentrazione descritti al par. III-12. Un cambiobrusco di linea tra parete e fondo del recipientecomporta sollecitazioni più elevate rispetto ad unpassaggio graduale. Ne risulta che la soluzione migliore èun fondo a forma sferica.

III-11

σ= Prt

σ=P(r2

2+ r12)

r22- r1

2

Pr1

r2

��Fondo

ConchigliaGiunzione

Recipienti a pressione (cont.)Esempio:

Disegnate un contenitore cilindrico del diametro di 300 mm capace di resistere ad una pressione interna di3 bar. Il materiale scelto è il Capron® 8233 (33%poliammide 6 alle fibre di vero). Per facilità distampaggio, lo spessore delle pareti è stato fissato a 6mm max.

Controllare lo spessore della parete - spessa o sottile?

Ne consegue che è possibile applicare il principio dellaparete sottile.

Dal momento che si tratta di effetti a lungo termine, alloscopo di verificare se il disegno è soddisfacente o menooccorre confrontare i 7,5 N/mm2 di pressione con ilvalore massimo ammissibile di resistenza a trazione delmateriale. Fortunatamente la pressione di 7,5 N/mm2 èben al disotto del valore massimo ammissibile diresistenza a trazione (130 N/mm2 con umidità relativa rH50%) Occorre comunque verificare l’accettabilità dellecondizioni a lungo termine, ove applicabili.

N.B.: per una forma sferica, la sollecitazione è pari a:

Ciò dimostra ancora una volta che la forma sferica èquella ideale per il fondo.

Dilatazione e sollecitazionitermicheNormalmente le sollecitazioni termiche non pongonoproblemi significativi eccetto che in presenza di gruppidi assemblaggio eseguiti con componenti in materialediverso, e collocati in ambienti dove si registrano sbalzidi temperatura. Ciò accade ad esempio quando uncomponente in materiale termoplastico è assemblato adun particolare in metallo.Negli assemblaggi plastica/metallo, il materiale con ilcoefficiente di dilatazione maggiore tenderà a flettersi edeformarsi sotto l’azione del carico di compressione. Pereliminare questo potenziale problema, la sollecitazionemassima ammissibile per il materiale a maggiorecoefficiente di dilatazione deve essere minore dellasollecitazione di compressione generata dalladilatazione. L’equazione di Eulero per la determinazionedel valore critico del carico flettente (Pe) consente dicalcolare la soglia critica di compressione.

Figura III-36.Materiale termoplastico

La seguente equazione serve a calcolare il differenzialedi dilatazione termica tra due materiali diversi (1 e 2)

Per calcolare la sollecitazione termica, si utilizzi laseguente equazione:

oppure si incrementi il modulo della sezione per ilmateriale a maggiore dilatazione termica.Se σc > σcc, allora si avrà una deformazione delmateriale. Per evitare questo problema, 1) inserirebulloni addizionali, 2) aumentare il modulo di sezione(I/c) del materiale 1 oppure, 3) lasciare del gioco tra forie bulloni in modo tale da compensare eventualispostamenti.

III-12

300 mm2

10t=10 . 6= 60 mm

r= = 150 mm

60 mm < 150 mm

σ= = = 7,5 N/mm2Prt

0,3 N/mm2 . 150 mm6 mm

σ= = = 3,75 N/mm2Pr2t

0,3 N/mm2 . 150 mm2 . 6 mm

Pe=4π2EI

L 2

α1 = coeff. di dilatazione termica del materiale 1dove∆L=(α1 - α2)

α2 = coeff. di dilatazione termica del materiale 2∆L = variazione di distanza∆T = variazione di temperatura

L = distanza tra due punti fissi

∆TL

σc=(α1 - α2) E∆T

σcc = sollecitazione critica di compressione

σcc =

A1 = area della sezione del materiale 1I = momento di inerzia del materiale 1 E = modulo di elasticità

Pe

A,��

∆L L

1�Materiale termoplastico

2 Metallo

ImpattoSi ha un impatto allorché il carico agisce in un tempobrevissimo sul pezzo. Nella progettazione di unmanufatto, dal punto di vista dell’impatto occorreconsiderare alcuni problemi. Un fattore importante èquello di ridurre al minimo le concentrazioni disollecitazioni. Molte aree come fori, gole, scanalature,cavità, spigoli vivi, nervature ed aggetti possono generareforti concentrazioni di sollecitazioni, causando rotture daimpatto.

Sarà quindi bene modificare opportunamente ilmanufatto ove possibile allo scopo di ridurre edistribuire le sollecitazioni su di un’area più estesa.

Un metodo che consente di prevedere le sollecitazioni,l’inflessione o le deformazioni a seguito di impattoconsiste nel misurare la freccia di inflessione statica.Questo dato può essere poi utilizzato per calcolare uncoefficiente di amplificazione. Moltiplicandol’inflessione, la sollecitazione o la deformazione staticaper il coefficiente di amplificazione è possibiledeterminare in via approssimativa l’inflessione, lasollecitazione o la deformazione dinamica. Il coefficientedi amplificazione si calcola con la formula seguente:

dove h = altezza di cadutay = freccia d’inflessione statica

Esempio:Di seguito viene simulato l’impatto di un carico da 0,540 kg che cade da un’altezza di 1,2 m al centro di undisco circolare in materiale termoplastico del diametrodi 76 mm e spessore di 6,35 mm fissato lungo l’interobordo.

Figura III-37

Per prima cosa si determina la freccia d’inflessionestatica e la sollecitazione utilizzando le formule per lelastre piane illustrate in figura III-31.

Quindi, calcolare il coefficiente di amplificazione:

Ne consegue che la freccia d’inflessione e lasollecitazione dinamica prevista sarà la seguente:

Si noti che questo metodo esprime valori approssimativiper una valutazione prudente.Tutti i calcoli dovrebberovenire comunque verificati con prove sperimentali.

III-13

KD= 1 + 1 + 2hystatico

ν= coefficiente di Poisson

ν= 0,35 E=9000 N/mm2

��0,540 kg → W= 5,5 N

1,2 m

ystatico =

σstatico =

10,35

-3W(m2- 1)r2

16πEm2t 3

= -3(5,5) -1 38 2

16π9000 6,353

2

10,35

2

= 1,8 . 10-4 mm

3W

4πt 2

3(5,5 N)

4π(6,35 mm2) =

= 3,256 . 10-2 N/mm2

KD= 1 + 1 + 2hystatico

= 1 + 1 + 2(-1200 mm)

-1,8 . 10-4mm

= 3652,5

ydinamico= KD ystatico

σdinamico= KD σstatico

= 3652,5 . (-1,8 . 10-4)mm

= -0,657 mm

= 3652,5 . 3,256 . 10-2 N/mm2

= 119 N/mm2

Concentrazioni di sollecitazioniLe irregolarità in una struttura soggetta ad un caricopossono generare forti sollecitazioni locali, ovveroconcentrazioni di sollecitazioni (cfr. figura III-38). Questeirregolarità che producono picchi di sollecitazioni sonofori, spigoli vivi, intagli, variazioni improvvise dellospessore delle pareti, o altre discontinuità geometriche.

Figura III-38.Concentrazione di sollecitazioni

In molti casi risulta difficile calcolare con precisione lasollecitazione effettiva, tuttavia i dati disponbili sonosufficienti a consentire una stima ragionevole. La figuraIII-39 presenta un grafico relativo ad una determinataconfigurazione. Quando lo smusso dello spigolo è dipiccole dimensioni a confronto dello spessore dellepareti, ne risulta un elevato fattore di cocentrazionedelle sollecitazioni.

Figura III-39.Fattore di concentrazione delle sollecitazioniIllustrazione tratta da: R.E. Peterson, Stress Contribution Factors

La sollecitazione effettiva viene calcolato semplicementemoltiplicando la sollecitazione misurata per ilcoefficiente K.

Esempio:

Metodo sbagliato

Metodo corretto

La configurazione ed il carico qui presentati dovrebberodar luogo ad una sollecitazione pari a 192 N/mm2. Si notiche elevando il raggio di raccordo a 6,25 mm si riduce lacancentrazione di sollecitazioni prevista a 96 N/mm2.

III-14

Gli spigoli vivi concentrano le sollecitazioni

Concentrazione di sollecitazioni = Picchi di sollecitazione

Rottura dovuta alla concentrazione delle sollecitazioni

P R I M A

��

Spigolo vivo D O P O

��

RotturaCarico

σ=

σ

MeI

= 2500 Nmm . 3,125 mm101,725 mm4

= 76,8 N/mm2

I=

= 101,725 mm4

bh3

125 mm . 6,253mm3

12

σ= K MeI

Rh

= = 0,21,25 mm6,25 mm

K= 2,5

σ= 2,5 . 76,8 N/mm2= 192 N/mm2

M= Fd

= 50 N . 50 mm

= 2,5 Nm

e=

= 3,125 mm

h2

Trave a sbalzo

Sezione tipica

�50 N

d = 50 mm

h = 6,25 mm

b = 5 mm

��R = 1,25 mm

��Carico

Fattore di concentrazione delle sollecitazioni

Fatto

re d

i con

cent

razi

one

delle

sol

leci

tazi

oni (

k)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,41,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

R/T

T

R

Disegno delle nervatureProgettando un manufatto, spesso è necessariodeterminare il numero delle nervature occorrenti peravere una deformazione o sollecitazione equivalente aquella che si osserverebbe su di un manufatto senzanervature ma di spessore diverso. Un esempio è datodalla sostituzione di un manufatto in alluminio/acciaiocon un manufatto in materiale termoplastico.Normalmente si impone che il pezzo materialetermoplastico garantisca valori di rigidità uguale osuperiore, e di resistenza meccanica identica, a quellidell’originale in metallo.

Per determinare il numero delle nervature necessarie èpossibile utilizzare il metodo seguente.Attraverso di essoè possibile altres“ ridurre al minimo la massa delmanufatto senza comprometterne le prestazioni o lafattibilità.

Angolo di sformatura (in gradi) = 1/2°Rapporto tra spessore della base della nervatura espessore della parete (T/W) = 0,75Tutti i valori si intendono per unità di spessore di lastra,W.

Figura III-40. Piastra dotata di nervature con angolo disformatura

dove W = Spessore della lastraT = Spessore della base della nervaturaS = Distanza tra le nervatureH = Altezza delle nervature

La figura III-40 presenta i parametri geometrici cheentrano in gioco con questo metodo. I diagrammiseguenti (figura III-41) si riferiscono ad una piastradotata di nervature con angolo di sformatura di 1/2° suciascun lato ed un rapporto T/W = 0,75. Ciascunavariazione di questi parametri si riflette in una nuovaserie di diagrammi.

Figura III-41. Diagrammi di spessore equivalente

III-15

H

W

T

S

Angolo di sformatura

SOLLECITAZIONE-SPESSORE EQUIVALENTE

W equivW

1,5 2 3 4 5 6,5 8 10 15 20 30 40 50 70 100

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16H/W

S/W

INFLESSIONE-SPESSORE EQUIVALENTE

W equivW

2 3 4 5 6,5 8 13 15 20 30

40 50 70 100

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

1 1,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16H/W

S/W

Per utilizzare questi diagrammi è necessario calcolarealcuni fattori. Per sostituire un manufatto d’alluminiocon uno in materiale termoplastico di uguale rigidità siinizia calcolando lo spessore equivalente del manufattoin plastica senza nervature. Quindi si passa adeterminare lo spessore nominale di parete per ilmateriale termoplastico insieme con l’altezza dinervatura oppure il numero delle nervature. Infine,mediante i diagrammi è possibile definire laconfigurazione più adatta per le nervature. Questaprocedura può anche essere invertita se si desideradeterminare la deformazione o sollecitazione subita daun pezzo con nervature: in questo modofondamentalmente si riduce il componente connervature ad una semplice lastra piana.

Esempio:Di seguito viene illustrata la sostituzione di una lastrapiana di alluminio da 150 mm x 240 mm e spessore di3,0 mm con una lastra di poliammide alle fibre di vetrocon nervature di rigidità equivalente. Per le lastre piane diuguale rigidità vale l’equazione seguente: (cfr. pag. III-15)

Questo è lo spessore che dovrebbe avere il manufattotermoplastico equivalente senza nervature.Tuttavia, dalmomento che il valore è superiore a quello ottimale perlo stampaggio ad iniezione, occorre aggiungere dellenervature.

Ora si dovrà determinare il valore di due tra i parametriseguenti: spessore nominale della parete (W) altezzadella nervatura (H), o distanza tra le nervature (S). Nelnostro caso, ponendo W = 3 mm e H = 17,4 mm.

Ne consegue che:

Dal momento che siamo interessati alla freccia diinflessione equivalente, possiamo tracciare la curva sullabase di questi due valori; vediamo che S/W = 20, quindiS = 20,3 mm = 60 mm. Ciò significa che nel caso di unalastra da 150 mm x 240 mm, dovremo prevedere 3nervature sul lato minore e 4 sul lato maggiore. Nerisulta un manufatto come quello evidenziato in figuraIII-42.

Figura III-42. Lastra equivalente a nervature incrociate

N.B.: Per ridurre le tensioni interne della piastra siconsiglia di prevedere ampi angoli di raccordo alla basedelle nervature.

La tabella III-1 illustra nei dettagli il vantaggiosorapporto peso/rigidità con nervature di varia altezza.

III-16

(cfr. pag. III-18)

sapendo che:

ne consegue:

EAtA3= Eptp

3

tp=

Ealluminio= 70000 N/mm2

Eplastica= 3500 N/mm2

EAtA3

EP

13

tp= Wequiv = 8,14 mm

=70000 N/mm2 . 33mm3

3500 N/mm2

13

150 mm

240 mm

17,4 mm3 mm

= = 2,713 Wequiv

W8,14 mm

3 mm

= = 5,8 H

W

17,4 mm3 mm

= 0,75⇒ T = 0,75 . 3 mm

= 2,25 mm

T

W

III-17

Tabella III-1

Effetto di una nervatura da 2,5 mm di spessore e con vari valori di altezza sulla resistenza di una trave da 40 mm x 5 mm

Dimensioni Altezza nervatura/Configurazione Forma nervatura Spessore parete Aumento % peso Aumento % rigidità

0 nd nd nd nd

1 nd nd 100% 700%

2 2,5 mm B x 2,5 mm H 1:2 3,12% 21%

3 2,5 mm B x 5 mm H 1:1 6,25% 77%

4 2,5 mm B x 10 mm H 2:1 12,5% 350%

5 2,5 mm B x 15 mm H 3:1 19,0% 927%

6 2,5 mm B x 20 mm H 4:1 25,0% 1900%

7 2,5 mm B x 25 mm H 5:1 31,0% 3353%

T = Spessore = 5 mm

T

2T

40 mm

T

Progettazione di manufatti convalori equivalenti di rigiditàAllo scopo di sostituire i componenti in metallo concomponenti in plastica, occorre determinare il valore dirigidità equivalente del componente in materialeplastico. Quando due componenti hanno la medesimarigidità, anche i rispettivi valori della freccia diinflessione coincidono. La freccia di inflessione èinversamente proporzionale al modulo di rigidità (R):

dove E è il modulo di elasticità e I il momento d’inerzia.Per inciso, il momento d’inerzia varia a seconda dellageometria (cfr. figura III-43). Di conseguenza, mettendo aconfronto il modulo di rigidità dei componenti metallicie plastici sarà possibile soddisfare la condizione dirigidità equivalente richiesta.

