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Dans la structure centrale d'une machine d'injection verticale, le système à vis joue un rôle clé dans la transformation des matières premières plastiques de l'état solide à l'état fondu. Ce composant métallique qui semble simple, avec son design précis et son contrôle de mouvement efficace, effectue des dizaines de cycles de plastication haute précision par minute. En tant que « cœur » du processus d'injection, la conception de la vis affecte directement la qualité de la mise en forme et l'efficacité de production.

I. Évolution de la structure du système de vis

Les vis des machines de moulage par injection verticales modernes adoptent généralement un design structuré en trois étapes classiques, chaque étape ayant une fonction distincte. La section d'alimentation est responsable du transport stable des matières premières, et les rainures profondes de la vis dans cette section assurent un écoulement fluide des granulés sous l'influence de la gravité. La section de compression génère un effet de compression mécanique grâce à des rainures de vis progressivement plus étroites, améliorant ainsi l'efficacité de plastification tout en évitant une cisaillement excessif. La section de dosage, avec ses rainures de vis plus superficielles, garantit une fonte uniforme dans un environnement à haute pression, stabilisant ainsi la qualité du produit.

La section de dosage est cruciale, et son design suit généralement un ratio d'or entre la longueur et le diamètre (L/D) compris entre 5:1 et 7:1. Cela garantit non seulement l'homogénéité du mélange fondu, mais maintient également les fluctuations de température dans une plage de ±2°C. Pour éviter le reflux du matériau fondu, le composant de la bague de contrôle utilise une structure à double joint, avec un temps de réponse inférieur à 0,03 seconde.

II. Couplage de la thermodynamique et de la rhéologie

L'effet de chaleur par cisaillement généré par la rotation de l'hélice suit la formule rhéologique τ = η(du/dy), avec des taux de cisaillement variables selon les sections. Par exemple, dans la section d'alimentation, le taux de cisaillement varie généralement entre 50 et 100 s⁻¹, tandis que dans la section de dosage, il peut atteindre entre 500 et 1000 s⁻¹. Pour les matériaux sensibles à la chaleur, comme le PC (polycarbonate), un design d'hélice spécialisé est utilisé, réduisant la longueur de la section de compression pour limiter l'augmentation de température à moins de 30°C.

Le champ de température du mélange présente un gradient axial. En utilisant la thermographie infrarouge, la courbe de température de l'ouverture d'alimentation à la sortie de la buse est observée. En optimisant les paramètres de vitesse de vis et de contrôle de la pression arrière, le coefficient de fluctuation de température peut être réduit à moins de 0,05, empêchant ainsi la dégradation du matériau due à une température excessive.

III. Matériaux d'ingénierie et traitement de surface

Pour améliorer la résistance à l'usure, le corps de la vis est fabriqué en acier nitridé, qui subit un traitement de nituration ionique, aboutissant à une dureté de surface répondant à des normes élevées. Pour les matériaux renforcés de fibres de verre, une couche de traitement en alliage bi-métallique est utilisée, augmentant la résistance à l'usure de 3 à 5 fois par rapport aux traitements traditionnels de nituration. La surface du sommet de la vis est recouverte de diamant, réduisant le coefficient de frottement à moins de 0,08.

La dernière technologie de texturation de surface utilise le dépôt laser pour créer des tableaux de rainures au niveau micrométrique sur la surface de l'hélice. Les données expérimentales montrent que cette structure améliore l'efficacité de mélange de 18 % et augmente l'uniformité de la température de fusion de 25 %.

Dans le domaine de la fonderie par injection de précision, les tolérances du diamètre de l'hélice sont désormais contrôlées avec une précision de grade IT5, avec une erreur de concentricité n'excédant pas 0,01 mm/m. De plus, l'hélice ondulée nouvellement conçue, optimisée à l'aide de simulations CFD (Dynamique des Fluides Computionnelle), peut réduire la biréfringence à moins de 3 nm/cm lors de la mise en forme de composants en PC d'optique. Avec l'intégration de la technologie de capteurs intelligents, le système d'hélice permet désormais un suivi en temps réel de la viscosité de la fonte, couplé à un système de contrôle adaptatif, garantissant que le processus de plastification reste très stable avec une valeur CPK (Indice de Capacité du Procédé) constamment supérieure à 1,67.

Cette nouvelle génération de systèmes de vis, combinant intégration électromécanique et conception précise, redéfinit les limites de la précision du traitement des plastiques.