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Nella struttura centrale di una macchina per stampaggio a iniezione verticale, il sistema a vite svolge un ruolo chiave nella trasformazione delle materie prime plastiche dallo stato solido a quello fuso. Questo componente metallico apparentemente semplice, con il suo design preciso e l'efficiente controllo del movimento, esegue decine di cicli di plastificazione ad alta precisione al minuto. Come "cuore" del processo di stampaggio a iniezione, il design della vite influisce direttamente sulla qualità dello stampaggio e sull'efficienza della produzione.

I. Evoluzione della struttura del sistema a vite

Le viti delle moderne macchine per stampaggio a iniezione verticale adottano in genere un classico design strutturale a tre stadi, in cui ogni stadio svolge una funzione distinta. La sezione di alimentazione è responsabile del trasporto stabile delle materie prime e le profonde scanalature delle viti in questa sezione assicurano un flusso regolare dei granuli sotto l'influenza della gravità. La sezione di compressione genera un effetto di compressione meccanica attraverso scanalature delle viti che si restringono gradualmente, migliorando l'efficienza di plastificazione e prevenendo al contempo un taglio eccessivo. La sezione di dosaggio, con le sue scanalature delle viti più superficiali, assicura una fusione uniforme in un ambiente ad alta pressione, stabilizzando così la qualità del prodotto.

La sezione di misurazione è fondamentale e il suo design segue in genere un rapporto aureo tra lunghezza e diametro (L/D) compreso tra 5:1 e 7:1. Ciò non solo garantisce l'omogeneità della fusione, ma mantiene anche le fluttuazioni di temperatura entro ±2°C. Per impedire il riflusso della fusione, il componente dell'anello di controllo utilizza una struttura a doppia tenuta, con un tempo di risposta inferiore a 0.03 secondi.

II. Accoppiamento di termodinamica e reologia

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

Il campo di temperatura della fusione presenta un gradiente assiale. Utilizzando la termografia a infrarossi, viene osservata la curva di temperatura dall'apertura di alimentazione all'uscita dell'ugello. Ottimizzando i parametri di controllo della velocità della vite e della contropressione, il coefficiente di fluttuazione della temperatura può essere ridotto a meno di 0.05, impedendo la degradazione del materiale dovuta a temperatura eccessiva.

III. Materiali ingegneristici e trattamento superficiale

Per migliorare la resistenza all'usura, il corpo della vite è realizzato in acciaio nitrurato, sottoposto a trattamento di nitrurazione ionica, che determina una durezza superficiale che soddisfa elevati standard. Per i materiali rinforzati con fibra di vetro, viene utilizzato uno strato di trattamento in lega bimetallica, che migliora la resistenza all'usura da 3 a 5 volte rispetto ai tradizionali trattamenti di nitrurazione. La superficie superiore della filettatura è rivestita di diamante, riducendo il coefficiente di attrito a meno di 0.08.

L'ultima tecnologia di texturizzazione superficiale impiega il rivestimento laser per creare serie di scanalature a livello di micron sulla superficie della vite. I dati sperimentali mostrano che questa struttura migliora l'efficienza di miscelazione del 18% e aumenta l'uniformità della temperatura di fusione del 25%.

Nel campo dello stampaggio a iniezione di precisione, le tolleranze del diametro delle viti sono ora controllate entro una precisione di grado IT5, con un errore di concentricità non superiore a 0.01 mm/m. Inoltre, la vite ondulata di nuova progettazione, ottimizzata utilizzando simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics), può ridurre la birifrangenza a meno di 3 nm/cm durante lo stampaggio di componenti PC di grado ottico. Con l'integrazione della tecnologia di rilevamento intelligente, il sistema a vite consente ora il monitoraggio in tempo reale della viscosità della fusione, abbinato a un sistema di controllo adattivo, assicurando che il processo di plastificazione rimanga altamente stabile con un valore CPK (Process Capability Index) costantemente superiore a 1.67.

Questa nuova generazione di sistemi a vite, che unisce integrazione elettromeccanica e progettazione precisa, sta ridefinendo i confini della precisione nella lavorazione della plastica.