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En la estructura central de una máquina de moldeo por inyección vertical, el sistema de tornillo desempeña un papel fundamental en la transformación de las materias primas plásticas del estado sólido al estado fundido. Este componente metálico aparentemente simple, con su diseño preciso y su eficiente control de movimiento, realiza docenas de ciclos de plastificación de alta precisión por minuto. Como "corazón" del proceso de moldeo por inyección, el diseño del tornillo afecta directamente a la calidad del moldeo y a la eficiencia de la producción.

I. Evolución de la estructura del sistema de tornillos

Los tornillos de las máquinas de moldeo por inyección verticales modernas suelen adoptar un diseño estructural clásico de tres etapas, en el que cada etapa cumple una función distinta. La sección de alimentación es responsable del transporte estable de las materias primas, y las ranuras profundas de los tornillos en esta sección garantizan un flujo suave de los gránulos bajo la influencia de la gravedad. La sección de compresión genera un efecto de compresión mecánica mediante ranuras de tornillo que se estrechan gradualmente, lo que mejora la eficiencia de la plastificación y evita el cizallamiento excesivo. La sección de dosificación, con sus ranuras de tornillo menos profundas, garantiza una fusión uniforme en un entorno de alta presión, estabilizando así la calidad del producto.

La sección de medición es crucial y su diseño generalmente sigue una proporción áurea de longitud a diámetro (L/D) entre 5:1 y 7:1. Esto no solo garantiza la homogeneidad de la masa fundida, sino que también mantiene las fluctuaciones de temperatura dentro de ±2 °C. Para evitar el reflujo de la masa fundida, el componente del anillo de retención utiliza una estructura de doble sello, con un tiempo de respuesta de menos de 0.03 segundos.

II. Acoplamiento de la termodinámica y la reología

El efecto de calor de corte generado por la rotación del tornillo sigue la fórmula reológica τ = η(du/dy), y la velocidad de corte varía en las diferentes secciones. Por ejemplo, en la sección de alimentación, la velocidad de corte suele oscilar entre 50 y 100 s⁻¹, mientras que en la sección de dosificación puede llegar a entre 500 y 1000 s⁻¹. Para materiales sensibles al calor, como el PC (policarbonato), se emplea un diseño de tornillo especializado, que acorta la longitud de la sección de compresión para limitar el aumento de temperatura a 30 °C.

El campo de temperatura de la masa fundida presenta un gradiente axial. Mediante termografía infrarroja, se observa la curva de temperatura desde la abertura de alimentación hasta la salida de la boquilla. Al optimizar los parámetros de control de la velocidad del tornillo y la contrapresión, el coeficiente de fluctuación de la temperatura se puede reducir por debajo de 0.05, lo que evita la degradación del material debido a una temperatura excesiva.

III. Materiales de ingeniería y tratamiento de superficies

Para mejorar la resistencia al desgaste, el cuerpo del tornillo está hecho de acero nitrurado, que se somete a un tratamiento de nitruración iónica, lo que da como resultado una dureza superficial que cumple con los altos estándares. Para los materiales reforzados con fibra de vidrio, se utiliza una capa de tratamiento de aleación bimetálica, que mejora la resistencia al desgaste de 3 a 5 veces en comparación con los tratamientos de nitruración tradicionales. La superficie superior de la rosca está recubierta de diamante, lo que reduce el coeficiente de fricción a menos de 0.08.

La última tecnología de texturizado de superficies emplea revestimiento láser para crear matrices de ranuras a nivel micrométrico en la superficie del tornillo. Los datos experimentales muestran que esta estructura mejora la eficiencia de mezclado en un 18 % y mejora la uniformidad de la temperatura de fusión en un 25 %.

En el campo del moldeo por inyección de precisión, las tolerancias del diámetro del tornillo ahora se controlan dentro de una precisión de grado IT5, con un error de concentricidad que no supera los 0.01 mm/m. Además, el tornillo ondulado de nuevo diseño, optimizado mediante simulaciones CFD (dinámica de fluidos computacional), puede reducir la birrefringencia por debajo de los 3 nm/cm al moldear componentes de PC de grado óptico. Con la integración de la tecnología de detección inteligente, el sistema de tornillo ahora permite el monitoreo en tiempo real de la viscosidad de la masa fundida, junto con un sistema de control adaptativo, lo que garantiza que el proceso de plastificación se mantenga altamente estable con un valor CPK (índice de capacidad del proceso) constantemente por encima de 1.67.

Esta nueva generación de sistemas de tornillos, que combina la integración electromecánica y el diseño preciso, está redefiniendo los límites de la precisión del procesamiento de plástico.