Presse Meccaniche e Idrauliche: Funzionamento e Applicazioni nell'Industria

Le presse meccaniche e idrauliche sono macchine industriali essenziali in numerosi settori, dalla produzione di automobili alla realizzazione di componenti elettronici. Fin dall’antichità, l’uomo ha cercato modi per plasmare la materia, e le presse rappresentano l’evoluzione di questa ricerca. Ma cosa rende le presse così speciali? Il loro funzionamento si basa su principi semplici ma efficaci: la trasformazione di energia meccanica o idraulica in forza.

Presse Meccaniche: Principio di Funzionamento

Le presse meccaniche utilizzano la forza meccanica per deformare, tagliare o assemblare materiali. Nate come semplici strumenti manuali, hanno subito una rapida evoluzione grazie all’avvento della rivoluzione industriale. La forza generata viene poi trasmessa a uno stampo, che a sua volta deforma il materiale da lavorare. Grazie a questo processo, le presse meccaniche possono eseguire moltissime tipologie di operazioni, come lo stampaggio, la tranciatura, l’imbutitura e la piegatura.

Il funzionamento di una pressa meccanica è dato da un insieme di componenti che lavorano insieme, al fine di trasformare l’energia iniziale, fornita solitamente da un motore elettrico oppure da un sistema idraulico. Quando la pressa viene attivata, una frizione collega il volano all’albero motore, trasferendo l’energia accumulata. L’albero motore, a sua volta, è collegato a un eccentrico, un componente che converte il moto rotatorio in moto lineare. L’eccentrico è quindi collegato a una biella, una sorta di braccio meccanico che trasmette il movimento lineare al pistone. Questo ciclo si ripete ad ogni corsa della pressa, con il volano che accumula energia durante la fase di ritorno e la rilascia durante la fase di lavoro. La velocità e la forza della pressa possono essere regolate modificando la velocità del volano e la posizione dell’eccentrico.

Le presse meccaniche moderne sono dotate di sofisticati sistemi di controllo elettronico che permettono di monitorare e regolare con precisione ogni fase del processo. Il funzionamento di una pressa meccanica è quindi un perfetto esempio di ingegno umano applicato alla produzione industriale.

Tipologie di Presse Meccaniche

Esistono diverse tipologie di presse meccaniche, ognuna con caratteristiche specifiche:

Presse a vite: Utilizzano un volano e una frizione per accumulare e rilasciare energia.
Presse a ginocchiera: Sfruttano un sistema di leve per amplificare la forza applicata.
Presse eccentriche: Basate su un eccentrico che converte il moto rotatorio in moto lineare, offrono una corsa più lunga e una forza elevata.
Presse transfer: Dotate di un sistema di trasporto automatico dei pezzi da lavorare.
Presse a doppia azione: Esercitano una forza sia verso il basso che verso l’alto, ideali per operazioni di imbutitura profonda.

La scelta della pressa meccanica più adatta dipende dalle specifiche esigenze di produzione.

Presse Idrauliche: Principio di Funzionamento

La prima pressa idraulica fu inventata da Joseph Bramah, inventore inglese che, con la sua arguzia e intraprendenza, mise a frutto quanto impartito dalla legge di Pascal. Che cosa si intende innanzitutto per pressa idraulica? Fu ideata nel 1975 dall’inventore inglese Joseph Bramah, sulla base della legge di Pascal. Ancora oggi sfrutta il medesimo principio ed è utilizzata in diverse applicazioni industriali, in particolare dove sono necessarie forze di grande entità.

Ma come funziona la pressa idraulica? La pressa idraulica è dotata di un serbatoio di olio, che quando è sollecitato, genera la forza necessaria al suo funzionamento. La pompa idraulica invia l’olio sotto pressione al pistone tramite la valvola a due vie. A seguito della compressione, l’olio viene rimandato nella parte anteriore del pistone (grazie alla valvola) compiendo il percorso contrario. In questo modo la macchina torna in condizione di riposo. È bene ricordare che per ragioni di sicurezza è inserita anche una valvola di emergenza che si apre in caso di pressione eccessiva.

