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En la estructura central de una máquina de inyección vertical, el sistema de rosca desempeña un papel clave en la transformación de los materiales plásticos desde su estado sólido hasta el estado fundido. Este componente metálico aparentemente simple, con su diseño preciso y control de movimiento eficiente, realiza decenas de ciclos de plasticización de alta precisión por minuto. Como el "corazón" del proceso de inyección, el diseño de la rosca afecta directamente la calidad de la moldeada y la eficiencia de producción.

I. Evolución de la estructura del sistema de rosca

Los tornillos de las máquinas de moldeo por inyección vertical modernas suelen adoptar un diseño estructural clásico de tres etapas, donde cada etapa tiene una función distinta. La sección de alimentación es responsable del transporte estable de los materiales originales, y las profundas ranuras de la rosca en esta sección aseguran un flujo suave de los granos bajo la influencia de la gravedad. La sección de compresión genera un efecto de compresión mecánica a través de ranuras de rosca que se estrechan gradualmente, mejorando la eficiencia de plástico mientras previene el corte excesivo. La sección de dosificación, con sus ranuras de rosca más superficiales, asegura un fundido 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 asegura la homogeneidad del material fundido, sino que también mantiene las fluctuaciones de temperatura dentro de ±2°C. Para prevenir el retroceso del material fundido, el componente de anillo de retención utiliza una estructura de doble sellado, con un tiempo de respuesta inferior a 0,03 segundos.

II. Acoplamiento de termodinámica y reología

El efecto de calor por cizallamiento generado por la rotación del tornillo sigue la fórmula reológica τ = η(du/dy), con la tasa de cizallamiento variando en diferentes secciones. Por ejemplo, en la sección de alimentación, la tasa de cizallamiento generalmente oscila entre 50 y 100 s⁻¹, mientras que en la sección de medición puede alcanzar entre 500 y 1000 s⁻¹. Para materiales sensibles al calor, como el PC (poliéster), se emplea un diseño especial de tornillo, acortando la longitud de la sección de compresión para limitar el aumento de temperatura a menos de 30°C.

El campo de temperatura del material derretido presenta un gradiente axial. Usando termografía infrarroja, se observa la curva de temperatura desde la abertura de alimentación hasta la salida de la boquilla. Al optimizar los parámetros de velocidad de la rosca y la presión de retorno, el coeficiente de fluctuación de temperatura se puede reducir a menos de 0.05, evitando la degradación del material debido a temperaturas excesivas.

III. Materiales de Ingeniería y Tratamiento Superficial

Para mejorar la resistencia al desgaste, el cuerpo de la rosca está hecho de acero nitrurado, que pasa por un tratamiento de nitruración iónica, lo que resulta en una dureza superficial que cumple con altos estándares. Para materiales reforzados con fibra de vidrio, se utiliza una capa de tratamiento de aleación bimetálica, mejorando la resistencia al desgaste de 3 a 5 veces en comparación con los tratamientos nitrurados tradicionales. La superficie de la cabeza del hilo está recubierta con diamante, reduciendo el coeficiente de fricción a menos de 0.08.

La tecnología más reciente de texturizado de superficies emplea el revestimiento por láser para crear matrices de surcos a nivel micrónico en la superficie de la rosca. Los datos experimentales muestran que esta estructura mejora la eficiencia de mezclado en un 18% y aumenta la uniformidad de la temperatura de fusión en un 25%.

En el campo de la inyección de precisión, los tolerancias del diámetro de la rosca ahora se controlan dentro de una precisión de grado IT5, con un error de concéntrica que no supera los 0.01mm/m. Además, la nueva rosca ondulada, optimizada mediante simulaciones de DCF (Dinámica de Fluidos Computacional), puede reducir el birefringencia a menos de 3nm/cm al moldear componentes de PC de grado óptico. Con la integración de tecnología de sensores inteligentes, el sistema de rosca ahora permite monitorear en tiempo real la viscosidad del material fundido, acoplado a un sistema de control adaptativo, asegurando que el proceso de plastificación permanezca altamente estable con un valor de CPK (Índice de Capacidad del Proceso) consistentemente por encima de 1.67.

Esta nueva generación de sistemas de rosca, que combina la integración electromecánica y un diseño preciso, está redefiniendo los límites de la precisión en el procesamiento de plásticos.