Per forme solide di uguale larghezza:

Figura III-43.Profilati di rigidità equivalente sottoposti aflessione

III-18

R= EI

E alluminio . I alluminio = Eplastica . Iplastica

Ealluminio . t3alluminio = Eplastica . t 3

plastica

E= 9400 N/mm2

I= 17403 mm4

EI= 1,636 . 108 N/mm2

A= 183 mm2

E= 9400 N/mm2

I= 17403 mm4

EI= 1,636 . 108 N/mm2

A= 377 mm2

E= 14000 N/mm2

I= 11685 mm4

EI= 1,636 . 108 N/mm2

A= 330 mm2

E= 71000 N/mm2

I= 2304 mm4

EI= 1,636 . 108 N/mm2

A= 192 mm2

Alluminio

��12

16

��Zinco

16

20,6

16

Poliammide 33% fibra di vetro�23,5��Poliammide 33%

fibra di vetro

31,2

2,5

16

2,5��

Parte IV

Esempi di progettazione

Staffa di controllo di rotta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV–2

Coperchio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV–4

Esempio di progetto 1

Figura IV-1. Staffa di controllo di rotta

Applicazione: Staffa di controllo di rotta

Problema: Flessione sotto carico della staffa diplastica sostitutiva dell’originale inacciaio

Cause potenziali di cedimento del manufatto: a) Materiale;

b) Lavorazione;c) Progettazione

Analisi: Trave a sbalzo semplice (condizioniassimilabili a quelle finali). (Le lineetratteggiate indicano il manufattoreale).

Figura IV-2.Modulo di taglio, R=EI

IV-2

Parte IV: Esempi di progettazione

A

A

Manufatto in acciaio

B

B

�Manufatto in plastica attuale

C

C

Manufatto modificato

FX

L ��

��

h

b �Fissaggio manufatto

Sezione XX

X

��E= Modulo di elasticità

I= Momento d'inerzia

R= può essere incrementato aumentando E o I

N.B.: Occorre notare che è stata presa in esame lasezione minore, in quanto la parte sinistra del manufatto,che è fissata alla base, ha un modulo di resistenza elevatoed è quindi molto più rigida rispetto alla parte centrale.

Poiché I = bh3/12, una piccola variazione di h darà unrisultato moltiplicato al cubo o un considerevoleincremento di R: in ogni caso una variazione notevole.

Esempio: se si raddoppia h, si avrà un incremento di R diun fattore pari a 8.

Per rendere il manufatto in plastica più rigido di quelloin acciaio,

Se il valore E per la plastica è 5100 N/mm2 (Capron®

8233) con rH 50% e per l’acciaio 210.000 N/mm2, siavranno allora i seguenti risultati:

Figura IV-3.

Conclusione:a) Un cambio del materiale non darebbe risultati

sufficienti, in quanto potrebbe far salire i costi erichiedere nuove approvazioni.

b) L’analisi di laboratorio ha appurato che il problemanon risiedeva nella lavorazione.

c) Il manufatto modificato ha dato ottimi risultatidurante l’uso.

IV-3

EIplastica ≥ EIacciaio N/mm2

SEZIONE AA

MANUFATTO IN ACCIAIO ORIGINALE

MANUFATTO ATTUALE MANUFATTO MODIFICATO

PLASTICA

SEZIONE BB SEZIONE CC

I= 80 mm4

IE= 16,8 . 106 N/mm2

I= 320 mm4

IE= 1,63 . 106 N/mm2

I= 16400 mm4

IE= 836,4 . 106 N/mm2

Esempio di progetto 2

Applicazione: Coperchio

Problema: Manufatti fuori misura e non conformialle specifiche

Causa potenziale di cedimento del manufatto:a) Materiale ob) Lavorazione

Informazioni del cliente: 1) I manufatti sono stati inizialmente ispezionati,

approvati dal controllo qualità e immagazzinati.

2) Il cliente ha passato un nuovo ordine dopo cinquemesi.

3) I coperchi erano fuori misura di 0,11 mm e sono statirespinti dal cliente.

Analisi:I manufatti erano eseguiti in resina Capron® 8233. Ladimensione critica in questione è il diametro, che misura51 mm. Si è assunto che il problema potesse esserelegato all’aumento delle dimensioni del manufatto acausa dell’assorbimento di umidità ambientale.

Se i manufatti erano stati misurati subito dopo lostampaggio, questi erano nella condizione DAM (dry asmoulded). Utilizzando il grafico indicato per raffigurarela crescita dellle dimensioni del manufatto causatodall’assorbimento di umidità in termini di umiditàrelativa percentuale, si può osservare che la crescitadimensionale a rH 50% è di 0,0025 mm/mm. Questo èun valore medio internazionale che deve essereutilizzato in tutti i calcoli per la definizione delledimensioni critiche. La formula per calcolare lacirconferenza di un manufatto di forma circolare èquindi:

Dove:

Se si moltiplica il diametro di 51 mm per 0,0025 mm/mm si avrà 0,13 mm. Questo valorerappresenta la sovramisura dei manufatti in magazzino,quindi il problema può dirsi individuato.

Figura IV-4.

Conclusione:a) Bisogna preoccuparsi solo quando, come in questo

caso, si rilevano valori di tolleranza eccessivi.

b) Il problema si può risolvere preparando lo stampo inprevisione delle dimensioni che il manufattoassumerà nel lungo periodo a valori di rH 50%.

c) I manufatti possono essere precondizionati in modotale da ottenere dimensioni già stabilizzate.

IV-4

C= 2 . π . r

C= π . Doppure

r= raggio

D= diametro

0,010

0,005

0,0025

0 0 20 40 60 80 100

Varia

zion

e di

men

sion

ale

(mm

/mm

)

Umidità relativa percentuale

Assemblaggi con accoppiamento a scatto. . . . . . . . . . . . . . . V–2

Progettazione di accoppiamenti a scatto. . . . . . . . . . . . . . . . V–2

A sbalzo o a cilindro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–2

A sbalzo rastremato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–2

A sbalzo corto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–3

Nuove formule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–4

Esempio di progettazione di un accoppiamento a scatto . . . V–4

Accoppiamento forzato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–5

Accoppiamento con adesivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–6

Bulloni,dadi e viti in metallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–8

Filettature integrate nello stampato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–9

Viti autofilettanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–10

Inserti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–11

Saldatura agli ultrasuoni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–12

Saldatura a vibrazioni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–14

Altre tecniche di assemblaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–15

Ribaditura termoplastica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–15

Saldatura per rotazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–15

Saldatura elettromagnetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V–16

Parte V

Assemblaggio

Assemblaggi conaccoppiamento a scattoProgettazione di accoppiamenti a scattoI dispositivi ad accoppiamento a scatto rappresentanoun sistema semplice, economico e rapido perl’assemblaggio di due parti. Se correttamente realizzati,questi dispositivi consentono l’esecuzione di parecchicicli di montaggio/smontaggio senza produrre alcuneffetto negativo sul manufatto assemblato. Grazie al fattodi essere facilmente smontabili, gli accoppiamenti ascatto costituiscono anche uno dei metodi diassemblaggio più ecologici.

Occorre comunque tenere presente che questi sistemipresentano dei limiti.Tra questi vi sono il possibile giocodovuto all’elevata tolleranza delle due parti accoppiate, ela scarsa resistenza alle forze di trazione. Gliaccoppiamenti a scatto possono anche far salire il costodi un utensile per stampaggio ad iniezione, nel caso sianecessario munirli di apposite guide scorrevoli. E’comunque possibile fare a meno delle guideaggiungendo una scanalatura direttamente sotto la staffa,oppure collocando il dispositivo a scatto esternamenteal bordo del manufatto.

A sbalzo o a cilindroPer la maggior parte delle applicazioni vengono utilizzatimodelli a sbalzo. Gli accoppiamenti a cilindro possonoinvece essere utilizzati con un materiale termoplasticosenza carica (un tipico esempio è l’unioneflacone/tappo di aspirina) (Figura V-1).

Progettando un accoppiamento a sbalzo, può esserenecessario eseguire diverse prove (con variazioni dilunghezza, spessore, curvatura, dimensioni, ecc.) alloscopo di ottenere un sistema che assicuri unadeformazione minore della deformazione tollerabile delmateriale (vedere esempio).

Figura V-1.

A sbalzo rastrematoPer la maggior parte delle applicazioni è sufficiente unaccoppiamento a sbalzo di sezione uniforme (Figura V-2). Il modello a sbalzo rastremato è invecepreferibile se in aggiunta si desidera anche una flessionedell’elemento.

Figura V-2.Formule per accoppiamenti a sbalzo tradizionali

V-2

Parte V: Assemblaggio

��Y

Accoppiamento a scatto a sbalzo

(MATERIALI CON E SENZA CARICA)

Accoppiamento a scatto cilindrico

(MATERIALI SENZA CARICA)

��Y 2

t

B

P

t

BL

t

B

P

t/2

BL

= 1,50 = Yt

L2ε

= 0,92 = Yt

L2ε

ACCOPPIAMENTOA SBALZO ASEZIONEUNIFORME

ACCOPPIAMENTOA SBALZORASTREMATO

A sbalzo cortoLe formule per gli elementi a sbalzo tradizionalmenteutilizzate per analizzare la freccia di inflessione degliaccoppiamenti a scatto prevedono un grado di flessionemolto minore di quello osservato nel campo deglielementi a sbalzo corto. Nelle formule tradizionali sipresuppone che la parete sulla quale si hal’accoppiamento a scatto sia rigida. Questo va bene pergli elementi a sbalzo lungo, ma non per quelli a sbalzocorto. In effetti, per questi ultimi la parete si deforma sesottoposta a carico.

La AlliedSignal ha dimostrato questo fatto sia in viasperimentale sia attraverso l’analisi ad elementi finiti. Irisultati di questo studio sono stati elaborati e vengonoqui illustrati nella Figura V-4 per le diverse configurazioni(vedi Figura V-3). Un esempio illustra la procedura perrealizzare un accoppiamento a scatto.Vengono inoltreriportate le formule per calcolare i valori massimi dideformazione, flessione e forza necessari perl’assemblaggio. E’ inoltre disponibile uno specialemanuale sugli accoppiamenti rapidi.

1987 SPE ANTEC, Chul S. Lee,Alan Dublin and Elmer D. Jones, "ShortCantilever Beam Deflection Analysis Applied to Thermoplastic Snap-FitDesign". Conferenza tenutasi a Los Angeles, California, USA.

Figura V-3.Progettazioni di elementi a sbalzo

Figura V-4. Fattore Q

N.B.: I NUMERI CERCHIATI CORRISPONDONO AGLI ESEMPI DIPROGETTAZIONE DI ELEMENTI A SBALZO ILLUSTRATI NELLAFIGURA PRECEDENTE.

V-3

SU UN BLOCCO (PARETE SPESSA)

SU UNA PIASTRA (PARETE SOTTILE)

2

1

4

53

8,0

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0

RAPPORTO DI ASPETTO L/T

FA

TT

OR

E Q

DI

AM

PL

IFIC

AZ

ION

E D

EL

LA

FR

EC

CIA

DI

INF

LE

SS

ION

E

Nuove formule

Figura V-5.

DEFORMAZIONEMASSIMA

Dove:

FORZA DI ACCOPPIAMENTO

Dove:

Figura V-6.Esempio:

DATO:materiale.⇒ (resina Petra®

130 (PET)

DETERMINARE:A) LA FRECCIA DI INFLESSIONE MASSIMA

DELL’ACCOPPIAMENTO A SCATTOB) LA FORZA D’ACCOPPIAMENTO

SOLUZIONE:A) LA FRECCIA DI INFLESSIONE MASSIMA

TOLLERABILE DELL’ACCOPPIAMENTO A SCATTO

Dunque nel caso di un manufatto si opterebbe per unvalore inferiore della freccia di inflessione (Y) in mododa garantire una maggiore sicurezza.

B) FORZA DI ACCOPPIAMENTO

Sarà dunque necessaria una forza di 35,6 N. per inserirel’accoppiamento a scatto.

(Informazioni più dettagliate si possono trovare nelmanuale di progettazione per accoppiamenti a scattodella AlliedSignal).

V-4

�tP

Y

W

B

L

α

= 1,5 tY

L2Qεo�t

P

Y

W

B

L

α

t= 3 mmL= 15 mmB= 6 mmE= 9000 N/mm2

µ= 0,2α= 30,0°

= 1,5%

εo

Q= 2,0 (dal grafico con il fattore Q)

= 1,5

= 5,0

1,5 t

tYmax

Ymax=

Ymax L2 Q

=1,5 mm(0,015 . 152mm2 . 2,0

1,5 . 3 mm

L2 Q

t

L

εoεo

= Deformazione massima alla baset= Spessore dello sbalzo

Y= Freccia di inflessioneL= Lunghezza dello sbalzoQ= Fattore di amplificazione della freccia di inflessione (cfr. il grafico per ottenere i valori Q adeguati)

εo

W= P µ + tan α

1 - µ tan α P= Bt 2

6LQ

εo

W= Forza di spinta W'= Forza di trazioneP= Forza perpendicolareµ= Coefficiente d'attritoα= Avanzo angolareα'= Angolo di ritorno B= Larghezza sbalzo

t= Spessore dello sbalzoE= Modulo di flessione = Deformazione

L= Lunghezza dello sbalzo Q= Fattore di amplificazione della freccia di inflessione (cfr. il grafico per ottenere i valori Q adeguati)

εo

W= P

W= 40,5

P=

µ + tan α1 - µ tan α

0,2 + tan30

1 - 0,2 (tan30)

P= =40,5 N

=35,6 N

Bt 2E εo

6LQ

(6 mm . 32mm2 . 9000N/mm2 . 0,015

6 . 15 mm . 2

Accoppiamento forzatoDue manufatti si possono assemblare forzandoli l’unosull’altro alla pressa. Questo metodo d’assemblaggio,comunemente utilizzato per i metalli, si rivela piuttostocritico per i materiali termoplastici. Esso può comunquerisultare utile per molte applicazioni, come in effettiavviene. Poiché la plastica è soggetta al fenomeno delloscorrimento, il progettista deve prevedere nel corso delprocesso una forte riduzione della forza di serraggio apressione inizialmente applicata. Una progettazioneefficace ridurrà al minimo la deformazione plastica(vedere Figure V-8 e V-9), oltre a tener conto dellatolleranza di interferenza e valutare la forza di serraggioresidua finale dovuta all’attenuazione dello scorrimento.