Le presse idrauliche, o presse oleodinamiche che dir si voglia, sono provviste di un serbatoio di olio che, quando è sollecitato, è capace di generare la forza necessaria al suo funzionamento. Infatti, quando questo accade, l’olio viene inviato al pistone tramite la pompa idraulica che aziona la piastra pressante al quale è collegato. Tale piastra, guidata fino allo scontro, è la parte cruciale della pressa in quanto è quella che comprime i materiali. Tutte le presse idrauliche azionano la compressione idraulica dell’olio attraverso una pompa che va ad agire sui pistoni che spingono la piastra. La compressione effettuata ha dei valori direttamente proporzionali alla pressione dell’olio. A compressione avvenuta, la valvola torna a collocarsi nella seconda posizione ed invia l’olio nel percorso contrario, quello che permette di collocare il pistone in posizione di riposo. In questo tipo di pressa, il ruolo fondamentale viene ricoperto dall’olio, che è la fonte principale di energia per il funzionamento del macchinario.

La pressa originale messa a punto da Bramah era costituita da due cilindri e due pistoni di diverso alesaggio. Esercitando una forza sul pistone piccolo, tale forza si trasformava in una più grande sul pistone più grande. I cilindri agivano come una leva esercitata per aumentare la forza.

Il torchio idraulico è un dispositivo basato sul principio di Pascal che si comporta come un amplificatore di forza. Esso è costituito da due piatti o superfici posti come stantuffo sopra un cilindro. Pertanto ogni cilindro possiede una superficie di appoggio diversa. Per la legge di Pascal la pressione che si esercita su un punto di un liquido si trasmette pari in ogni altro punto. Se applichiamo una forza alla superficie S1 la pressione si trasmetterà anche alla superficie S2 che pertanto subirà una forza F2. Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è costituito da due pistoni uno di area di appoggio pari a 10 cm2 e l'altro di superficie maggiore. In un sollevatore (o torchio) idraulico la superficie del pistone più piccolo è ⅒ di quella del pistone più grande.

Confronto tra Presse Idrauliche e Meccaniche

La tecnologia moderna ha minimizzato la differenza negli usi delle presse idrauliche e delle presse meccaniche per cui, molto spesso, due macchinari omologhi possono essere facilmente intercambiabili con gli stessi, ottimi, risultati. La pressa idraulica, notoriamente più veloce, si usa in tutti quegli ambiti in cui il pressaggio e l’eventuale imballaggio devono rientrare in un tempo ciclo ridotto al minimo. Stiamo parlando di laminatoi, depositi di rifiuti, centrali di compostaggio o stazioni di smaltimento di rottame ferroso.

Il funzionamento pressa meccanica si discosta radicalmente da quello di una pressa idraulica in quanto non vi sono materiali terzi che entrano nel merito delle forze in gioco. Ve ne sono di diversi tipi: presse a piani, o presse a movimento alternativo, e presse rotative, dette anche presse a rulli. Le prime sono quelle che sfruttano un volano alimentato elettricamente per azionare la slitta, o mazza, attraverso una serie di bielle. I modelli più moderni, quelli che stanno conquistando il mercato globale, sono prive di volano. Sono dette anche Presse servo, con motori brushless collegati direttamente alla cinematica della pressa stessa. Sono presse meccaniche molto versatili proprio in virtù del fatto che la corsa della slitta può essere variata con maggiore facilità. Questi motori di nuova concezione, infatti, consento inversioni di moto semplici nella concezione e rapide nell’esecuzione.

Date le loro spiccate caratteristiche di potenza e resistenza all’usura, le presse meccaniche si usano laddove il monitoraggio del processo è più assiduo che altrove. Stiamo parlando di tutte le sedi di assemblaggio, catene di montaggio e tutte quelle linee di produzione in cui la qualità è uno dei parametri più sensibili da tenere sott’occhio. Le presse meccaniche vengono usate nelle attività di estrusione della lamiera e nello stampaggio a caldo. L’automotive è uno dei campi di impiego più fiorente, così come lo sono le produzioni di elettrodomestici ed accessori per la casa, la costruzione di profilati per infissi e ponteggi, vergelle in acciaio per bulloneria, trafila e acciai per cementi armati. Altre, le così dette presse eccentriche, si usano nella tranciatura, nella punzonatura ed altre lavorazioni a freddo della lamiera.

Applicazioni Industriali delle Presse

Grazie alla loro versatilità, le presse meccaniche e idrauliche sono capaci di adattarsi a molteplici settori e sono in grado di lavorare e plasmare la maggior parte dei materiali.

Industria Metallurgica

Le presse meccaniche trovano un grande utilizzo nell’industria metallurgica. La lavorazione dei metalli, infatti, richiede spesso l’intervento di presse per lavorare questi materiali, solitamente molto duri e difficili da plasmare. In questo settore, le presse trovano applicazione trasformando lamiere grezze in componenti finiti per la produzione di automobili, elettrodomestici ed altri macchinari industriali.

