L’importanza del cordone di tenuta per un’erogazione di precisione

Di Mike Bozzelli, Direttore della divisione Engineering, Applied Fluid Technologies, Graco Inc.

La funzionalità di un prodotto può dipendere dalla realizzazione di una sigillatura o di un incollaggio perfetto all'interno di un componente e per questo è fondamentale la posa di un cordone di tenuta perfetto se si pianifica di erogare il materiale per l’incollaggio o la sigillatura. Se il cordone è imperfetto, la parte è considerata difettosa, il che alla fine comporta notevoli implicazioni in termini di costi. Ottenere un cordone perfetto significa controllare il fluido dall'inizio alla fine. Per controllare il fluido, il successo inizia con la determinazione del tipo di cordone che si desidera erogare e quindi selezionare l'attrezzatura di erogazione giusta per l'applicazione.

Il primo passo è determinare se è necessario incollare o sigillare.

L'incollaggio si ottiene quando due elementi vengono uniti o fissati insieme per evitare che i pezzi discreti della parte si separino, mentre la sigillatura viene utilizzata per impedire che sostanze, come i fluidi, fuoriescano da una parte o vi entrino. Numerosi prodotti si basano sull'incollaggio e sulla sigillatura; ognuno richiederà una diversa specifica ingegneristica del cordone di tenuta. Tali specifiche includono il profilo del cordone e l'altezza e la larghezza del cordone richieste.

L'incollaggio e la sigillatura possono essere eseguiti utilizzando un materiale a 1 componente (1k) o a 2 componenti (2k). I materiali 1k vengono generalmente erogati in o su una parte senza essere miscelati con un altro materiale. I materiali possono essere a caldo, siliconi, uretani, resine epossidiche o materiali UV. Possono essere polimerizzati mediante l'uso di solventi, riscaldamento o reazione all'umidità nell'aria.

Esempi di applicazioni tipiche 1k includono la sigillatura di pannelli solari, l’assemblaggio di finestre, le applicazioni automobilistiche (sigillanti per parabrezza in uretano, incollaggio di luci posteriori, incollaggio di specchi su involucri, alloggiamenti in plastica del sistema di frenatura antibloccaggio (ABS)), nonché incollaggio di gruppi di altoparlanti e terminali del filtro e sigillatura di cordoli.

Le guarnizioni fustellate e le guarnizioni stampate a iniezione sono da anni una pratica di progettazione standard. Però, le guarnizioni fustellate comportano un grande spreco di materiale. In molti casi, i produttori finiscono per buttare via quasi un intero foglio di materiale solo per ottenere una guarnizione sottile. Le guarnizioni stampate a iniezione risolvono il problema dello spreco di materiale ma richiedono un investimento significativo nell'attrezzatura per gli stampi. Entrambi i metodi hanno anche il notevole svantaggio di essere molto costosi da modificare se è necessario un aggiornamento del progetto.

In pratica, un cordone di tenuta è un'alternativa liquida erogata rispetto alle guarnizioni fustellate o stampate a iniezione. Idealmente, non si dovrebbe essere in grado di distinguerli se confrontati. Il cordone deve essere uniforme su tutta la lunghezza e includere un'altezza, una larghezza e un durometro (durezza) coerenti. 

Un cordone perfetto non può avere alcun tipo di incongruenza, inclusi punti duri, morbidi, punti sottili o spessi in qualsiasi parte del cordone. Questo è uno degli aspetti positivi delle parti fustellate e stampate a iniezione perché sono tutte un pezzo unico. Un cordone erogato deve iniziare in un punto fisso, eseguire l'intero percorso previsto alla stessa altezza, larghezza e forma, quindi terminare in un altro punto fisso che, di solito, è lo stesso punto di partenza. Se si utilizza un materiale bicomponente, deve anche rimanere miscelato esattamente nello stesso rapporto per non influenzare il durometro finale.  

I punti spessi in un cordone provengono da una varietà di luoghi, ma molto spesso sono il risultato di un aumento della pressione del materiale. L'opposto di ciò sono i punti sottili che sono il più delle volte il risultato di una diminuzione della pressione. Quando si ha un punto spesso all'inizio di un cordone, viene sovente definito "testa di serpente" per la sua strana somiglianza con un vero serpente. All'altra estremità del cordone, non è raro avere una "coda" in cui la sezione trasversale del materiale si riduce drasticamente, lasciando dietro di sé un piccolo filo di materiale.