Figura V-7.

Figura V-8. Accoppiamento forzato di due materiali identici

NOTA:1 Il valore di deformazione radiale δ deve essere raddoppiato se si

prende in esame l’interferenza totale di accoppiamento riferita aldiametro.

2. a, b e c sono raggi e non diametri.3. La formula è valida solo quando l’albero e il mozzo sono dello

stesso materiale.4. Lo scorrimento deve essere sottoposto ad analisi completa.

Figura V-9. Accoppiamento forzato albero in metallo / mozzoin plastica

NOTA:1 Il valore di deformazione radiale δ deve essere raddoppiato se si

prende in esame l’interferenza totale di accoppiamento riferita aldiametro.

2 b e c sono raggi e non diametri.3 La formula presuppone l’assenza di deformazione sull’albero

metallico.4 Lo scorrimento deve essere sottoposto ad analisi completa.

ESEMPIO:

Dato: Un inserto metallico (O.D. = 12,5 mm) deve esseremontato in un mozzo in resina Capron® 8233 (O.D. = 20 mm). Calcolare la massima interferenza basandosi su diuna deformazione tollerabile del 2% per il Capron® 8233.

SOLUZIONE:

Ne consegue che il diametro interno del mozzo inCapron® 8233 deve comportare un’interferenza massimadi 0,29 mm (2d) (diametro minimo 12,21 mm).

V-5

��PLASTICA

PLASTICA

a

b

c

δ = 2ε b3 (c2- a2)

(c2+ b2)(b2- a2)

δ = 2ε bc2

c2+ b2

DEFORMAZIONE RADIALE

DOVE:

δ = Deformazione radialeε = Deformazione

QUANDO a = 0

��PLASTICA

METALLO

b

c

δ = bε + νPL

νPL= Coefficiente di Poisson

DEFORMAZIONE RADIALE

DOVE:

δ = Deformazione radiale ε = Deformazione

c2- b2

c2+ b2

c2+ b2

c2- b2

δ = bε

δ = 0,144 mm

+ νPLc2- b2

c2+ b2

c2+ b2

c2- b2

= 6,25 . 0,02 . +0,35102- 6,252

102+ 6,252

10 2+ 6,252

10 2- 6,252

Accoppiamento con adesivoUn ulteriore metodo per l’assemblaggio di componenticonsiste nell’applicazione di un adesivo, grazie al qualedue materiali simili o diversi possono venire unitisaldamente ed ermeticamente. La Figura V-10 presentavari tipi di giunzione.

La scelta dell’adesivo dipende dall’applicazione edall’ambiente di utilizzo finale. I dettagli su alcuni adesiviutilizzabili su resine Capron®, Petra® e Dimension® sonoevidenziati in Tabella V-1.

Poliuretanici - Elevata resistenza meccanica, buonaresistenza agli urti, buona flessibilità alle bassetemperature, spalmati sulle due parti (normalmente),limitata resistenza all’umidità, tempo di reticolizzazioneprolungato, di norma richiede elementi di fissaggio.

Epossidici - Elevata resistenza meccanica e termica,spalmati sulle due parti (normalmente), scarsa resistenzaagli urti, tempo di reticolizzazione prolungato, di normarichiede elementi di fissaggio.

Cianoacrilati (p.es. Crazy Glue*) - Elevata resistenzameccanica, tempi rapidi di reticolizzazione, spalmati sudi una parte, temperatura di servizio limitata (circa95°C), scarsa resistenza agli urti, e limitata resistenzaall’umidità.

Siliconici - Bassa resistenza meccanica, altissimaresistenza termica, spalmati sulle due parti(normalmente), buona flessibilità alle basse temperature,buona resistenza agli urti, buona capacità diermetizzazione, tempo di reticolizzazione moltoprolungato, di norma richiede elementi di fissaggio, costimolto elevati.

* 3M, Structural Adhesive Guide for Industrial Product Design andAssembly

V-6

Figura V-10. Esempi di giunzioni

Giunto di testa sovrapposto

Linguetta e scanalatura convenzionale

Giunto sovrapposto

Giunto sfalsato

V-7

ADESIVO TIPO INDURIMENTO PRODUTTORE

UR 1100 1 parte uretano 30 min a 120° C HB Fuller (612) 481-3415

FE 6046 epossidico 60 min a 95° C HB Fuller (612) 481-3415(Epossidico Flessibile) bicomponente

Hysol 934 epossidico 60 min a 95° C Hysol Aerospace Productsbicomponente (510) 458-8000

Scotch -Weld 2214 Hi-Temp epossidico 40 min a 120° C 3M Companymonocomponente 1-800-362-3455

Scotch-Weld 2214 Hi-Temp epossidico 40 min a 120° C 3M Companymonocomponente 1-800-362-3455

Scotch -Weld 2216 epossidico 5 min a 120° C 3M Companybicomponente 1-800-362-3455

Tyrite 5700 A/C epossidico 15 min a 95° C Lord Industrial Adhesivesbicomponente (814) 868-3611

Superbonder 498 cianacrilico 30 sec a 23° C Loctite Corporation1-800-562-0560

Cylok P cianacrilico 10 - 30 sec a 23° C Lord Industrial Adhesives(814) 868-3611

Permabond 268 cianacrilico 10 sec a 23° C Permabond Int’l 1-800-526-4741

3-0100 siliconico 24 ore a 23° C Dow Corning(517) 496-6000

Tabella V-1. Adesivi racomandati per le resine AlliedSignal

Bulloni, dadi e viti in metalloSi dispositivi di fissaggio metallici standard vengonousati anche per assemblare componenti termoplastici,anche se in questo caso di solito si preferiscono le vitiautofilettanti. Bulloni e viti vengono utilizzati per leunioni plastica/metallo o plastica/plastica. In questeapplicazioni occorre fare attenzione a non esercitareun’eccessiva sollecitazione di compressione sullaplastica.

• La coppia di serraggio deve essere limitata a un livelloprestabilito. Occorre evitare di applicare la coppiatroppo rapidamente, in quanto la maggior parte deimateriali termoplastici è sensibile alla velocità.

• Coppie elevate di solito creano un’elevatasollecitazione di compressione, che decresce poirapidamente sino ad attestarsi ad un livello minimo.Più alta è la sollecitazione iniziale, maggiore saràquindi il rilassamento che ne segue. Le altetemperature contribuiscono ulteriormente adaumentare il rilassamento.

• L’uso di una vite a testa più grande o l’aggiunta di unarondella metallica di grande diametro sotto la testa delbullone e/o del dado aumenta la superficie di contattoe riduce pertanto le sollecitazioni (cfr. la Figura V-11).

• Le viti e i rivetti a testa svasata non devono essereutilizzati per le applicazioni con materiali plastici.Questi sistemi di fissaggio di forma conica creano uneffetto di incuneamento che dà come risultatoun’elevata tensione circonferenziale e quindi ilpossibile cedimento del manufatto.

• Durante il rilassamento si ha un calo della forza diserraggio e della ritenzione di coppia, e il dispositivodi fissaggio si allenta. Una rondella elastica può essereutilizzata per mantenere livelli di forza e coppiaaccettabili. La Figura V-12 illustra varie soluzioni chepermettono di ovviare al rilassamento. Le soluzioni 1 e2 utilizzano una rondella o un bullone parzialmentefilettato insieme con una rondella elastica. L’azione diserraggio principale avviene tra metallo e metallo,mentre sulla plastica viene applicata una forza minore.

Figura V-11. Rilassamento di un manufatto in plastica

Figura V-12. Come ridurre al minimo il rilassamento

V-8

RILASSAMENTO DI UN MANUFATTO IN PLASTICA

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

TEMPO, ORE

S/So

So=105 N/mm2

So=35 N/mm2

0,01 0,1 1 10 100

So=105 So=35

��GRUPPO CON BULLONE DI SICUREZZA (CON RONDELLA A MANICA)

RONDELLA A MANICA

PLASTICA

METALLO

BULLONE PARZIALMENTE

FILETTATO

RONDELLA ELASTICA

PLASTICA

METALLO

��GAMBO (RONDELLA FISSATA)

RONDELLA PIANA (OPZIONALE)

PLASTICA

METALLO��Opzione 1 Opzione 2

Opzione 3

Filettature integrate nello stampatoUno dei vantaggi dei manufatti stampati ad iniezione è lapossibilità di integrarvi molte diverse caratteristichefunzionali, come ad esempio le filettature. Questepossono essere di tipo tradizionale oppure avere profilimodificati adatti per applicazioni specifiche.Generalmente si preferiscono le filettature di grossedimensioni per i loro elevati limiti di resistenza e coppia.Per le applicazioni dove si richiede un’elevata resistenzaalla trazione o si hanno carichi di pressione elevati èpossibile utilizzare le filettature "Acme" o a dente disega.

Le filettature si suddividono in filettature interne efilettature esterne. Entrambe dovrebbero essererealizzate con un angolo di sformatura adeguato.Generalmente 0,8 mm è un valore sufficiente aprevenire sollecitazioni eccessive sull’estremità dellefilettature. Inoltre è buona pratica prevedere raggi diraccordo da 0,125 mm - 0,25 mm sulla radice dellafilettatura in modo da ridurre al minimo laconcentrazione delle sollecitazioni. La Figura V-13 riportaesempi di filettature esterne e interne.

Figura V-13. Filettature stampate con angolo di sformatura

Possibilmente le filettature esterne devono esserelocalizzate in corrispondenza del piano di chiusura deisemistampi, in modo da evitare apposite gole erientranze, oltre alla necessità di dispositivi disvitamento. Questo permette di ridurre i costidell’utensile nonché i tempi di ciclo di stampaggio. Lefilettature interne vengono di solito realizzate inserendonello stampo un’anima svitabile o richiudibile. Nel casoin cui sia sufficiente una filettatura a spira unicainferiore a 360°, questa può anche essere realizzatautilizzando un estrattore diritto per anime (cfr. figura V-14).

Figura V-14. Filettatura a spira unica

Filettature per tubi rastrematiOccorre fare particolare attenzione quando si realizzanole filettature interne per tubi rastremati che vannoaccoppiati a un tubo metallico. Queste filettatureagiscono come un cuneo che provoca un’elevatatensione circonferenziale che può spezzare ilcomponente in plastica se questo viene serratoeccessivamente. Occorre dunque provvedere a montareun sistema d’arresto positivo, ad esempio una flangia infondo alla filettatura interna ricavata nel materialeplastico.

V-9

0,8 mm

0,8 mm0,8 mm

Viti autofilettantiVi sono due tipi principali di sistemi di fissaggioautofilettanti per i manufatti in plastica: le viti filettatricie le viti autofilettanti.

Le viti filettatrici vengono generalmente usate solo sumanufatti in materiale fragile come i termoindurenti etermoplastici con percentuali di carica elevate (+50%).Queste viti eseguono la filettatura grazie a un gamboscanalato. Per il fatto che durante il loro avanzamentorimuovono del materiale, queste viti non possono essereriutilizzate, e inoltre è necessario pevedere un appositopozzetto sul fondo del foro per la raccolta dei trucioli.

Le viti autofilettanti vengono generalmente utilizzate perla maggior parte delle applicazioni con materialitermoplastici. Questi tipi di vite possono essereriutilizzate per un numero di volte limitato (3-7). Nelcaso di operazioni di montaggio e smontaggio ripetute, èbene utilizzare degli inserti metallici.Vi sono diversi tipidi viti autofilettanti espressamente realizzate per imateriali plastici.Tre fra i più comuni vi sono:

Plastite™Queste viti hanno una sezione trasversale trilobata cheesegue la filettatura rimuovendo il materiale mano amano che viene inserita. Una volta completatol’inserimento il materiale si raccoglie intorno al gambo,riducendo cos“ la sollecitazione residua nelll’aggetto cheospita il foro per la vite. Questa caratteristica conferiscealle viti Plastite™ un’elevata resistenza all’allentamentocausato dalle vibrazioni. Con queste viti si ha però unamaggiore tensione circonferenziale.

Hi-Lo™Queste viti si caratterizzano per un doppio passo conuna filettatura alta con un angolo di 30° e una filettaturabassa con angolo di 60°. Queste viti hanno un altorapporto coppia di spanatura-coppia di avvitamento, unfattore di grande importanza per i manufatti di piccoledimensioni. Con queste viti si ha una minore tensionecirconferenziale ma concentrazioni di tensione superioricausate dalle filettature ad angolo acuto.

PT™Questa filettatura presenta un angolo singolo di 30% cheriduce la tensione circonferenziale nel tassello e offreanche un elevato rapporto coppia di spanatura-coppia diavvitamento.

Norme per i dispositivi di fissaggio autofilettanti:1. La lunghezza del tratto di inserimento della vite deve

essere pari a 2,5 volte il diametro della vite.

2. Il diametro dell’aggetto deve essere pari ad almeno 2volte il diametro del foro di guida.

3. Il diametro del foro di guida deve basarsi su di unvalore pari al 50-70% del tratto di inserimento dellafilettatura. Questa percentuale può variare in funzionedel materiale e del tipo di dispositivo di fissaggio.

4. I fori con anima devono avere un angolo disformatura/lato compreso tra 1/4° e 1/2°.

5. I fori devono essere accecati o smussati fino a unaprofondità di 0,5 mm in modo da facilitarel’allineamento e ridurre le possibilità di rotturadell’aggetto.

6. Il rapporto coppia di spanatura-coppia d’avvitamentodeve essere almeno 3:1, ma la differenza tra coppia dispanatura e avvitamento è più importante delrapporto.

