I cilindri idraulici sono elementi fondamentali nei sistemi meccanici dove è richiesta una forza notevole. Questi vengono utilizzati in varie applicazioni: dalla costruzione all’ingegneria pesante. Tali dispositivi trasformano l’energia del fluido idraulico in forza meccanica.
Come Funzionano i Cilindri Idraulici
Il ciclo di lavoro di un cilindro idraulico inizia con l’immissione del fluido idraulico attraverso una valvola. Quando il fluido entra nel cilindro genera pressione che sposta il pistone lungo il cilindro stesso. Questo movimento sposta a sua volta lo stelo del pistone che è connesso all’attrezzatura o al carico da muovere.
Solo per fare un esempio, un cilindro CR Vega, alesaggio 200, con ammortizzo, può spingere con una forza di 500.000 N., alla velocità di 0,8 m/s. Questo significa una potenza di 500.000*0,8/1000 = ~400 KW in pochissimo spazio! Non arriva alle prestazioni di una turbina a gas, ma è comunque molto efficace, anche se richiede una centralina idraulica, e non piccola.
Vantaggi dell'Utilizzo di Cilindri Idraulici negli Stampi
Un altro vantaggio è che tantissime presse d’iniezione plastica funzionano grazie a sistemi idraulici, quindi perché non sfruttare questa cosa anche per gli altri spostamenti richiesti? Per finire, un sistema idraulico è semplice e, eccezione fatta per alcune normali e facili procedure di manutenzione, è molto semplice da far funzionare.
Comunque, alla fine i cilindri idraulici sembrano essere la soluzione più flessibile e compatta per fornire agli stampi potenza motrice e attivare l’equipaggiamento ausiliario. Invece, il fatto che sia così compatto è un grande vantaggio, visto che gli stampi devono essere compatti.
Limitazioni Apparenti e Come Superarle
In genere, le limitazioni dei cilindri idraulici negli stampi non sono reali, ma apparenti: possono essere superate spendendo poco e con un po’ di attenzione in più durante la fase di progettazione.
Basso Rendimento
La prima limitazione è un basso rendimento. In realtà nel caso degli stampi questo non è un problema. Quando una pressa d’iniezione plastica è al lavoro, entra in funzione anche la sua centralina. Per questo la presenza (o no) di alcuni cilindri idraulici in più è assolutamente trascurabile.
Contaminazione da Olio
Una seconda limitazione è che l’olio idraulico non è commestibile. A nessuno piacerebbe trovare tracce di olio nelle proprie medicine o nella pasta…! La buona notizia è che, anche in questi campi, la maggior parte delle presse ad iniezione sono idrauliche e usano cilindri idraulici. Quindi, alla fine, anche questo non è un vero problema, a patto che vengano prese delle precauzioni.
Anche in questo caso, il fatto che ci siano centinaia di migliaia di cilindri idraulici che funzionano bene dimostra che questo non è un vero problema. È importante usare cilindri con guarnizioni di alta qualità, come quelli prodotti dalla Vega. I cilindri Vega, inoltre, includono anche due guarnizioni per lo stelo invece di una sola, come si fa di solito. Questo riduce grandemente il rischio di perdite. Infatti, molte contaminazioni del prodotto sono causate dalle perdite d’olio dalle guarnizioni dello stelo.
In casi speciali (tipo il settore medicale, l’alimentare o simili), si possono usare guarnizioni speciali, così che la loro combinazione garantisca il miglior sistema di guarnizione in assoluto. È bene rendere lo stelo il più indipendente possibile dagli altri pezzi che si muovono (o guidare il movimento dei pezzi nel modo più preciso possibile). Basilarmente, una testa a martello assicura che ci sia del gioco tra il pezzo e lo stelo connesso. Questo gioco dovrebbe essere radiale e leggermente assiale. Se è presente un carico laterale sull’estremità dello stelo, l’usura sarà molto più rapida e in poco tempo la superfice dello stelo o le sue guarnizioni stesse potrebbero rovinarsi. Questo darà origine a una perdita d’olio.
Compressibilità dell'Olio
La terza limitazione principale che deve essere ben compresa per le applicazioni sugli stampi è che l’olio è COMPRIMIBILE. Questo fatto fa a pugni con l’idea comune che si ha nel campo, ma è assolutamente vero. Non stiamo parlando di bolle d’aria nel circuito, che possono essere “spurgate” molto facilmente.