Industria Automobilistica

L’industria automobilistica è un altro settore nel quale la presenza ed il lavoro delle presse meccaniche è indispensabile. In questa tipologia di industria, le presse permettono la produzione di carrozzerie, telai ed altri componenti interni destinati alla produzione di un auto.

Lavorazione di Materiali Plastici

Le presse meccaniche non lavorano solamente sui metalli, ma anche su materiali plastici. In questo ambito, le presse sono utilizzate per lo stampaggio di oggetti di uso quotidiano, come bottiglie, contenitori e giocattoli. Inoltre, trovano impiego nella produzione di componenti per l’edilizia, come tubi, raccordi e pannelli isolanti.

La maggior parte dei prodotti in plastica che conosciamo, con i quali veniamo in contatto e che probabilmente tutti i giorni utilizziamo, sono realizzati a partire da uno stampo posto su una pressa, definita anche come macchina ad iniezione per termoplastici.

Industria Alimentare

Infine, anche l’industria alimentare si avvale di presse meccaniche per portare a termine alcune lavorazioni. Il processo di pellettatura inizia con la macinazione degli scarti, che vengono poi essiccati e convogliati nella pressa. Qui, un sistema di rulli e matrici comprime il materiale, spingendolo attraverso fori di piccole dimensioni. La pressione e il calore generati durante il processo legano le particelle del materiale, formando pellet solidi e resistenti. I pellet così ottenuti possono essere utilizzati come combustibile per il riscaldamento domestico e industriale, sostituendo fonti energetiche fossili come il gasolio e il carbone.

Presse ad Iniezione per Materie Plastiche

Le aziende dei più diversi settori hanno in comune l’utilizzo di queste macchine per produrre i loro manufatti, ecco alcuni esempi:

AUTOMOTIVE: paraurti, fanali, sottosella per moto, particolari per batteria, automatismi per portiere…
ARREDAMENTO E CASALINGHI: sedie di design, sedie da giardino, cesti, secchi, lampade, mollette, portaposate, scatole porta oggetti, contenitori per cassetti, supporti per scope, palette, ecc.
FOOD & BEVERAGE: contenitori per alimenti, cassette per ortaggi, bicchieri, posate e piatti, capsule per caffè, stampi per dolciumi, ecc.
EDILIZIA: mattonelle in PVC, pannelli “finto mattone”, guaine, raccordi e tubature…
GARDEN & PET: Vasi, sottovasi, annaffiatoi ed altri articoli per giardinaggio, ciotole, trasportini, lettiere ed altri articoli per animali…
MEDICALE & COSMETICA: siringhe, provette, mascherine per aerosol, contenitori per medicinali e cosmetici (tubetti, vasetti), ecc.
TAPPI E CHIUSURE: tappi di diverse tipologie (con sigillo, flip-top. Doy-pack, per liquori) coperchi, ecc.
APPLICAZIONI VARIE: articoli tecnici di vario tipo (maniglie, filtri, parti di pompe), componentistica, giocattoli, materiali di cancelleria come pennarelli, portadocumenti, contenitori…

Esistono diversi tipi di macchine per lo stampaggio ad iniezione ma tutte sono costituite, in sostanza, da un gruppo di iniezione (che prepara il materiale) e da un gruppo di chiusura (che gestisce lo stampo).

Il gruppo di iniezione accoglie il materiale plastico (sotto forma di granuli) grazie ad una tramoggia e lo riversa nel cilindro di plastificazione dove viene riscaldato, tramite opportune resistenze, fino al punto specifico di fusione per quel tipo di materiale. In questa fase di riscaldamento del materiale, una vite lo amalgama e lo trasporta al livello dell’ugello. Da qui, viene poi iniettato, ad alta pressione, nello stampo a pressioni molto elevate, che nel frattempo si trova già adeguatamente chiuso dal gruppo di chiusura della macchina.

Una volta iniettato il materiale, il gruppo di apertura e chiusura della macchine gestisce l’apertura dello stampo per consentire l’estrazione del pezzo.