7. La coppia d’appoggio non deve superare di 2/3 lacoppia di spanatura.

Figura V-15. Aggetti con foro per viti autofilettanti

V-10

�� D2,0 - 2,5D 0,5 mm

D

d

InsertiCon i materiali plastici vengono utilizzati inserti di variotipo. I più comuni fra essi sono gli inserti metallicifilettati, disponibili sotto forma di dadi filettatiinternamente o prigioneri con filettatura esterna.Gli inserti metallici filettati vengono utilizzati allorché sirendono necessarie ripetute operazioni di montaggio esmontaggio, oppure quando il gruppo assemblato deveresistere allo scorrimento e al rilassamento dacompressione.Vi sono diversi metodi per installare gliinserti:

UltrasonicoQuesto metodo utilizza gli stessi sistemi impiegati per lasaldatura con ultrasuoni. Le vibrazioni ad alta frequuenzadel braccio creano calore d’attrito tra l’inserto e laplastica, provocandone la fusione all’interno dell’aggetto.Questo processo, che avviene in meno di 5 secondi,garantisce tensioni residue limitate e un’elevataresistenza alla trazione.

TermicoQuesto è procedimento è simile al precedente, in quantol’inserto viene fuso nell’aggetto, anche se in questo casoviene scaldato per mezzo di un dispositivo simile a unsaldatore. Con questo metodo relativamente lento siottiene un assemblaggio caratterizzato da tensionilimitate e da una buona resistenza alla trazione.

AutofilettaturaQuesti inserti hanno una filettatura esterna per viteautofilettante e vengono avvitati nel foro utilizzandoutensili a basso costo.

Accoppiamento forzato e ad espansioneQuesto metodo di inserimento in generale viene evitato.L’inserto viene infatti montato alla pressa dentro ilmanufatto. L’inserto a espansione viene invece realizzatoin modo da dilatarsi all’interno delle pareti lateralidell’aggetto grazie all’azione di un utensile. Entrambi imetodi trasmettono sollecitazioni elevate all’aggetto edinoltre hanno prestazioni meccaniche inferiori.

Inserti inclusi nello stampatoQuesto metodo viene spesso utilizzato per inserti digrandi dimensioni o di forma speciale. Con questatecnica l’inserto viene collocato nella cavità dellostampo, quindi si inietta il materiale plastico che loincapsula. La necessità di collocare l’inserto nellostampo comporta un aumento dei tempi di ciclo, edinoltre si possono anche verificare danni allo stampo.

V-11

Figura V-16. Tipici inserti metallici filettati Per gentile concessione di: Spirol Inserts CEM Corporation Inc. e In-X Fasteners Corp.

Inserto termico Inserto ultrasonico Inserto a espansione Inserto autofilettante

Saldatura agli ultrasuoniLa saldatura agli ultrasuoni rappresenta un metodorapido e affidabile per assemblare manufatti ricavati damateriali termoplastici identici o molto simili. L’energiaelettrica viene convertita in vibrazioni meccaniche, chegenerano calore d’attrito tra i profili combacianti deicomponenti da assemblare, e quindi la fusione localedella materia plastica. I manufatti sono mantenuti fermiin un’attrezzatura di fissaggio durante l’applicazionedell’energia ultrasonica. Dopo la fusione, la fonte dienergia viene disattivata e il pezzo rimane bloccato finoa quando la superficie di saldatura non si è solidificata.In genere il tempo di saldatura totale è intorno a 0,5-1,0secondi. Le frequenze della saldatrice standard sono paria 20 kHz, mentre sono disponibili unità da 40 kHz permanufatti delicati di piccole dimensioni.

Il fattore principale che determina la qualità di unasaldatura agli ultrasuoni è il disegno dell’area digiunzione. I due principali tipi di giunzioni sono quello ataglio e quello con convogliatore di energia. La sceltadipende dal tipo di materiale da saldare e dai requisiti diuso finale.

Giunzione a taglioGiunzioni di questo tipo vengono comunementeutilizzate con materiali semicristallini come poliammidee poliestere.A causa del loro punto di fusione elevato, leresine semicristalline spesso non consentono una buonasaldatura in presenza di giunzioni con convogliatore dienergia. Il materiale fuso che fluisce dall’area di saldaturasi risolidifica infatti rapidamente prima di saldarsi con lasuperficie opposta.

Il processo di saldatura inizia con la fusione di unapiccola area di contatto, che si allarga progressivamenteall’intera area di giunzione a mano a mano che le dueparti vengono premute l’una contro l’altra. Grazie albuon grado di miscelazione dei materiali è possibileottenere una saldatura strutturale resistente e a tenutaermetica.

Giunzioni a taglio tipiche e le informazioni sulle quotedi interferenza sono illustrate nella Figura V-17 (a-b).Similmente alle giunzioni con convogliatore di energia,anche con le giunzioni a taglio è possibile realizzarepozzetti di raccolta delle bave.

Figura V-17 (a). Giunzione a taglioIllustrazione tratta da: "Vibration Welding",Branson Ultrasonics Corp., 1980.

Figura V-17 (b). Giunzione a taglio

* Nota: I materiali igroscopici come il poliammidedevono essere saldati in condizioni DAM (dry asmoulded) in modo da prevenire saldature fragili. Questosi può ottenere saldando i manufatti subito dopo lostampaggio, oppure collocando i manufatti in sacchiimpermeabili all’umidità, cos“ da mantenere lecondizioni di essiccazione dopo lo stampaggio.

DIMENS. PEZZO INTERFERENZA(MM) PER LATO (MM)

< 18 0,2 - 0,3

18 - 35 0,3 - 0,4

> 35 0,4 - 0,5

V-12

6,35 mm

30˚– 45˚

INTERFERENZA

PASSO MINIMO 0,5 mm

PROFONDITÀ DI SALDATURA

SISTEMA DI FISSAGGIO

0,2 mm

Giunzione con convogliatore d’energiaUn convogliatore d’energia è una sporgenza triangolarerialzata ricavata su una delle superfici saldate. Esso servea concentrare l’energia ultrasonica favorendo la rapidafusione e saldatura del materiale.

Le giunzioni con convogliatore d’energia vengononormalmente utilizzate per i materiali amorfi. NellaFigura V-18 sono illustrate diverse giunzioni standard.All’interno della giunzione si possono realizzare pozzettidi raccolta delle bave (Figura V-19).

Figura V-18 (a) & (b). Convogliatore d’energia

* Minimo di 0,6 mm

Figura V-19. Assenza di baveIllustrazione tratta da: Holtz, Richard, "Vibration Welding: Fast, Quiet,Efficient".Assembly Engineering, Hitchcock Publishing.

V-13

DOPO LA SALDATURA

W

W 64

PRIMA DELLA SALDATURA

W

W 8

W 4

ACCOPPIAMENTO SCORREVOLE

W 8

3W 8

W�4

W

W 8

*

DOPO LA SALDATURA

PRIMA DELLA SALDATURA

W 4

W 8

ANGOLO DI SFORMATURA DA 3° A 5°

ACCOPPIAMENTO

LIBERO (ENTRAMBI I LATI)

W 2

W 8

W

3W 8

Saldatura a vibrazioniLa saldatura a vibrazioni è il metodo preferito perl’assemblaggio di manufatti strutturali di grandidimensioni ricavati da materiali termoplastici dellostesso tipo o molto simili. In questo processo il calored’attrito si genera avvicinando i due manufatti l’unocontro l’altro sotto pressione. Con questo processo sipossono ottenere forti legami a tenuta ermetica.

A seconda del sistema utilizzato, la frequenza di saldaturaè di 120 o 240 Hz, con ampiezze di saldatura da cresta acresta di 1,5 mm - 3,6 mm e 0,8 mm - 1,65 mm. Nellagiunzione occorre prevedere una tolleranza per questaampiezza. Il tempo di saldatura è generalmente di 2-3secondi. Il ciclo di saldatura viene descritto in modo piùdettagliato più avanti.

Figura V-20. Componenti di una saldatrice a vibrazioniIllustrazione tratta da: "Designing Parts for Ultrasonic Welding", BransonUltrasonics Corp., 1980.

I sistemi standard possono accettare manufatti di misurafino a 410 mm - 610 mm. Il moto alternativocaratteristico della saldatura a vibrazioni contribuisceanche a rimuovere dall’area di saldatura le impuritàsuperficiali, ad esempio quelle rilasciate dallo stampo.

Uno dei limiti principali di questo metodo di saldatura èdato dal fatto che la giunzione di saldatura deve essererealizzata in modo tale che il moto alternativo avvengasu di una sola superficie.Tuttavia questa può anche nonessere piana, ma curva o piegata, come nel caso deicondotti d’aspirazione per auto. Sullo stesso manufatto sipossono realizzare aree di saldatura separate su superficiparallele alla direzione di moto. Questo processo vieneusato ad esempio per realizzare scomparti per olio e gasintegrati a tenuta ermetica ricavati sui telai dellemotoseghe.

Un adeguato sistema di fissaggio è di fondamentaleimportanza per garantire una saldatura ottimale.Almomento di realizzare i sistemi di fissaggio occorre fareattenzione a impedire che le pareti del manufatto nonsostenute si pieghino durante l’operazione di saldatura.Un nuova tecnica chiamata saldatura a vibrazioni orbitalifacilita la saldatura delle pareti non sostenute creandoun moto circolare costante, cos“ che nessuna paretepossa trovarsi sulla perpendicolare rispetto alla direzionedi saldatura.

La Figura V-21 illustra alcune giunzioni tipiche cheincorporano pozzetti di raccolta delle bave per garantirele caratteristiche di esteticità del pezzo. Il pozzetto diraccolta bave deve essere sufficentemente capiente daospitare tutto il materiale fuso (le aree tratteggiatehanno sostanzialmente lo stesso volume).

Figura V-21. Giunzioni saldate per vibrazione

Illustrazione tratta da: Holtz, Richard, "Vibration Welding: Fast, Quiet,Efficient".Assembly Engineering, Hitchcock Publishing.

V-14

MOLLEELEMENTO VIBRANTE

ELETTRO- MAGNETE

ELETTRO- MAGNETE

ELEMENTO FISSO

> 0,5 mm

FUSIONE 0,4 - 0,8 mm

SUPERFICIE DI SALDATURA

SPESSORE PARETE

Altre tecniche di assemblaggioRibaditura termoplasticaLa ribaditura (con ultrasuoni, calore e gas caldo) è unacomune tecnica d’assemblaggio utilizzata per unire duemateriali diversi. Una spina o perno ricavato in uno deimanufatti di plastica entra attraverso un foro presentesul secondo manufatto. Un punzone di profilo specialeentra in contatto con la parte superiore della spina e lafonde, formando una testa che blocca il secondomanufatto. La ribaditura è un metodo semplice, veloce epermanente; questa tecnica permette di ottenere uncomplesso a tenuta ermetica con la possibilità discegliere tra una varietà di profili di testa (la Figura V-22mostra una configurazione a cupola).

Figura V-22. Ribaditura a cupola

Saldatura per rotazioneLa saldatura per rotazione è un metodo rapido e praticoper unire manufatti o superfici circolari. Gran parte deitermoplastici si possono saldare per rotazione, e inparticolare le resine rigide. La saldatura avviene facendoruotare un manufatto contro l’altro manufatto fisso adalta velocità e sotto pressione. Il calore d’attrito fondeentrambe le superfici.A questo punto la rotazione vienefermata e la pressione mantenuta costante fino a che ilmateriale non si solidifica. Con questo metodo sipossono ottenere saldature resistenti, permanenti edermetiche, mentre è invece difficile ottenere unorientamento preciso tra i manufatti. I tempi di ciclosono generalmente di 1 o 2 secondi e si possonoutilizzare sistemi standard. Una calettatura a freddo o unaspeciale sagoma sono necessarie per trasmettere il motoal manufatto in rotazione.

La giunzione di saldatura può essere piana, ad angolo, o aV, e solitamente è provvisto di una flangia per garantireuna maggiore superficie e rigidità. Le bave di saldaturapossono venire dissimulate con un opportuno disegnodella giunzione (Figura V-23).

Figura V-23.Per gentile concessione della Forward Technology Industries

V-15

��Punzone

��Acciaio

Plastica��GIUNZIONE A TAGLIO

GIUNZIONE A LINGUETTA E SCANALATURA

GIOCO 0,05 mm

1,2 t

1,5 t

0,4 mm - 0,5 mm

t

r

t •

a� a

Saldatura elettromagneticaLa saldatura elettromagnetica è una tecnicad’assemblaggio semplice, rapida e affidabile per ottenereun assemblaggio resistente ed ermetico. Un filometallico speciale viene collocato tra i due manufatti dasaldare. Il tutto viene poi esposto a un campo di caloreper induzione che fonde il filo e la plastica e forma unlegame resistente sull’interfaccia. Gli studi effettuatimostrano che la resistenza al taglio della saldatura è dicirca 35 N/mm2. Come con altre tecniche di saldatura,anche con questo metodo si possono utilizzare unagrande varietà di profili di giunzione. Nella Figura V-24 èillustrata una giunzione a linguetta.

Figura V-24.Per gentile concessione della Emabond Systems

V-16

DOPO LA SALDATURA

FERMO

FILO PER SALDATURA ELETTROMAGNETICA

PRIMA DELLA SALDATURA ��2,2 mm

1 mm

≥ 2,2 mm≥ 2,2 mm

0,5 mm

2,5 mm

�

8,25 mm

5,5 mm

1,95 mm�1 mm 0,5 mm

0,5 mm

2,85 mm

≥ 6,8 mm

��

7,9 mm5,2 mm

Parte VI

Le materie plastiche

Classificazione delle materie plastiche . . . . . . . . . . . . . VI–2

Distribuzione del peso molecolare . . . . . . . . . . . . . . . VI–4

Proprietà fisiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–5

Densità. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–5

Dilatazione termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–5

Conducibilità termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI–6

Le materie plastiche sono materiali artificiali costituiti dalunghe catene di molecole di grandi dimensioni. Ognimolecola è composta da molte unità di elementi chimiciorganici. Per questo motivo si chiamano polimeri(molte unità), o macromolecole. A temperaturaambiente il materiale è resistente e rigido, in grado disopportare un notevole carico strutturale.Alcuni diquesti materiali mantengono la rigidità anche atemperature relativamente elevate, quindi possonosostituire i componenti metallici in applicazioniparticolari come ad esempio all’interno del vano motoredelle automobili.