Un cordone di tenuta imperfetto potrebbe generare una parte difettosa, da smaltire o rielaborare. Le implicazioni sui costi per i cordoni imperfetti possono essere considerevoli, in base a variabili quali costo delle parti, ore di lavoro e perdita di riproduzione a causa della rilavorazione e del costo del materiale extra. Se la parte difettosa è sul campo, potrebbe comportare un'azione in garanzia e diventare anche un problema di responsabilità. 

A differenza di un cordone di tenuta, l'altezza, la larghezza e il durometro non sono le caratteristiche critiche prioritarie per un cordone di incollaggio. Questo perché i pezzi vengono assemblati mentre il materiale è ancora bagnato (o almeno in qualche modo ancora flessibile) e si muovono. Con un cordone adesivo, il posizionamento, il volume corretto di materiale e, nel caso di materiali a due componenti, i rapporti di miscelazione corretti sono i fattori più importanti. Sebbene elementi quali teste e code di serpente siano molto importanti, in realtà è più importante ottenere la giusta quantità di materiale nella giusta posizione in modo che si diffonda correttamente durante il processo di assemblaggio.

Se viene applicato troppo poco materiale, ci saranno degli spazi vuoti. Se viene applicato troppo materiale, entrerà nelle aree in cui il materiale non è desiderato. Il posizionamento contribuirà in modo significativo per entrambe queste situazioni. Nel caso di materiali bicomponenti, se non vengono utilizzati il rapporto e la miscela corretti, i materiali non vengono incollati correttamente anche se tutto può sembrare accettabile.

La chiave per cordoni perfetti, qualunque ne sia lo scopo, è il controllo del fluido. Pompe a pompante positivo servocomandate, come i modelli Graco PD44, 1053, 1093 e le valvole e le macchine PR70 sono scelte eccellenti per soddisfare costantemente la maggior parte dei requisiti dei cordoni di tenuta.

Per progettazione, le valvole a pompante positivo eliminano due variabili molto importanti in termini di temperatura e viscosità. La maggior parte dei materiali cambia viscosità al variare della temperatura. In genere, la maggior parte dei materiali diventa più sottile all'aumentare della temperatura e tende a essere più spessa a temperature più basse. Se si sta solo applicando pressione a quel materiale e si fa affidamento sull'apertura e la chiusura di una valvola per un periodo di tempo fisso, questo probabilmente diventerà un problema significativo da superare. 

Aprendo la valvola al mattino, quando il materiale è freddo e denso, si otterrà una quantità di materiale minore del previsto. È possibile compensare tutto ciò regolando la pressione di alimentazione. Tuttavia, quando l'impianto si è riscaldato nel corso della giornata, la pressione deve essere regolata nuovamente perché il materiale si è diluito e il sistema sta depositando più materiale. Questo scenario crea un intervento indesiderato dell'operatore dal punto di vista del controllo del processo di assemblaggio e probabilmente si traduce in parti scartate o rielaborate.

Pur affrontando la quantità di materiale stesso, non tiene conto di tutte le cose che sono state menzionate in precedenza come teste di serpente, code o fluttuazioni di pressione che rovineranno il cordone. Le valvole e le macchine a pompante positivo servoazionate forniscono opzioni per gestire tutte queste variabili ed eliminarle completamente nella maggior parte dei casi. Il sistema servoassistito fornisce una forza costante e quindi una pressione costante al materiale dall'inizio fino alla fine del cordone, eliminando tutte le potenziali aree spesse e sottili all'interno del cordone stesso.

Il design della valvola volumetrica implica che contiene lo stesso volume di materiale ogni volta, quindi deposita la stessa quantità di materiale ogni volta. Quindi, man mano che i materiali si assottigliano o si addensano durante la giornata, la quantità di materiale erogato è sempre la stessa. L'unione di questi due elementi progettuali offre all'utente il controllo completo sul fluido dall'inizio alla fine del cordone di tenuta.

Negli articoli successivi, forniremo suggerimenti per l'abbinamento di queste tecnologie relative ai fluidi con apparecchiature di movimento come bracci robotici e piattaforme XYZ per posare cordoni perfetti anche con i materiali più difficili.