La questione è un’altra: la ragione fisica per cui questo avviene è che i gas sono solubili nei liquidi; questo è, ad esempio, il motivo per cui i pesci possono respirare sott’acqua. A grandi linee, la compressione a 160 bar è all’incirca dell’1%. Qualcuno potrebbe pensare che sia totalmente trascurabile. Ma ne siamo sicuri? Consideriamo un tassello, dove la forza d’iniezione plastica aumenta la pressione del cilindro di 160 bar e la corsa del cilindro è 100 mm. Il cedimento sarà di 1 mm. È questo così tanto trascurabile?
Muovere sincroni uno o più attuatori può essere un problema e richiederà che si presti un’attenzione speciale al circuito di alimentazione dell’olio. È questa davvero una limitazione?
Ulteriori Precauzioni
È fondamentale pulire il circuito costantemente e usare il giusto tipo di olio. Non ci dovrebbe nemmeno essere il bisogno di menzionarlo in un seminario, visto che è la base di ogni applicazione idraulica.
Evitare Picchi di Pressione
Evitare picchi di pressione. Teoricamente questo è più un problema di progetto che di applicazione, e forse anche la limitazione o problema più “ingannevole” che si possa incontrare. Questa non è una limitazione dei cilindri idraulici negli stampi: è un problema concettuale che può presentarsi con qualsiasi altro sistema.
Quali possono essere i risultati? Nel caso di cilindri a tiranti con camicie in acciaio inossidabile, semplicemente finiranno col ‘gonfiarsi’. Senza entrare in dettagli e calcoli tecnici, bisogna ricordare che questa è, per così dire, la ‘pistola fumante’ che dimostra come il picco di pressione era almeno una volta e mezzo o due più elevato del valore nominale. Spesso, però, questo è dovuto a un utilizzo scorretto del cilindro, non al cilindro stesso.
In altri casi potrebbe avvenire una rottura per fatica, e il pezzo, prima o poi, finisce col cedere. Questo potrebbe succedere ad ogni pezzo del cilindro (corpo, stelo, pistone, testa a martello), in base all’applicazione e alla situazione.
Evitare Pressioni Molto Basse dell'Olio
Evitare pressioni molto basse dell’olio. I cilindri idraulici, in genere, operano a una pressione molto più elevata dei cilindri pneumatici, e le loro guarnizioni spingono sulla camicia con una forza maggiore. È per questo che la loro pressione di esercizio è maggiore, di solito sopra i 10 bar. In questo caso, comunque, l’efficienza delle guarnizioni potrebbe abbassarsi (a causa della loro natura dinamica), e potrebbero aver luogo delle perdite.
Ogni produttore di cilindri ha i propri standard, ma una media ragionevole di pressione minima d’esercizio dell’olio è intorno ai 50 bar.
Movimento Uniforme delle Piastre di Espulsione
Movimento uniforme delle piastre di espulsione. Lo si può ottenere in diversi modi, ma la soluzione migliore è un circuito equilibrato, dove tutti i tubi e i fori sono della stessa lunghezza. Altrimenti, dal momento che è una situazione dinamica e non statica, ogni cilindro andrà per conto suo.
Come si può vedere, l’alimentazione dell’olio è sulla linea centrale a sinistra, così che la metà del circuito sulla sinistra è più vicina alla pompa che quella sulla destra. Un altro sistema utilizzato è l’uso di valvole di controllo del flusso o ripartitori di flusso dell’olio. Quest’ultimi sono più complicati e, di conseguenza, più costosi. Il sistema perfetto non esiste ancora.
Cilindri Oleodinamici: Scelta in Base all'Applicazione
I cilindri oleodinamici: quali modelli scegliere in base all’applicazione? Un tema centrale per chi opera in ambiti industriali, agricoli, edili o nei settori legati all’automazione. La scelta del cilindro oleodinamico corretto dipende da diversi fattori: forza richiesta, corsa necessaria, condizioni ambientali e cicli di lavoro.
Per scegliere il cilindro oleodinamico giusto è necessario analizzare attentamente l’applicazione. Nei sistemi industriali gravosi, come quelli impiegati in acciaierie, impianti minerari o macchinari per lavori pubblici, si preferiscono cilindri oleodinamici progettati per resistere a pressioni elevate, urti e cicli intensivi.
Per le applicazioni in ambito mobile, come veicoli speciali o mezzi agricoli, si opta per cilindri oleodinamici compatti e leggeri, spesso dotati di protezioni specifiche contro polvere, sporco e umidità. In ambiti dove la precisione è prioritaria, ad esempio nelle presse o nei macchinari per la lavorazione dei metalli, si utilizzano cilindri con tolleranze strette e alta ripetibilità dei movimenti.
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