I materiali plastici possono essere lavorati mediantestampaggio o estrusione.

Classificazione delle materie plasticheLa classificazione generale dei materiali plastici èriportata nella Tab.VI-1.

Tab. VI-1. Le famiglie dei materiali plastici

MATERIE PLASTICHE

TERMOPLASTICI TERMOINDURENTI

CRISTALLINI AMORFI EPOSSIDICIMELAMINA

PP PC FENOLICIPE PS POLIESTERE INSATURO

PET PPS GOMMA BUTILICAPBT PPO

POLIAMMIDE (PA) PVCACETALE (POM) ABS

SANPOLISULFONEPOLIARILATO

POLIETERIMMIDEPMMA (ACRILICI)

Il materiale termoplastico viene lavorato allo stato fuso atemperature elevate, mentre le plastiche termoindurentivengono prima lavorate allo stato non polimerizzato equindi polimerizzate nello stampo. I materialitermoplastici possono essere rilavorati fondendo ilprodotto finito, mentre con un materialetermoindurente ciò non è possibile, in quantoquest’ultimo non ha un punto di fusione, e se vieneesposto alle alte temperature si degrada o si carbonizza.

I materiali termoplastici possono essere classificati indue categorie: cristallini e amorfi. La Figura VI-1 mostra lastruttura molecolare del materiale nelle sue varie forme.

VI-2

Parte VI: Le materie plastiche

Figura VI-1. Struttura molecolare dei polimeri cristallini e deipolimeri amorfi

a) Solido polimero amorfob) Cristallo di polimero a catena piegatac) Catena lunga - Fibra polimero estrusod) Polimero semicristallino

La struttura molecolare dei polimeri cristallini evidenziala piegatura periodica delle molecole, mentre i polimeriamorfi sono costituiti da catene polimeriche mescolatealla rinfusa.

Quando vengono riscaldati, i polimeri cristallinipresentano un punto di fusione distinto (Tm) e sitrasformano da plastica rigida in un liquido moltoscorrevole. I polimeri amorfi variano gradualmente laloro rigidità al crescere della temperatura.A temperaturaambiente sono rigidi, e si ammorbidiscono superata latemperatura di transizione (Tg), fino a diventare liquidialle alte temperature.

La Figura VI-2 mostra la dipendenza del modulo dallatemperatura per i diversi tipi di materiali plastici.

Figura VI-2. Caratteristiche meccaniche dei vari materialiplastici

Nelle condizioni reali di stampaggio la maggior parte deipolimeri cristallini non riesce a completare latrasformazione allo stato cristallino, e dà quindi vita azone cristalline alternate ad altre amorfe. Per questomotivo essi vengono talvolta chiamati polimerisemicristallini. La proporzione delle due fasi dipendedalla velocità di raffreddamento durante lo stampaggio.Un’elevata velocità di raffreddamento darà una maggiorepercentuale di fasi amorfe, come mostrato nella FiguraVI-3 relativa a un materiale poliammide 6.

Poiché un polimero semicristallino contiene sia fasicristalline sia fasi amorfe, esso presenterà sia una fase ditransizione sia un punto di fusione chiaramente definito.

Figura VI-3.Comportamento di volume rispetto a temperaturadel poliammide 6

VI-3

c.

b.

d.

a.

M O D U L O

TEMPERATURA Termoplastico amorfo

Termoplastico semicristallino Termoindurente con zona di transizione

Termoindurente senza zona transizione

500 100 150 200 250 300˚C

1,08

1,04

1,00

0,96

0,92

0,88

0,84

0,80

Amorfo

Cristallino 100%

Poliammide 6 tipico

Temperatura

Vol

ume

spec

ific

o

cm

3

g

Distribuzione del peso molecolareLa lunghezza della catena di molecole dei vari materialiplastici può variare di molto. La distribuzione delle varielunghezze, ovvero del peso molecolare, genera una curvaa campana come indicato nella Figura VI-4.

Figura VI-4. Molecular Weight Distribution of Polymers

Il valore della media ponderata (Mw) della distribuzionedel peso molecolare influisce su importanti proprietàfisiche, ad esempio la viscosità della massa fusa e laresistenza meccanica del manufatto.

L’intero spettro delle distribuzioni del peso molecolare sipuò ottenere attraverso una tecnica di laboratorioanalitica chiamata Gel Permeation Chromatography(GPC - cromatografia a permeazione di gel). Questometodo è tuttavia piuttosto lungo e costoso.Un’alternativa più semplice per valutare il valore relativodi un certo polimero consiste nella tecnica MI (MeltIndex - indice di massa fusa). La plastica fusa vienecollocata in una camera capillare riscaldata e viene poifatta passare attraverso un ugello sotto la spinta di unpistone azionato dalla gravità di un peso specificato. Laquantità di plastica raccolta sul fondo della cameracapillare in un dato tempo viene chiamata Melt Index, equesto numero si riferisce al peso molecolare delcampione. Maggiore è il numero e minore sarà il pesomolecolare.Vi sono altri metodi simili ma un po’ piùcomplicati per calcolare la distribuzione del pesomolecolare.Tra questi vi sono le tecniche FAV (FormicAcid Viscosity) e IV (Intrinsic Viscosity). Il primo vienenormalmente utilizzato per i materiali in poliammide, ilsecondo per quelli in PET termoplastico.

VI-4

Peso molecolare dei polimeri

Mn : Numero medio peso molecolareMw : Media ponderata del peso molecolare

• • •

Lunghezza catena I1

I2 • • • In

Popolazione n1

n2 • • •

nn

Popo

lazio

ne N

n2

nn

Lunghezza catenaI1 I2 InMn Mw

n1

Proprietà fisicheLe materie plastiche hanno proprietà fisiche moltodiverse rispetto ai materiali metallici. Di seguitoverranno confrontate alcune proprietà chiave rispetto aimateriali metallici.

DensitàLa plastica è molto più leggera della maggior parte deimateriali metallici, come indicato nella Figura VI-5. Imateriali plastici sostituiscono dunque i metalli in molteapplicazioni dove è richiesta una limitazione del peso.

Figura VI-5. Peso specifico

Dilatazione termicaI materiali plastici modificano notevolmente le lorodimensioni in base alla temperatura. Quindi nelprogettare un prodotto in plastica è necessario calcolarele variazioni dimensionali in base al campo ditemperature d’esercizio, in modo da verificare che ledimensioni critiche rimangano entro i limiti imposti.Nella Figura VI-6 vengono messi a confronto icoefficienti di dilatazione termica di diversi materiali.

Figura VI-6. Coefficiente di dilatazione termica

VI-5

��0

1

2

3

4

5

6

7

8��

1,131,49

2,77

7,75

Peso specifico Confronti relativi

Peso

spec

ifico

g/cm

3

Poliammide senza carica

Poliammide con

vetro

Alluminio Acciaio

Dilatazione termica Confronti relativi

0

25

50

75

100

��Di

lata

zion

e (x

10–6

mm

/mm

. °C

)

83

38

24

14

Poliammide senza carica

Poliammide con

vetro

Alluminio Acciaio

Conducibilità termicaI materiali plastici non sono buoni conduttori di calore.A confronto dei metalli, essi sono meno conduttori dicirca due ordini di grandezza. La plastica è dunque unbuon isolante termico. Questa caratteristica termica puòdiventare un fattore positivo o negativo a secondadell’applicazione. La Figura VI-7 riporta i valori diconducibilità termica di diversi materiali plastici rispettoad altri materiali.

VI-6

Figura VI-7.Conducibilità termica dei solidi, liquidi e gas in base alla temperatura

Illustrazione tratta da:Arpaci,Vedal S., "Convection Heat Transfer",Addison-Wesley.

Alluminio

Rame

Temperatura assoluta °R200150 300 400 500 700 15001000 2000

PBT 30% vetro

Poliammide 30% vetro

ABS Polietilene

AcetalePolipropilenePoliammide

Policarbonato

Polistirene

Cloruro di polivinile

Zinco (solido)

Sodio (liquido)

Zinco (liquido)

Acciai legati

Potassio (liquido)

Acciai altolegatiPiombo (liquido)

Mattone di magnesite

Mattone di silice

Mattone refrattario Missouri

700

400

200150100

40

70

201510

7,0

4,0

2,01,51,0

0,7

0,4

0,20,150,10

0,07

0,04

0,020,0150,010

0,007

Ghiaccio

Acqua

Aria

Ferro

MATERIE PLASTICHE

Diatomite 160 kg/m3

Benzene (gas)

Metano Anidride carbonica

Acciai a basso tenore di carbonio

0,07

0,08

0,090,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,91,0

2,0

W/mK

Cond

ucib

ilità

term

ica

Parte VII

Proprietà fisiche

Le proprietà meccaniche delle materie plastiche . . . . . VII–2

Proprietà a breve termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–2

Gole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–2

Gradualità del carico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–2

Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–4

Invecchiamento termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–4

Umidità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–5

Considerazioni dimensionali (assorbimento di umidità) VII–6

Effetti dell’umidità. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–6

Variazioni dimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–6

Condizionamento accelerato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–6

Modifiche delle proprietà a seguito della lavorazione. . VII–7

Additivi (colore) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–8

Raggi ultravioletti (UV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–8

Sostanze chimiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–8

Proprietà a lungo termine: scorrimento, rilassamento

e durata d’esercizio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–9

Coefficiente d’attrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII–11

Le proprietà meccaniche delle materieplasticheLe proprietà meccaniche dei materiali plastici possonovariare a seconda dell’ambiente, della durata del caricodi servizio, del tipo di carico, della configurazione delmanufatto, ecc. Dunque le proprietà a breve termine nonsi possono sfruttare per applicazioni a lungo termine. E’necessario pertanto garantire proprietà applicabili inbase alle condizioni di servizio e alle previsioni di duratadel prodotto.

Nell’Appendice I vengono elencate le definizioni didiverse proprietà fisiche e la terminologia.

Proprietà a breve termineLe proprietà meccaniche standard si misuranosolitamente tramite i metodi di prova fissati da AmericanStandard Testing Materials (ASTM) o InternationalStandard Organization (ISO). Entrambi gli standard sonoriportati nell’Appendice II. Le proprietà delle singoleresine elencate si possono trovare nei tabulati delprodotto della AlliedSignal (i dati del prodotto per tuttele singole resine sono inoltre disponibili via Internet;contattare AlliedSignal per ulteriori informazioni).

Figura VII -1.Provini

La Figura VII-1 illustra i provini utilizzati per alcuneprove standard. Le proprietà materiali possonocomunque essere notevolmente influenzate dai fattoriseguenti:

GoleLe gole o gli spigoli vivi creano concentrazioni ditensione e possono indurre cedimenti prematuri.Quando si realizza un manufatto di plastica occorrequindi evitare variazioni brusche di sezione.

Gradualità del carico Un’applicazione improvvisa del carico tende a ridurrel’allungamento del materiale plastico, con conseguentipossibili rotture per distacco.Alcuni materiali sono piùresilienti di altri da questo punto di vista. La resistenzadel materiale agli effetti combinati delle gole e degli urtiviene misurata attraverso la prova di resilienza Izod conprovino con intaglio. La geometria del provino Izod èillustrata nella Figura VII-2. L’influenza del raggiodell’intaglio sulla resistenza all’urto è raffigurata nellaFigura VII-3; essa indica la sensibilità dei vari materialialla presenza di gole. La resistenza all’urto dei materialiviene misurata in modo più efficace mediante la provad’urto a caduta (vedere la Figura VII-4 per il metodo diprova). Quest’ultima offre una classificazione deimateriali molto diversa rispetto a quelle ottenute con ilmetodo Izod, come indicato nella Figura VII-5.

VII-2

Parte VII: Proprietà fisiche

PROVA D'URTO IN CADUTA

TIPO DI TRAZIONE II

FLESSIONE, DTUL, IZOD, FIAMMA

CARICO DI ROTTURA

Figura VII-2.Provino per prova d’urto

Figura VII-3.Resistenza all’urto Izod e raggio dell’intaglio

Figura VII-4.Prova d’urto a caduta

Figura VII-5.Valori di prova d’urto a caduta rispetto ai valori diresistenza all’urto Izod di vari termoplasticimeccanici

VII-3

Peso in caduta(J)

Prova Izod(J/m)

Policarbonato >240Poliammide 6 183Poliammide 6.6 modificato 170Copolimero Poliammide 6 170PBT 129Poliammide 6.6 102Poliammide 6 nucleato 102Poliammide 6 rinforzato30% vetro 8Policarbonato rinforzato20% vetro 2,7Poliammide 6.6 rinforzato 30% vetro 2,0PBT rinforzato 30% vetro 1,4

Poliammide 6.6 modificato 160Copolimero poliammide 6 133Policarbonato 123PPO modificato 101Policarbonato rinforzato20% vetro 96PBT rinforzato 30% vetro 69Poliammide 6 rinforzato30% vetro 69PBT 43Poliammide 6.6 32Poliammide 6 27Poliammide 6 nucleato 21

10,16

31,75

63,5

12,7

45°

R 0,254

RESI

NA 8

202

PER

USO

GENE

RALE

(2,5

% M

.C.)

COPOLIMERO CAPRON® 8253 (S

ECCO)

RESINA 8202 PER USO GENERALE (SECCA)

NYLON RINFORZATO CON VETRO (SECCO)

Raggio intaglio, 1/100 mm

Re

sist

en

za a

ll'u

rto

Izo

d J

/m i

nta

gli

o

OO

100

200

300

400

500

600

700

1,25 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0

�

��Tubo

(sezione) Particolare

Peso superiore

Provino

Sezione provino/anello

Anello

Vista dall'alto

TemperaturaLe proprietà delle materie plastiche varianonotevolmente a seconda della temperatura. La Figura VII-6 riporta le variazioni di proprietà tipiche in base allatemperatura. Nella progettazione di un manufatto inplastica occorre tenere conto dei valori delle proprietàalle varie temperature d’esercizio.Talvolta il valore DTUL(Deflection Temperature Under Load, temperatura diflessione sotto carico) viene utilizzato per l’analisi deigradi destinati all’impiego a temperatura elevata.L’apparato per le prove è illustrato nella Figura VII-7. Ilmetodo si basa tuttavia su di un valore di flessionespecifico rilevato durante il test piuttosto che su di uninsieme di informazioni raccolte nel tempo. I risultatidevono quindi essere utilizzati in unione con altri dati.

