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Na estrutura central de uma máquina de moldagem por injeção vertical, o sistema de parafuso desempenha um papel fundamental na transformação de matérias-primas plásticas do estado sólido para o fundido. Este componente metálico aparentemente simples, com seu design preciso e controle de movimento eficiente, realiza dezenas de ciclos de plastificação de alta precisão por minuto. Como o "coração" do processo de moldagem por injeção, o design do parafuso afeta diretamente a qualidade da moldagem e a eficiência da produção.

I. Evolução da estrutura do sistema de parafusos

Os parafusos modernos de máquinas de moldagem por injeção vertical geralmente adotam um design estrutural clássico de três estágios, com cada estágio servindo a uma função distinta. A seção de alimentação é responsável pelo transporte estável de matérias-primas, e as ranhuras profundas dos parafusos nesta seção garantem um fluxo suave dos grânulos sob a influência da gravidade. A seção de compressão gera um efeito de compressão mecânica por meio do estreitamento gradual das ranhuras dos parafusos, aumentando a eficiência da plastificação e evitando cisalhamento excessivo. A seção de medição, com suas ranhuras mais rasas, garante fusão uniforme em um ambiente de alta pressão, estabilizando assim a qualidade do produto.

A seção de medição é crucial, e seu design normalmente segue uma proporção áurea de comprimento para diâmetro (L/D) entre 5:1 e 7:1. Isso não apenas garante a homogeneidade do fundido, mas também mantém as flutuações de temperatura dentro de ±2°C. Para evitar o refluxo do fundido, o componente do anel de verificação usa uma estrutura de vedação dupla, com um tempo de resposta de menos de 0.03 segundos.

II. Acoplamento da termodinâmica e da reologia

O efeito de calor de cisalhamento gerado pela rotação do parafuso segue a fórmula reológica τ = η(du/dy), com a taxa de cisalhamento variando em diferentes seções. Por exemplo, na seção de alimentação, a taxa de cisalhamento normalmente varia de 50 a 100 s⁻¹, enquanto na seção de medição, pode atingir 500 a 1000 s⁻¹. Para materiais sensíveis ao calor, como PC (policarbonato), um projeto de parafuso especializado é empregado, encurtando o comprimento da seção de compressão para limitar o aumento de temperatura para dentro de 30 °C.

O campo de temperatura do fundido exibe um gradiente axial. Usando termografia infravermelha, a curva de temperatura da abertura de alimentação até a saída do bico é observada. Ao otimizar os parâmetros de controle de velocidade do parafuso e contrapressão, o coeficiente de flutuação de temperatura pode ser reduzido para menos de 0.05, evitando a degradação do material devido à temperatura excessiva.

III. Materiais de Engenharia e Tratamento de Superfícies

Para aumentar a resistência ao desgaste, o corpo do parafuso é feito de aço nitretado, que passa por tratamento de nitretação iônica, resultando em uma dureza de superfície que atende a altos padrões. Para materiais reforçados com fibra de vidro, uma camada de tratamento de liga bimetálica é usada, melhorando a resistência ao desgaste em 3 a 5 vezes em comparação aos tratamentos de nitretação tradicionais. A superfície superior da rosca é revestida com diamante, reduzindo o coeficiente de atrito para menos de 0.08.

A mais recente tecnologia de texturização de superfície emprega revestimento a laser para criar matrizes de sulcos em nível de mícron na superfície do parafuso. Dados experimentais mostram que essa estrutura melhora a eficiência da mistura em 18% e aumenta a uniformidade da temperatura de fusão em 25%.

No campo da moldagem por injeção de precisão, as tolerâncias de diâmetro de parafuso agora são controladas dentro da precisão de grau IT5, com erro de concentricidade não excedendo 0.01 mm/m. Além disso, o parafuso ondulado recém-projetado, otimizado usando simulações de CFD (Computational Fluid Dynamics), pode reduzir a birrefringência para menos de 3 nm/cm ao moldar componentes de PC de grau óptico. Com a integração da tecnologia de sensoriamento inteligente, o sistema de parafuso agora permite o monitoramento em tempo real da viscosidade do fundido, juntamente com um sistema de controle adaptativo, garantindo que o processo de plastificação permaneça altamente estável com um valor de CPK (Process Capability Index) consistentemente acima de 1.67.

Esta nova geração de sistemas de parafusos, combinando integração eletromecânica e design preciso, está redefinindo os limites da precisão do processamento de plástico.