Come raggiungere un equilibrio tra "Alta efficienza" e "Stabilità" in uno stampo per preforme PET a 24 cavità

— Relazione su un progetto di produzione in serie di preforme per acqua minerale da 1,5 L per un determinato marchio

Lo scorso mese abbiamo consegnato uno stampo per preforme PET a 24 cavità a un'importante azienda cinese orientale specializzata nell’imballaggio di bevande, abbinandolo alla nostra pressa ad iniezione ad alta velocità. Attualmente il sistema garantisce una produzione in serie stabile di oltre un milione di preforme al giorno. Questo progetto è rappresentativo e alcuni dei problemi riscontrati e risolti meritano di essere condivisi per stimolare la discussione.

I. Esigenze fondamentali del cliente: non solo "molte cavità", ma "ogni cavità identica"

Le esigenze del cliente erano molto chiare:

1. Massima efficienza: per soddisfare la domanda eccezionale di acqua in bottiglia da 1,5 L durante il periodo di punta, è essenziale incrementare la produzione per stampo.

2. Stabilità assoluta: Con 24 cavità, qualsiasi fluttuazione (differenze di peso, dimensioni o cristallinità) comporterà una riduzione del rendimento durante lo stampaggio per soffiatura e allarmi frequenti di rilevamento in linea, cosa inaccettabile per la linea di produzione.

3. Costi controllabili: Nel rispetto dei primi due requisiti, la manutenzione deve essere agevole e la durata dello stampo deve essere prolungata.

In parole semplici, ciò che desideravano non era semplicemente un sistema da 24 cavità "funzionante", bensì 24 cavità "identiche" che operassero in modo sincrono e stabile.

II. La nostra soluzione: raggiungere l'"equilibrio" in ogni dettaglio

Di fronte alle classiche sfide rappresentate da grandi differenze di lunghezza del flusso e da una distribuzione termica non uniforme dovute alle 24 cavità, abbiamo collaborato con il team dello stampo per definire diverse decisioni progettuali fondamentali:

1. Sistema di canali caldi: la scelta e la disposizione costituiscono il fattore determinante per il funzionamento

• Adozione di un sistema «con perni valvolari multi-punto + apertura simultanea degli ugelli riscaldati». Questa è stata una decisione cruciale. Rispetto ai perni valvolari a singolo punto, tale sistema garantisce che il materiale fuso riempia tutte le cavità contemporaneamente, con pressione e temperatura più uniformi, riducendo in modo fondamentale le differenze causate da sequenze di riempimento diverse.

• Controllo della temperatura preciso, stratificato e zonizzato. La piastra del canale riscaldato è suddivisa in zone indipendenti di regolazione della temperatura, fornendo una compensazione termica per i canali «più deboli», situati più lontano dall’ingresso principale, al fine di garantire uno stato uniforme del materiale fuso all’estremità di ciascun ugello.

2. Sistema di raffreddamento: «Raffreddamento conformale» e disposizione efficiente

• Il raffreddamento costituisce il cuore di uno stampo per preforme. Abbiamo utilizzato un nucleo dello stampo realizzato in materiale ad alta conducibilità termica e progettato un canale interno di raffreddamento a spirale turbolento, per assicurare un raffreddamento rapido ed omogeneo di ogni preforma. Un raffreddamento non uniforme provoca direttamente differenze nel ritiro e nella cristallinità delle preforme.

• Il layout del canale dell'acqua è stato ottimizzato ripetutamente mediante analisi del flusso nello stampo per garantire che la deviazione dell’efficienza di raffreddamento tra le 24 cavità sia contenuta entro il 5%.

3. Struttura e precisione dello stampo: garanzia di rigidità e regolazione fine

• Progettazione di lastre dello stampo di grandi dimensioni con rigidità estremamente elevata. L’elevatissima pressione di iniezione generata dalle 24 cavità richiede che le lastre dello stampo presentino una resistenza alla deformazione eccezionalmente elevata, condizione fondamentale per la stabilità a lungo termine.

• I componenti principali (ad esempio nuclei e cavità dello stampo) sono realizzati in acciaio importato ad alta durezza e tutti lavorati con precisione in un ambiente controllato termicamente, per garantire la coerenza delle cavità.

• È previsto un semplice meccanismo di regolazione fine. Durante la fase di prova di stampaggio, il riempimento può essere bilanciato regolando finemente le spessorature dei singoli canali caldi, operazione cruciale per la taratura finale degli stampi a più cavità.

III. Collaborazione con le presse ad iniezione: "Un buon cavallo ha bisogno di una buona sella". Indipendentemente da quanto sia ben progettato lo stampo, alla fine deve funzionare sulla macchina. La nostra pressa ad iniezione ad alta velocità ha svolto un ruolo cruciale:

• Velocità di iniezione e risposta estremamente elevate: garantiscono un riempimento rapido del fuso PET nelle condizioni ottimali, evitando il degrado del materiale e le prestazioni non uniformi causate dal surriscaldamento per taglio o dal raffreddamento prematuro.

• Controllo chiuso stabile: il controllo preciso della pressione di iniezione e della pressione di ritenzione da parte della macchina costituisce l’ultima linea di difesa contro le minime differenze dello stampo, assicurando che i parametri di processo per ciascuno stampo siano rigorosamente mantenuti entro un intervallo ristretto e ottimale.

• Tempo di ciclo ridotto: abbinato a uno stampo con raffreddamento altamente efficiente, i tempi di apertura/chiusura dello stampo e di espulsione sono stati ottimizzati al massimo, raggiungendo un tempo di ciclo stabile inferiore a 11 secondi, sfruttando appieno il vantaggio di efficienza offerto dalle 24 cavità.

IV. Risultati del progetto e valore per il cliente: dopo tre settimane di prove di stampaggio e ottimizzazione dei parametri, il progetto ha raggiunto i propri obiettivi:

• Efficienza produttiva: il tempo di ciclo si è stabilizzato a 10,8 secondi, con una capacità produttiva giornaliera teorica superiore a 1,1 milioni di preforme, soddisfacendo pienamente le esigenze del cliente.

• Coerenza del prodotto: le preforme selezionate casualmente da qualsiasi cavità presentavano una tolleranza di peso stabile entro ±0,15 grammi, mentre diametro del collo e grado di cristallinità rispettavano pienamente gli standard.

• Stabilità produttiva: la verifica di produzione continua per 72 ore non ha evidenziato fermi o fluttuazioni qualitative dovuti allo stampo; la resa della linea di soffiatura ha superato il 99,7%.

V. Lezioni apprese e riflessioni: Questo progetto conferma ancora una volta un principio: la competizione nei modelli a cavità multiple non risiede nella «quantità», ma nell'«uniformità». Essa mette alla prova le capacità di integrazione sistemica, dalla scelta del sistema di canali caldi, alla progettazione del raffreddamento, alla precisione di lavorazione fino ai processi di stampaggio ad iniezione. Una debolezza in qualsiasi fase verrà amplificata esponenzialmente dal numero 24.

Per noi, la consegna con successo non rappresenta la fine. Questo stampo è ora integrato nel nostro sistema di monitoraggio remoto; il suo funzionamento continuo e stabile costituisce la vera espressione del valore condiviso tra noi e il nostro cliente.