Figura VII-6.Curva di sollecitazione-deformazione della resinaPetra® 130 alle varie temperature

Figura VII-7. Dispositivo per prova DTUL

Invecchiamento termicoLa plastica si degrada se esposta per periodi prolungati atemperature elevate. La Figura VII-8 illustra l’effettodell’invecchiamento da calore su di un prodotto inpoliammide Capron®. La Figura VII-9 mostra invece inche modo un intenso invecchiamento da calore puòinfluire sui prodotti termoplastici.

VII-4

-40° C

23° C

93° C

149° C

DEFORMAZIONE (% ALLUNGAMENTO)

SOLL

ECIT

AZIO

NE

LIQUIDO DI IMMERSIONE RISCALDATO

BARRETTA

��TERMOMETRO

INDICATORE A QUADRANTE

CARICO

Figura VII-8.Effetti dell’invecchiamento per calore

Figura VII-9. Resistenza a fatica della resina Petra® 130 prima edopo l’invecchiamento da calore

UmiditàIl poliammide 6 o 6.6 assorbono umidità dall’aria edall’ambiente. Pertanto le proprietà meccaniche e ledimensioni variano in base alla quantità di umiditàassorbita. La Figura VII-10 indica la variazione del modulodi flessibilità a causa di temperatura e umidità (cfr. ilparagrafo successivo "Considerazioni dimensionali -Assorbimento di umidità").

Figura VII-10. Modulo di flessione in base alla temperatura eall’umidità della resina Capron® 8202

VII-5

Effetto dell'invecchiamento per calore sulla resistenza alla trazione della resina Capron® 8233G HS BK-102

%m

ante

nim

ento

della

resi

sten

zaa

trazi

one

125

100

75

50

25

05000 1000 1500 2000

Tempo (ore)

121°C 149°C 177°C

Legenda:

Solle

cita

zion

e,N/

mm

2

Numero di cicli alla rottura

Stampato Invecchiamento da calore 650 ore a 200 °C

Legenda:

60

70

40

50

30

10

20�

1E3 1E4 1E5 1E6 1E7 1E8

Mod

ulo

difle

ssio

ne(N

/mm

2 ) DAM 50% RH

Temperatura (°C)

��0

500

1000

1500

2000

2500

50 100 150 180

Legenda:

Considerazioni dimensionali(assorbimento di umidità)Effetti dell’umiditàTutte le resine poliammide sono igroscopiche. Laquantità e il tenore di umidità assorbita dall’atmosferadipendono dall’umidità atmosferica e dalla temperaturaambiente. Uno studio della AlliedSignal ha evidenziatoche negli Stati Uniti l’umidità relativa media annua variatra il 40 e il 60%.

Al momento di realizzare i manufatti in poliammide iprogettisti dovranno quindi tener conto di questofattore. La prassi comune è quella di scegliere il 50% diumidità relativa a 23°C e basare la progettazione suivalori delle proprietà in queste condizioni.

Con l’assorbimento di umidità il poliammide aumenta laresistenza all’urto, la solidità e le dimensioni, mentrediminuiscono le proprietà di resistenza e rigidità. Iltempo impiegato dal poliammide per raggiungerel’equilibrio dipende dallo spessore. Il tenore d’assorbimentodi umidità della resina Capron® 8233 (poliammiderinforzato 33% vetro) viene indicato nella Figura VII-11.

Figura VII-11.

Variazioni dimensionaliCome si osserva in Figura VII-12, i manufatti inpoliammide si dilatano se esposti all’umidità. Questevariazioni sono di piccola entità e devono essereconsiderate soltanto per i manufatti con grandidimensioni o tolleranze ristrette.

Figura VII-12.

Condizionamento acceleratoPer alcuni particolari con requisiti critici dal punto divista dei valori dimensionali o di resistenza all’urto puòessere necessario un processo di condizionamento perumidificazione prima dell’uso o del collaudo.Immergendo i manufatti in acqua a temperaturaambiente o in acqua calda si possono accelerare i tempiper ottenere il tenore di umidità desiderato (confrontarele Figure VII-11 e VII-13).

Per altri materiali vedere il manuale "Considerazionidimensionali".

Figura VII-13.

VII-6

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

02 4 6 8 10 12

1,5 mm 3,2 mm

6,4 mm

TEMPO (MESI)

TEN

OR

E D

I UM

IDIT

À

TENORE DI UMIDITÀ RISPETTO AL TEMPO 50% RH & 23°C

RESINA CAPRON® 8233 RINFORZATA 33% VETRO CON DIVERSI SPESSORI

25

20

15

10

5

0

10

8

6

4

2

020 40 60 80 100

VARIAZIONE DIMENSIONALETENORE DI UMIDITÀ IN EQUILIBRIO

LEGENDA:

UMIDITÀ RELATIVA (%)

Vari

azio

ne d

imen

sion

ale

(µm

/mm

)

Teno

re d

i um

idità

in e

quili

brio

(%)

8233

TEMPO (ORE) TEMPO (ORE)

TEN

OR

E D

'UM

IDIT

À %

TEN

OR

E D

'UM

IDIT

À %

CAPRON® 8233ACQUA A TEMPERATURA AMBIENTE

CAPRON® 8233Acqua a 80°C

10

5

2

1

0,5

0,2

2 5 10 20 50 100

10

5

2

1

0,5

0,2

0,2 0,5 1,0 2 5 10

1,5 mm

3,2 mm

6,4 mm

1,5 mm

3,2 mm

6,4 mm

Figura VII-14. Modifiche delle proprietà a seguito dellalavorazioneL’orientamento delle fibre, una caratteristica introdottadallo stampaggio, modifica le proprietà del manufatto,poiché la resistenza meccanica sarà maggiore indirezione del flusso e minore in direzione trasversale(vedere Figura VII-14). La Figura VII-15 riporta un tipicoprofilo di proprietà di una struttura a conchiglia inmateriale Petra® 130 stampato a iniezione.

Il manufatto stampato sarà anche molto fragile sulla lineadi saldatura, soprattutto nel caso dei materiali rinforzaticon vetro (Figura VII-14).Anche una presenza eccessivadi materiale rigenerato comporta una riduzione dellaresistenza meccanica. Una preparazione inadeguata,come ad esempio l’essiccazione insufficiente dellaresina, ed un trattamento non ottimale, favoriscono ladegradazione della resina, compromettendone leproprietà fisiche.

VII-7

PUNTO DI INIEZIONE

LONGITUDINALE (barra flessibile)

PUNTO DI INIEZIONE

TRASVERSALE (piastra)

ORIENTAMENTO DELLA FIBRA Polimeri rinforzati con vetro

Più resistente

Più debole

Più resistente

Più debole

Linea di saldaturaForo formato dal

perno dello stampo

Figura VII-15.Variazioni delle proprietà con orientamento della fibra in una struttura a conchiglia in materiale Petra®

130 stampato

Dove: L - Direzione longitudinaleT - Direzione trasversale

Resistenza alla flessione

Resi

sten

za a

lla fl

essi

one

(N/m

m2 )

Modulo di flessione

Mod

ulo

di fl

essi

one

(N/m

m2 )

Prova all'urto Izod

Prov

a al

l'urt

o Iz

od

(J/m

)

L T0

50

100

150

200��L T0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000��0

20

40

60

80��TL

Additivi (colore)Il nerofumo o i coloranti influiscono sulla resistenza.L’effetto dei coloranti varia in base agli ingredienti e allaquantità utilizzata per ottenere un colore specifico.

Raggi ultravioletti (UV) I raggi ultravioletti influiscono sulla catena dellastruttura polimerica e indebolisce le proprietà fisichedella plastica. Gran parte della degradazione è localizzatasullo strato più esterno e quindi lo scadimento dellaresistenza totale è minimo. Si possono però avere effettinotevoli sull’aspetto superficiale. La AlliedSignal offremateriali speciali resistenti ai raggi UV. Questi sonoformulati in modo da migliorare l’aspetto superficiale equindi la durata del materiale.

Sostanze chimiche Talune sostanze chimiche attaccano la plasticacompromettendone le proprietà fisiche. Ogni polimerosi comporta in modo diverso quando viene esposto allevarie sostanze. E’ dunque necessario fare riferimento allatabella della resistenza chimica di ogni materiale (vederela guida alla resistenza chimica di Capron® e Petra®)allo scopo di assicurarsi che l’ambiente non sia dannosoper il materiale plastico utilizzato; si consiglia comunquedi effettuare delle prove.

VII-8

Proprietà a lungo termine: scorrimento,rilassamento e durata d’esercizioQuando viene applicato un carico permanente a unmanufatto in plastica, questo con l’andare del temporegistrerà un allungamento o cedimento. L’entitàdell’allungamento dipende dalla portata del carico edalla durata, nonché dal fatto se il carico sia costante odiminuisca nel tempo. Questa variazione dipendente daltempo viene chiamata "scorrimento"; il fenomeno èillustrato nella Figura VII-16 (A).

Quando viene applicato un carico elevato (Figura VII-16A) lo scorrimento continua fino a portareall’eventuale cedimento del manufatto. Se invece ilcarico viene applicato e poi fissato, la sollecitazionediminuisce con il tempo (Figura VII-16B). Quest’ultimocaso è noto come "rilassamento". Questo fenomeno sipuò osservare nei gruppi di assemblaggio, come adesempio quelli con componenti fissati meccanicamente.

VII-9

Figura VII-16.

��w

w

Lo + ∆ L Lo Lo + ∆LLo + ∆LLo + ∆L + ∆c Lo

∆c = Scorrimento

Tempo = 1 min

Tempo = 1 min

Tempo = T

Tempo = T

∆L ∆L ∆L ∆L �∆c

A) Scorrimento per trazione (Peso elevato)

B) Rilassamento (Carico in diminuzione)

Deformazione iniziale

(scorrimento a breve termine)

Lettura su dinamometro

Lettura su dinamometro

La "deformazione per scorrimento" si aggiunge alladeformazione elastica iniziale, ottenendo ladeformazione totale. La deformazione elastica può essereimmediatamente recuperata una volta tolto il carico. Ladeformazione per scorrimento non viene invecerecuperata subito, ma ci vuole un qualche tempo dopoche il carico è stato rimosso. Generalmente, unanotevole percentuale di deformazione per scorrimentonon è ricuperabile. L’entità della deformazione perscorrimento e la velocità di allungamento dipendono dalcarico applicato. Più elevati sono il carico o lasollecitazione, maggiore sarà la deformazione e lavelocità d’allungamento (Figura VII-17).

Figura VII-17.Deformazione per scorrimento che evidenzia ladipendenza dalla sollecitazione e dal tempo

L’attenuarsi della sollecitazione avviene più rapidamentein presenza di un’elevata sollecitazione iniziale, comeindicato nella Figura VII-18. Sulla base di questoprincipio, riducendo la sollecitazione in un’applicazionecon fissaggio meccanico si attenua il venir meno dellaforza di serraggio.

Il tempo di deformazione e rottura dipende dal livello disollecitazione.Tracciando su un grafico il tempo dirottura rispetto al livello di sollecitazione applicata sipuò riscontrare una relazione lineare approssimativa.Aquesto punto, è possibile prevedere la durata di uncomponente soggetto a un carico elevato.L’estrapolazione di una curva del tempo oltre i dieci anninon è consigliabile. Esempi dello schema di previsionedella durata sono riportati nelle Figure VII-19 e 20.

Figura VII-18.Rilassamento da compressione di poliammiderinforzato con il 33% di vetro

VII-10

Sollecitazione in aumento

101 102 103 104 105

Tempo (ore)

Loga

ritm

o de

form

azio

ne p

er s

olle

cita

zion

e

σ3

σ2

σ1

σ3 > σ2 > σ1 ��S t/S 0 50 100 150 200Tempo (ore)

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0

SO = 35 N/mm2 SO = 70 N/mm2 SO = 105 N/mm2

Legenda:

Figura VII-19. Estrapolazione di una curva scorrimento-rotturaper la previsione della durata

Figura VII-20. Curva di pressione e del tempo di rottura deigruppi ruote (caricati con aria) a 23°C

Coefficiente d’attritoIl coefficiente d’attrito COF (µ) viene definito nellanorma ASTM D-1894 come il rapporto tra la forzad’attrito (F) e la forza, solitamente di gravità, che agisceperpendicolarmente alle due superfici a contatto (N).Pertanto µ = F/N, ed è quindi un valore adimensionale. Ilvalore COF misura la difficoltà relativa di una superficiea scorrere sopra un’altra. Il valore COF statico (µs) indicala forza necessaria per iniziare il movimento. Il valoreCOF cinetico (µk) indica invece la forza necessaria a farcontinuare il movimento. Normalmente µs è maggiore diµk. Minore è il valore COF, più facile sarà far scivolare unmanufatto su di un altro.

I dati COF seguenti sono stati tratti dal test ASTM D-1894, in cui una slitta ricavata da un determinatomateriale viene collocata su di una superficie eseguitacon un secondo materiale (vedere Figura VII-21). Questaprova è molto sensibile alle irregolarità superficiali, alleimperfezioni e alla deformazione del provino. Sebbene idati presentati nella Tabella VII-1 vengano ritenutirappresentativi, si raccomanda un approccio progettualemolto cauto.

Figura VII-21.

VII-11

101 102 103 104 105

Tempo (ore)Loga

ritm

o so

lleci

tazi

one

(σ10

00)

Tempo, (ore)

Pres

sion

e, N

/mm

2

•CAPRON 8267

CAPRON 8233 x PETRA 130

10

1

0,1

••••

•

x x x

1 10 100 1000 10.000 100.000

CAPRON 8267 CAPRON 8233

PETRA 130 PRESSIONE D'ESERCIZIO

��N

µN

W

F

N = W

F = µN

Tabella VII-1. Coefficiente d’attrito

VII-12

Prodotto

CAPRON®

8200 HS 0,26 0,21 0,17 0,16

8202C HS 0,53 0,33 0,24 0,16

8224 HS 0,48 0,47 0,23 0,17

8253 HS 0,33 0,32 0,25 0,16

8254 HS BK-102 0,48 0,47 0,32 0,22

8350 HS 0,35 0,32 0,25 0,17

8351 HS BK-102 0,4 0,35 0,25 0,18

D-8358 HS BK-102 0,39 0,38 0,25 0,19

8233G HS 0,34 0,32 0,25 0,16

8267G HS 0,3 0,22 0,23 0,17

D-8333G HS GY5723 0,34 0,32 0,26 0,17

8360 HS 0,41 0,22 0,23 0,15

PETRA®

130 0,22 0,21 0,15 0,13

230 0,37 0,27 0,2 0,15

D-242 BK-112 0,33 0,32 0,21 0,16

132 0,33 0,32 0,18 0,15

DIMENSION®

D-9000 0,25 0,24 0,18 0,15

D-9130 0,38 0,37 0,17 0,14

Capron®, Petra® e Dimension® sono marchi depositati della AlliedSignal Inc.