Elementi Principali di una Pressa ad Iniezione

Vediamo allora gli elementi principali delle presse ad iniezione:

un piano fisso, al quale si fissa un semistampo (detto matrice);
un piano mobile, al quale si fissa l’altro semistampo (punzone) che si aprirà alla fine del processo di raffreddamento per l’estrazione del pezzo stampato;
un sistema di supporto, generalmente 4 colonne che effettuano la guida del semistampo mobile, mentre il supporto del peso viene effettuato su guide del basamento;
un meccanismo di chiusura dello stampo (generalmente una ginocchiera, oppure a pistone o hydroblock);
un gruppo di plastificazione ed iniezione, costituito da una vite senza fine all’interno di un cilindro riscaldato elettricamente; la vite ruota intorno al proprio asse durante il caricamento e la fusione del materiale, retrocedendo durante la fase di caricamento del granulo e spostandosi in avanti durante la fase di iniezione. In testa al cilindro è montato un ugello che, attraverso un foro nel piano fisso della pressa, è mantenuto a contatto del foro di iniezione dello stampo;
una piastra di estrazione, che permette il distacco del pezzo stampato;
una centralina oleodinamica, che fornisce l’energia per gli azionamenti idraulici oppure motori elettrici per l’azionamento dei movimenti nelle presse full electric;
un basamento di supporto;
un’unità di controllo elettronica.

Tipologie di Presse ad Iniezione: Idrauliche, Ibride, Elettriche

Diverse sono le tipologie di presse ad iniezione: da quelle ad azionamento totalmente idraulico, a quelle con azionamento totalmente elettrico.

Esistono anche presse “ibride” che prevedono l’utilizzo sia di motori elettrici che di azionamenti idraulici. Ad esempio, possono avere gruppo chiusura idraulico e gruppo di plastificazione/iniezione elettrico, oppure gruppo chiusura e plastificazione elettrici, con piastra di estrazione e movimenti ausiliari idraulici.

La scelta del modello di pressa per lo stampaggio della plastica, e quindi dell’azionamento idraulico, elettrico o ibrido, dipende dallo stampo e dal prodotto che si desidera ottenere.

Le presse full electric vengono spesso scelte per il risparmio energetico. Modelli di presse ibride e idrauliche con il sistema servopompa possono garantire gli stessi livelli di consumo energetico delle elettriche, con il vantaggio di essere più flessibili, affidabili e meno onerose dal punto di vista della manutenzione ed assistenza.

Per questo motivo è importante valutare attentamente le esigenze di stampaggio ed affidarsi a produttori che offrono una gamma completa di macchinari e non una sola tecnologia.

La disposizione più diffusa è quella con movimento di apertura degli stampi orizzontale, ma per alcuni tipi di lavorazioni si utilizzano presse verticali.

Ciclo di Funzionamento di una Pressa per lo Stampaggio a Iniezione

Una pressa a iniezione funziona alternando o, in alcuni casi, sovrapponendo le seguenti fasi distinte:

Caricamento e plastificazione: la vite in rotazione preleva il materiale termoplastico da una tramoggia fissata al cilindro; il materiale avanza verso la testa del cilindro e fonde per effetto delle resistenze poste sul cilindro stesso.
Chiusura dello stampo: i due semi stampi vengono avvicinati velocemente in bassa pressione e vengono bloccati nella posizione di massima forza di chiusura;
Iniezione: la vite si sposta rapidamente in avanti e agendo come un pistone spinge il materiale fuso, attraverso l’ugello, nella cavità dello stampo.
Mantenimento in pressione: la vite continua ad essere spinta in avanti mantenendo la pressione sul materiale finché questo non è solidificato.
Rilascio della pressione della vite;
Rotazione della vite per preparazione al nuovo ciclo.
Raffreddamento del materiale nello stampo;
Apertura dello stampo ed estrazione del pezzo stampato, estrazione che può essere automatica, manuale o assistita da manipolatori esterni (robot).

Manutenzione e Sicurezza

Come ogni strumento di lavoro, le presse meccaniche richiedono una cura costante per mantenere prestazioni ottimali e prevenire guasti. La manutenzione ordinaria, come la lubrificazione delle parti mobili, la pulizia dei componenti e il controllo periodico dei sistemi di sicurezza, è essenziale per garantire un funzionamento fluido e sicuro. Tuttavia, anche le macchine più affidabili possono subire guasti o usura.

Oltre alla manutenzione, la sicurezza degli operatori è un aspetto fondamentale da tenere in considerazione. Le presse meccaniche sono macchine potenti e possono essere pericolose se non utilizzate correttamente.

Insomma, le presse meccaniche e idrauliche sono strumenti indispensabili in numerosi settori industriali, e riescono a trasformare materiali grezzi in prodotti finiti di alta qualità. Abbiamo visto approfonditamente come funziona una pressa meccanica, il suo funzionamento e le sue applicazioni pratiche in vari settori industriali.

tag: #Idraulico