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Nella struttura centrale di una macchina per la formatura a iniezione verticale, il sistema a vite svolge un ruolo chiave nel trasformare i materiali plastici grezzi dallo stato solido a quello fuso. Questo componente metallico apparentemente semplice, con il suo design preciso e il controllo efficiente del movimento, esegue decine di cicli di plasticizzazione ad alta precisione al minuto. Come il "cuore" del processo di iniezione, la progettazione della vite influisce direttamente sulla qualità della formatura e sull'efficienza della produzione.

I. Evoluzione della struttura del sistema di viti

Le viti delle moderne macchine per la lavorazione a iniezione verticale adottano generalmente un progetto strutturale classico a tre fasi, con ciascuna fase che svolge una funzione specifica. La sezione di alimentazione è responsabile del trasporto stabile dei materiali grezzi, e le profonde scanalature della vite in questa sezione garantiscono un flusso regolare dei granuli sotto l'influenza della gravità. La sezione di compressione genera un effetto di compressione meccanica attraverso scanalature che si restringono gradualmente, migliorando l'efficienza di plasticizzazione mentre preclude un'eccessiva taglio. La sezione di dosaggio, con le sue scanalature più superficiali, garantisce una fusione uniforme in un ambiente ad alta pressione, stabilizzando così la qualità del prodotto.

La sezione di dosaggio è cruciale e il suo design segue tipicamente una proporzione aurea tra lunghezza e diametro (L/D) compresa tra 5:1 e 7:1. Questo non solo garantisce l'omogeneità del materiale fuso, ma mantiene anche le fluttuazioni di temperatura entro ±2°C. Per prevenire il reflusso del materiale fuso, il componente anello di controllo utilizza una struttura a doppio sigillo, con un tempo di risposta inferiore a 0,03 secondi.

II. Accoppiamento di termodinamica e reologia

L'effetto di calore per taglio generato dalla rotazione dell'elica segue la formula reologica τ = η(du/dy), con il tasso di taglio che varia in diverse sezioni. Ad esempio, nella sezione di alimentazione, il tasso di taglio è generalmente compreso tra 50 e 100 s⁻¹, mentre nella sezione di dosaggio può raggiungere da 500 a 1000 s⁻¹. Per materiali sensibili al calore, come il PC (polycarbonato), viene impiegato un design di elica specializzato, accorciando la lunghezza della sezione di compressione per limitare l'aumento di temperatura entro 30°C.

Il campo di temperatura del materiale fuso presenta un gradiente assiale. Utilizzando la termografia a infrarossi, si osserva la curva di temperatura dal punto di alimentazione all'uscita della bocchetta. Ottimizzando i parametri di velocità del vaso e della pressione retrograda, il coefficiente di fluttuazione della temperatura può essere ridotto al di sotto di 0,05, prevenendo la degradazione del materiale causata da temperature eccessive.

III. Materiali Ingegneristici e Trattamenti Superficiali

Per migliorare la resistenza all'usura, il corpo del vaso è realizzato in acciaio nitridato, che subisce un trattamento di nitruzione ionica, risultando in una durezza superficiale che soddisfa standard elevati. Per materiali rinforzati con fibra di vetro, viene utilizzato uno strato di trattamento in lega bi-metallica, migliorando la resistenza all'usura da 3 a 5 volte rispetto ai trattamenti nitridati tradizionali. La superficie del profilo elicoidale è rivestita con diamante, riducendo il coefficiente di attrito al di sotto di 0,08.

La tecnologia più recente di texturizzazione della superficie utilizza il rivestimento laser per creare array di solchi a livello micrometrico sulla superficie della vite. I dati sperimentali mostrano che questa struttura migliora l'efficienza di mescolamento del 18% e aumenta l'uniformità della temperatura di fusione del 25%.

Nel campo della lavorazione per iniezione di precisione, le tolleranze del diametro della vite sono ora controllate entro la precisione di grado IT5, con un errore di concentricità non superiore a 0,01mm/m. Inoltre, la nuova vite a forma ondulata, ottimizzata tramite simulazioni CFD (Dinamica dei Fluidi Computazionale), può ridurre il birefringente a meno di 3nm/cm durante la lavorazione di componenti in PC di grado ottico. Con l'integrazione della tecnologia di sensore intelligente, il sistema della vite consente ora il monitoraggio in tempo reale della viscosità del materiale fuso, accoppiato a un sistema di controllo adattivo, garantendo che il processo di plasticizzazione rimanga altamente stabile con un valore CPK (Indice di Capacità del Processo) costantemente superiore a 1,67.

Questa nuova generazione di sistemi a vite, che combina l'integrazione elettromeccanica e un design preciso, sta ridefinendo i limiti della precisione nel processo del plastico.