POLIMERO SU POLIMERO POLIMERO SU ACCIAIO

STATICO CINETICO STATICO CINETICO

Stampaggio di corpi con cavità . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII–2

Stampaggio ad iniezione parziale . . . . . . . . . . . . . . . . VIII–3

Stampaggio ad iniezione completa . . . . . . . . . . . . . . . VIII–3

Parte VIII

Stampaggio ad iniezione a gas

Lo stampaggio ad iniezione a gas viene impiegato inparte per stampare particolari a grande area di sezione.Questo metodo consente di produrre manufatti di grandidimensioni dimensionalmente stabili e caratterizzati daottime proprietà superficiali e meccaniche. Il processo agas può anche favorire il contenimento dei costi, inquanto riduce i tempi di ciclo e richiede l’utilizzo di unaminore quantità di materiale.

Lo stampaggio ad iniezione a gas è una tecnica distampaggio ad iniezione per cui la cavità dello stampoviene parzialmente riempita con plastica fusa.A questofa seguito l’iniezione nella massa fusa di un gas inerte,solitamente azoto.A seconda del tipo di processo, il gaspuò essere introdotto attraverso l’ugello della macchinanel canale principale oppure nel manufatto stesso. Lapressione del gas viene mantenuta per l’intero ciclo diprocesso, fino all’espulsione del manufatto. In questomodo il gas riempie lo spazio creatosi in seguito allariduzione di volume della plastica durante ilraffreddamento, uniformando le depressioni superficialie riducendo notevolmente le tensioni che possonoprovocare deformazioni nel manufatto.Generalmente vi sono tre modi di utilizzare lostampaggio ad iniezione a gas:

1. Stampaggio di corpi con cavità2. Stampaggio ad iniezione parziale3. Stampaggio ad iniezione completa

Stampaggio di corpi con cavitàQuesto metodo viene normalmente utilizzato perstampare manufatti come braccioli di sedie e vari tipi dimaniglie e impugnature, tra cui ad esempio quelle dimotoseghe, automobili ed elettrodomestici. La sezionetrasversale finale viene determinata dalla geometria delmanufatto, dai flussi di gas e di resina, dal tipo dimateriale e dal tenore della carica. Nella Figura VIII-1vengono indicate alcune sezioni trasversali. L’areacircolare massima è generalmente limitata a 32 mm.

Figura VIII-1.Tratto da: "Application of Gas Injection Technology" di Matthew Sayer,Cinpress, Ltd.

(A) Un’animacircolare vieneprodotta durantela fase 2 diflusso, la qualemantiene la suaforma durante lafase 3 dicompressione.

(B) Uncontrostamporettangolarecomporta unospessore piùelevato sui laticorti.

(C) La sfasatura dellafase 2 di flussocrea sezionipiene sul latoopposto.

Fase 1. Iniezione del materiale plasticoFase 2. Iniezione del gasFase 3. Compressione che genera la forma

definitiva del canale

VIII-2

Parte VIII: Stampaggio ad iniezione a gas

�A

��B

��Fase 2 Flusso

Massima area circolare 32 mm max

Azione di raffreddamento del metallo circostante

C

Stampaggio ad iniezione parzialeQuesto metodo viene normalmente utilizzato per icomponenti strutturali per i quali sono richiestenervature piuttosto spesse per garantire un’elevatarigidità. I canali del gas vengono generalmenteposizionati in modo tale che il gas scorra lungo la basedelle nervature e sotto i rilievi, comprimendo cos“ ledepressioni superficiali. I canali possono anche correrelungo la base delle pareti laterali in modo da contribuirea rendere rigido il manufatto e prevenire ledeformazioni. Nella Figura VIII-2 vengono riportati alcuniesempi di configurazione di questi canali.

Figura VIII-2.Riferimento: "Design Tips for Gas-Assisted Injection Molding",diagramma delle configurazioni di nervature fornito da Indra Baxi dellaSajar Plastics, "Plastics Design Forum" (luglio/agosto 1990).

A. Nervatura verticale

B. Nervatura a ponte

C. Laterale

D. Angolare

E. Canali creati utilizzando il controstampo.

Stampaggio ad iniezione completaIn questo caso la cavità dello stampo vienecompletamente riempita con plastica prima che vengaintrodotto il gas. La formazione dell’anima si limita allariduzione di volume della plastica. Questo metodo vieneutilizzato soprattutto per realizzare manufatticaratterizzati da un’estetica gradevole per i qualil’eliminazione delle depressioni superficiali haun’importanza fondamentale. Questo vale in particolarmodo per i manufatti destinati alla verniciatura o allacromatura, come ad esempio corpi di specchi o manigliedi porte.

VIII-3

��A

�B

�C

�D

��A

�B

�C ��

D

Parte IX

Finitura

Galvanotecnica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–2

Verniciatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–2

Stampa/Stampa a caldo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–2

Lavorazioni meccaniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX–3

Trattamenti superficiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX -3

GalvanotecnicaLa resina poliammide 6 rinforzata Capron® 8260, messa apunto per consentire la placcatura, assicura un’ottimaadesione galvanica e caratteristiche estetiche ottimali. Lagalvanotecnica può essere utilizzata per migliorare laconducibilità, la schermatura e/o l’aspetto esteriore. Unprocesso di preplaccatura elettrolitica al rame o nichelprepara la superficie per il processo galvanotecnicofinale al rame, nichel e cromo in sequenza. Si possonopoi utilizzare anche altri materiali. Per ottenere unprodotto finale efficace occorre attenersi alle normeseguenti:

a) evitare cavità profonde o spigoli vivi

b) raccordi ampi per evitare depositi di residui.

Le cavità profonde devono essere prive di depositi diplaccatura; in alcuni casi può essere necessaria unapreparazione della superficie. Lo spessore totale dellaplaccatura varia da 0,025 mm - 0,125 mm. Per ulterioriinformazioni consultare il manuale di finituraAlliedSignal.

VerniciaturaLa maggior parte delle materie plastiche, in particolare leresine amorfe, possono essere sottoposte a verniciatura.Grazie alla speciale preparazione della superficieeseguita per garantire una migliore adesione (la pulituraè essenziale), si possono verniciare anche le materieplastiche più difficili, cioè PE, PP e acetale, che hannouna superficie più scivolosa e una resistenza chimicaelevata.

Anche i materiali della AlliedSignal sono adatti allaverniciatura. Il poliammide, il PPO/poliammide o il PETsono ottime resine per la verniciatura, soprattutto inquei casi in cui è richiesta la polimerizzazione ad altatemperatura. Un importante vantaggio è la capacità diresistere alle alte temperature per periodi di tempoprolungati senza ammorbidirsi.

Stampa/Stampa a caldoTutti i metodi di stampa conosciuti risultano essereefficaci quando vengono utilizzati sui materialiAlliedSignal. Una preparazione specifica della superficiepuò rendersi necessaria allo scopo di garantire unamigliore adesione della stampa.A questo riguardo, unasuperficie ben pulita rappresenta l’operazione dipreparazione più importante.

IX-2

Parte IX: Finitura

Lavorazioni meccanicheIl poliammide, il PET o le combinazioni diPPO/poliammide possono essere facilmente lavoratiutilizzando le tradizionali macchine utensili adasportazione. Le tecniche di taglio dei materiali plasticisono diverse da quelle usate per i metalli, e quindioccorre preparare il materiale in modo adeguato.Almomento di eseguire la lavorazione, bisogna ricordarsidi:

• provvedere al raffreddamento durante il taglio

• utilizzare un tagliente con angolo di spoglia,soprattutto in presenza di resine rinforzate

• fornire un solido supporto nell’area di taglio

• applicare forze di taglio ridotte

• utilizzare possibilmente utensili in carburo

• utilizzare utensili con tagliente arrotondato.

Trattamenti superficialiOggi per la plastica è possibile scegliere tra una grandevarietà di trattamenti e colorazioni superficiali. Entrambiquesti trattamenti possono essere integrati nella fase distampaggio del manufatto senza necessità di ulteriorioperazioni di finitura. Il processo di stampaggio ainiezione replica con precisione la superficie dellostampo. I requisiti superficiali vengono definiti in baseall’uso cui è destinato il manufatto e/o in base allecaratteristiche estetiche desiderate. Una superficie lisciae uniforme è spesso preferita per la placcatura e laverniciatura, mentre molte applicazioni richiedonoun’elevata lucentezza.Tuttavia, sono molto richiesteanche le superfici opache o a grana grossolana, inquanto sono meno scivolose, creano contrasto,nascondono le depressioni superficiali nonché i segni diusura e deterioramento.

Spesso la finitura di stampaggio viene specificata inmodo arbitrario oppure viene del tutto tralasciata. Unaguida pratica alla scelta della finitura superficiale è la"SPI Mould Finish Guide", fornita dalla Society of thePlastics Industry. Dove possibile, la finitura deve essereindicata con il corrispondente codice SPE/SPI.

Le superfici dello stampo uniformi opache e a granagrossa di solito sono meno costose di una finitura adelevata lucentezza e si possono ottenere mediantesabbiatura umida, mentre con la lavorazione meccanicao l’attacco chimico si possono realizzare una varietà didisegni e finiture superficiali. Un’ampia selezione difiniture viene fornita dalle aziende specializzatenell’incisione degli stampi.

IX-3

Parte A1

Appendice I

Anisotropia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Fragilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Densità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Duttilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Elasticità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Attrito e usura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Durezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Isotropia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Scivolosità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–2

Ritiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

Sensibilità agli intagli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

Plasticità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

Peso specifico (densità relativa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

Tenacità. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

Svergolamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

Assorbimento dell’acqua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A1–3

La densità, il peso specifico, il ritiro nello stampo,l’assorbimento d’acqua, l’elasticità, la plasticità, laduttilità, la tenacità, la fragilità, la sensibilità all’intaglio, leproprietà tribologiche (scivolosità e resistenzaall’abrasione), l’anisotropia e l’isotropia sono proprietàfisiche fondamentali che determinano l’utilità e la duratadi un materiale plastico. Ecco le definizioni di questeproprietà.

AnisotropiaLe proprietà anisotropiche variano a seconda delladirezione in cui vengono misurate. Le proprietà deitermoplastici rinforzati con vetro e cariche mineralihanno un elevato grado di dipendenza dall’orientamentodelle fibre di rinforzo.

FragilitàLa fragilità è l’opposto della tenacità. Generalmente itermoplastici rinforzati presentano una maggiore rigiditàe minori proprietà di resistenza all’urto, ovvero unafragilità maggiore rispetto ai materiali plastici senzacariche.

DensitàLa densità delle materie plastiche è data dalla massa inaria per il volume unitario del materiale a 23°C, espressain libbre per pollici cubici o grammi per centimetricubici.

DuttilitàLa capacità della plastica di essere allungata, stampata olaminata senza che venga compromessa la sua integrità.La rottura duttile della plastica avviene quando lemolecole scorrono l’una lungo l’altra o dietro l’altra.

ElasticitàL’elasticità è la capacità del materiale di ritornare alle suadimensione e forma originale dopo essere statodeformato. Il limite d’elasticità è la massimasollecitazione che un materiale è in grado di sopportaresenza subire deformazioni permanenti e rimanendo inuno stato di completo rilassamento da tensione.Vieneespressa in forza per unità di superficie. Il limited’elasticità è molto importante per l’analisi deglielementi finiti (FEA) dei componenti termoplastici. Lamaggior parte dei materiali plastici ha un’elasticitàlimitata.

Attrito e usuraL’attrito è la resistenza di due corpi in reciprococontatto al cambiamento delle relative posizioni. Se laplastica nella zona di contatto viene sottoposta a uncarico superiore alla sua resistenza, si verificano usura oabrasione. Sebbene la plastica non abbia la stessadurezza del metallo, essa può avere un’ottima resistenzaall’abrasione e all’usura.

DurezzaLa durezza è strettamente legata alla resistenza all’usura,alla resistenza ai graffi, alla resistenza meccanica, allarigidità e alla fragilità. Le varie prove di durezzaeffettuate forniscono diverse caratteristiche dicomportamento per le materie plastiche:

--- la resistenza di un materiale alle scalfitture tramitedurometro

--- la resistenza di un materiale ai graffi causati da unaltro materiale

--- la misurazione del rimbalzo o della resilienza.

IsotropiaUn materiale isotropico è un materiale che mantiene lestesse proprietà fisiche in qualsiasi direzione lo si misuri.

ScivolositàLa scivolosità indica le caratteristiche di portata di caricodi un materiale plastico in condizioni di moto relativo. Imateriali con una buona scivolosità tendono ad avere unbasso coefficiente d’attrito sia da soli o con altrimateriali, e non mostrano alcuna tendenza all’usura.

AI-2

Appendice I: Proprietà fisiche e terminologia

RitiroIl ritiro è il valore di contrazione delle dimensioni delmanufatto rispetto all’impronta dopo la sua estrazionedallo stampo ed il raffreddamento a temperaturaambiente. Il ritiro ha inizio nel momento in cui laplastica viene iniettata nella cavità di uno stampochiuso. Quindi, durante la progettazione lo stampooccorrerà stabilire la posizione ottimale dei punti diiniezione, il diametro del canale, i tempi di ciclo e ilpercorso di flusso più scorrevole onde prevenire unritiro eccessivo o un ritiro differenziale del manufatto.

Per un determinato materiale, il ritiro può variare aseconda delle variabili di progetto e di stampaggio,come p.es. lo spessore delle pareti del manufatto, ladirezione di flusso e le condizioni di stampaggio adiniezione. Il ritiro ha un’importanza particolare per laprogettazione, per la sostituzione del materiale (plasticaper metallo; plastica per plastica) e per le applicazionispecifiche.

Sensibilità agli intagliLa sensibilità agli intagli è la capacità di propagazione dicricche attraverso un materiale plastico partendo dazone dove vi sono concentrazioni di tensioni (angoliacuti, scanalature, fori, variazioni brusche della sezionetrasversale). Nel valutare le materie plastiche per unaparticolare condizione d’urto o carico ciclico le variabilidi progettazione (zone di concentrazione delle tensioni)sono molto importanti.

PlasticitàLa plasticità è la capacità del materiale di conservare laforma e le dimensioni di stampaggio. Per la plastica si haplasticità quando la sollecitazione supera il limiteapparente d’elasticità sulla curva di sollecitazione-deformazione. Gli aumenti di temperatura influisconosulla plasticità dei materiali plastici.

Peso specifico (densità relativa)Il peso specifico, o densità relativa, è il rapporto tramassa nell’aria di un volume unitario della parteimpermeabile del materiale a 23°C e la massa nell’aria diuguale densità di un volume equivalente di acqua noncontenente gas alla medesima temperatura.

TenacitàLa tenacità indica la capacità della plastica di assorbire,senza rompersi, l’energia meccanica mediante unadeformazione elastica oppure plastica. La tenacità di unmateriale viene normalmente definita dall’area che sitrova sotto la curva di sollecitazione-deformazione.Generalmente le resine senza carica presentanoun’ottima tenacità.Talvolta la tenacità viene misuratabasandosi sulla quantità di energia consumata pergenerare un’area unitaria di superficie di frattura.

SvergolamentoLe forme complesse del manufatto finito provocanolivelli diversificati di ritiro rispetto alle dimensionioriginali e possono anche causare l’accumulo di tensioniinterne durante il processo di raffreddamento.Tuttoquesto può creare una distorsione o svergolamento delmanufatto stesso.

Lo svergolamento di un manufatto in plastica può esserecausato dalle tensioni interne generate da un ritiro nonuniforme, e può essere notevolmente maggiore delvalore di ritiro nello stampo.

Assorbimento dell’acquaL’assorbimento dell’acqua è dato dalla percentuale diaumento del peso di un manufatto di plastica a seguitodell’immersione in acqua, o dell’esposizione ad ariaumida. I manufatti di plastica (materiali) possono essereassorbenti (igroscopici) o non assorbenti (nonigroscopici). La maggior parte dei tecnopolimeritendono ad essere assorbenti in condizioni DAM. Imanufatti di plastica assorbono l’acqua attraversol’esposizione diretta oppure dai vapori acquei che sipropagano nell’aria, in percentuale specifica per ciascunmateriale. I provini standard di un materiale le cuiproprietà fisiche sarebbero notevolmente influenzatedall’esposizione alle alte temperature intorno a 110°C,dovranno venire essiccati per 24 ore in forno allatemperatura di 50°C, quindi raffreddati in essiccatoio, epoi subito pesati con la massima precisione.Generalmente la percentuale di assorbimento d’acquaviene misurata esponendo un materiale ad un ambientecon valore di rH pari al 50%.La saturazione viene data dalla percentuale di pesosecco del manufatto. La presenza di acqua (assorbimentod’acqua) nel manufatto di plastica influenza le sueproprietà fisiche, meccaniche ed elettriche, nonché lastabilità dimensionale. Se non viene eliminata medianteessiccazione prima della lavorazione, l’umidità presentenelle resine prima dello stampaggio può provocare unaseria degradazione delle proprietà fisiche.

AI-3

Parte A2

Appendice II

A2-2

Codiceproprietà Unità di misura Unità di misura Unità di misurain ISO Standard Standard internazionali internazionali USA per10350:1993 Proprietà ISO ASTM per prove ISO per prove ASTM prove ASTM

1 Proprietà reologiche

1.1 Velocità di- 1133:1991 D 1238 g/10 min g/10 min g/10 minflusso massa fusa

1.2 Velocità di flusso 1133:1991 - cm3/10 min - -volume massa fusa

1.3 Ritiro in direzione - - % % %del flusso

1.3 Ritiro in direzione - - % % %trasversale

2 Proprietà meccaniche

2.1 Modulo 527-1 & 2:1993 D 638 MPa MPa psidi trazione

2.2 Tensione di 527-1 & 2:199 D 638 MPa MPa psisnervamento

2.3 Deformazione di 527-1 & 2:1993 D 638 % % %snervamento

2.4 Deformazione 527-1 & 2:1993 - % - -nominale a rottura

— Allungamento 527:1966 D 638 % % %a rottura

2.5 Sollecitazione al 50% 527-1 & 2:1993 - MPa - -di deformazione

2.6 Sollecitazione a 527-1 & 2:1993 - MPa MPa psirottura

2.7 Deformazione a 527-1 & 2:1993 D 638 % % %rottura

2.10 Modulo di flessione 178:1993 D 790 MPa MPa psi

2.11 Resistenza alla 178:1993 D 790 MPa MPa psflessione

2.12 Resistenza all’urto 179:1993 - kJ/m2 - -Charpy a -30°C

2.12 Resistenza all’urto 179:1993 - kJ/m2 - -Charpy a 23°C

2:13 Resistenza all’urto 179:1993 - kJ/m2 - -Charpy (provinocon intaglio) a -30°C

2:13 Resistenza all’urto 179:1993 - kJ/m2 - -Charpy (provinocon intaglio) a 23°C

2:14 Urto di trazione 8256:1990 D 1822 kJ/m2 kJ/m2 ft - lb/in2

— Resistenza all’urto 180:1993 D 4812 kJ/m2 J/m ft - lb/inIzod a -30°C

— Resistenza all’urto 180:1993 D 4812 kJ/m2 J/m ft - lb/in Izod a 23°C

— Resistenza al’urto 180:1993 D 256 kJ/m2 J/m ft - lb/in Izod (provinocon intaglio) a -30°C

— Resistenza al’urto 180:1993 D 256 kJ/m2 J/m ft - lb/in Izod (provinocon intaglio) a 23°C

Appendice II: Metodologie di prova ISO e ASTM

A2-3

Codiceproprietà Unità di misura Unità di misura Unità di misurain ISO Standard Standard internazionali internazionali USA per10350:1993 Proprietà ISO ASTM per prove ISO per prove ASTM prove ASTM

3 Proprietà termiche

3.1 Temperatura di 3146:1985 D3418 C C Ffusione

3.3 Temperatura di 75-1& D 648 C C Fdeflessione a 1,8 MPa 2:1993

3.4 Temperatura di 75-1& D 648 C C Fdeflessione a 0,45 MPa 2:1993

3.7 Temperatura di 306:1987 D 1525,rt.B C C Fammorbidimento Vicat

3.8 CLTE*, direzione TMA** E228 or 831 E-4 1/K 1/C 1/Fdi flusso, 23-55°C

3.9 CLTE*, direzione TMA** E228 or 831 E-4 1/K 1/C 1/Ftrasversale, 23-55°C

- Infiammabilità allo (UL94) (UL94) Classe (come HB,V-2,V-1,V-0)spessore di 1,6 mm (UL94) (UL94) mm mm mm

- Infiammabilità - (UL94) (UL94) Classe Classe Classespessore 5V (UL94) (UL94) mm mm mm

3.16 Indice d’ossigeno 4589:1994 D 2863 % % %limite

4 Proprietà elettriche

4.1 Costante dielettrica IEC 250 D 150relativa, 100Hz

4.2 Costante dielettrica IEC 250 D 150relativa, 1MHz

4.3 Fattore di IEC 250 D 150 E-4dissipazione, 100Hz

4.4 Fattore di IEC 250 D 150 E-4dissipazione, 1MHz

4.5 Resistività di volume IEC 93 D 257 ohm cm ohm cm ohm cm

4.6 Resistività superficiale IEC 93 D 257 ohm ohm ohm

4.7 Rigidità dielettrica IEC 243-1 D 149 kV/mm kV/mm V/mil

4.9 Indice d’allineamento IEC 112 -comparativo

5 Altre proprietà

5.1 Assorbimento d’acqua 2:1980 D570 % % %immersione per 24 ore a 23°C

5.2 Saturazione per 62:1980 D570 % % %assorbimento d’acquaa 23°C

5.3 Assorbimento d’acqua 62:1980 - % % %a 23°C/rH 50%

5.4 Densità 1183:1987 D792 g/cm3 g/cm3 lb/ft3

— Peso specifico 1183:1987 D792

* CLTE = Coefficiente di dilatazione lineare termica** TMA = Analisi termomeccanica

Schema tratto da:Wigotsky Victor, "The Road to Standardization. Plastics Engineering"

Part B1

Bibliografia

Considerazioni riguardanti la progettazionedi manufatti stampati ad iniezioneDym, Joseph B., Injection Molds and Molding, SecondEdition,Van Nostrand Reinhold Company.

Progettazione di componenti strutturaliBeer & Johnson, Mechanical Material.

Peterson, R.E., Stress Contribution Factors

Formule su deformazione per torsione e sollecitazionefornite da:Roark Raymond e Young,Warren, Formulas for Stressand Strain, McGraw Hill.

AssemblaggioDesigning Parts for Ultrasonic Welding, BransonUltrasonics Corporation, Danbury, CT.

Ultrasonic Insertion, Branson Ultrasonics Corporation,Danbury, CT.Holtz Richard, Vibration Welding: Fast, Quiet, Efficient,Assembly Enginering, Hitchcock Publishing.

1987 SPEANTEC, Chul S. Lee,Alan Dubin and Elmer D.Jones, Short Cantilever Beam Deflection AnalysisAplied to Thermoplastic Snap-Fit Design, Conferenzatenutasi a Los Angeles, California, USA.

3M, Structural Adhesive Guide for Industrial ProductDesign and Assembly.

Forward Technology Industries, Joint Designs.

Emabond Systems, Emaweld, Electromagnetic WeldingSystem for Assembling Thermoplastic Parts.

Le materie plasticheArpaci Vedal S., Convection Heat Transfer,Addison-Wesley.

Stampaggio ad iniezione a gasSayer Matthew, Application of Gas InjectionTechnology, Cinpress, Ltd.

Design Tips for Gas-Assisted Injection Molding,diagramma dei disegni di nervature forniti da Indra Baxidella Sajar Plastics, Plastics Design Forum.

Appendice II: Metodi di prova ISO e ASTMWigotsky Victor, The Road To Standardization, PlasticsEngineering.

B1-2

Bibliografia essenziale

Tutte le affermazioni ed informazioni contenute nella presente pubblicazione sono ritenute accurate ed affidabili, ma vengono presentate senza

garanzia o responsabilità – espressa o implicita – di alcun genere. I rischi e le conseguenze per risultati ottenuti attraverso l’uso dei prodotti o

l’applicazione dei suggerimenti descritti vengono assunti dall’utilizzatore. Le affermazioni ed i suggerimenti riguardanti l’uso possibile dei nostri

prodotti vengono forniti senza indicazione o garanzia che tale uso non rappresenta una violazione di brevetto, e non costituiscono una

raccomandazione a violare alcun brevetto. L’utilizzatore non deve ritenere che siano stati forniti dati sulla tossicità e misure di sicurezza, o che non

siano necessarie altre misure.

Possono essere ottenute ulteriori informazioni riguardanti procedure di sicurezza per movimentazione, da Schede Di Sicurezza.

Tavola di conversione sistema inglese/metrico decimalePer convertire Al sistema Moltiplicareil sistema metrico la misura inglese decimale inglese per ...

DISTANZApollici millimetri 25,4piedi metri 0,3048

MASSAoncia grammo 28,3495libbra grammo 453,5925libbra chilogrammo 0,4356tonnellata USA tonnellate metrica 0,9072

VOLUMEpollice cubico centimetro cubo 16,3871pollice cubico litro 0,016387oncia fluida centimetro cubo 29,5735quart (liquido) decimetro cubo 0,9464gallone USA decimetro cubo (litro) 3,7854

TEMPERATURAgradi F gradi C [(F)-32] /1,8 =(C)

PRESSIONEpsi bar 0,0689psi kPa = KN/m2 6,8948ksi MN/m2 6,8948psi MPa 0,00689

ENERGIA E POTENZAin lbf Joule 0,113ft lbf Joule 1,3558kW cavallo vapore metrico 1,3596cavallo vapore USA Kw 0,7457Btu Joule 1055,1Btu in (h ft2 F) W/(mK) 0,1442

VISCOSITÀpoise Pa s 0,1

MOMENTO FLETTENTE O COPPIAft lb Nm 1,356

DENSITÀlb/in3 g/cm3 27,68lb/ft3 kg/m3 16,0185

RESILIENZA IZODftlb/in J/m 53,4

Uffici commerciali: Hinckley (GranBretagna), Raunheim (Germania), LePerreux-sur-Marne (Francia), Viggiù (Italia)

Centri Technici: Morristown, NJ (USA),Detroit, MI (USA), Heverlee (Belgio), HongKong, Seoul (Corea)

Centri di supporto clienti:

AlliedSignal Europe N.V.Engineering PlasticsGrauwmeer 1Haasrode Research Park B-3001 Heverlee (Leuven)BelgioTel: +32 1639 1267Fax: +32 1640 0674

AlliedSignal Polymers GmbHBreitscheidstraße 103D-07407 RudolstadtGermaniaTel: +49 3672 52461Fax:+49 3672 52957

AlliedSignal Inc.Engineering Plastics101 Columbia RoadMorristown, New Jersey 07962Stati UnitiTel: +1 602 496 1000Fax: +1 804 530 6670

Internet: http://www.asresin.com

lliedSignalP L A S T I C S© AlliedSignal, Inc. 1996 Printed in Europe 09/96/BG3062/200

Tutte le affermazioni ed informazioni

contenute nella presente pubblicazione

sono ritenute accurate ed affidabili, ma

vengono presentate senza garanzia o

responsabilità – espressa o implicita – di

alcun genere. I rischi e le conseguenze per

risultati ottenuti attraverso l’uso dei

prodotti o l’applicazione dei suggerimenti

descritti vengono assunti dall’utilizzatore.

Le affermazioni ed i suggerimenti

riguardanti l’uso possibile dei nostri

prodotti vengono forniti senza indicazione

o garanzia che tale uso non rappresenta

una violazione di brevetto, e non

costituiscono una raccomandazione a

violare alcun brevetto. L’utilizzatore non

deve ritenere che siano stati forniti dati

sulla tossicità e misure di sicurezza, o che

non siano necessarie altre misure. Possono

essere ottenute ulteriori informazioni

riguardanti procedure di sicurezza per

movimentazione, da Schede Di Sicurezza.

Capron®, Petra®, Dimension® e Nypel® sono

marchi registrati della AlliedSignal Inc.

Guida Alle Soluzioni Di Progetto Della Plastica

Documents

Transcript of Guida Alle Soluzioni Di Progetto Della Plastica