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

I. Evolução da Estrutura do Sistema de Parafuso

Parafusos de máquinas de injeção vertical modernas geralmente adotam um design estrutural clássico em três estágios, com cada estágio desempenhando uma função distinta. A seção de alimentação é responsável pelo transporte estável dos materiais brutos, e as profundas ranhuras do parafuso nesta seção garantem um fluxo suave das partículas sob a influência da gravidade. A seção de compressão gera um efeito de compressão mecânica por meio de ranhuras de parafuso que se estreitam gradualmente, aumentando a eficiência de plastificação enquanto previne cisalhamento excessivo. A seção de dosagem, com suas ranhuras de parafuso 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 geralmente segue uma razão áurea de comprimento-a-diâmetro (L/D) entre 5:1 e 7:1. Isso não apenas garante a homogeneidade do material fundido, mas também mantém as flutuações de temperatura dentro de ±2°C. Para evitar o refluxo do material fundido, o componente da válvula antirretorno utiliza uma estrutura de duplo selo, com um tempo de resposta inferior a 0,03 segundos.

II. Acoplamento de Termodinâmica e Reologia

O efeito de calor por cisalhamento gerado pela rotação do rosca 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 geralmente varia entre 50 e 100 s⁻¹, enquanto na seção de medição pode atingir entre 500 e 1000 s⁻¹. Para materiais sensíveis ao calor, como o PC (polycarbonato), é empregado um design especial de rosca, encurtando o comprimento da seção de compressão para limitar o aumento de temperatura a dentro de 30°C.

O campo de temperatura do material derretido apresenta um gradiente axial. Usando termografia infravermelha, a curva de temperatura do ponto de alimentação até a saída da boca é observada. Ao otimizar os parâmetros de velocidade da rosca e controle de pressão de retorno, o coeficiente de variação de temperatura pode ser reduzido para abaixo de 0,05, evitando a degradação do material devido a temperaturas excessivas.

III. Materiais de Engenharia e Tratamento de Superfície

Para aumentar a resistência ao desgaste, o corpo da rosca é feito de aço nitretado, que passa por um tratamento de nitreto iônico, resultando em uma dureza superficial que atende a altos padrões. Para materiais reforçados com fibra de vidro, é usado um revestimento de liga bi-metálica, melhorando a resistência ao desgaste de 3 a 5 vezes em comparação com tratamentos nitretados tradicionais. A superfície do topo da rosca é revestida com diamante, reduzindo o coeficiente de atrito para abaixo de 0,08.

A tecnologia mais recente de texturização de superfície utiliza revestimento a laser para criar arranjos de sulcos no nível de micrômetros na superfície do parafuso. Dados experimentais mostram que essa estrutura melhora a eficiência de mistura em 18% e aumenta a uniformidade da temperatura de fusão em 25%.

No campo da injeção de precisão, as tolerâncias do diâmetro do parafuso agora são controladas dentro da precisão de grau IT5, com erro de concêntrica não excedendo 0,01mm/m. Além disso, o parafuso ondulado redesenhado, otimizado usando simulações de DFC (Dinâmica de Fluidos Computacional), pode reduzir o birrefringência a menos de 3nm/cm ao moldar componentes de PC de grau óptico. Com a integração de tecnologia de sensores inteligentes, o sistema de parafuso agora permite o monitoramento em tempo real da viscosidade do material fundido, acoplado a um sistema de controle adaptativo, garantindo que o processo de plastificação permaneça altamente estável com um valor de CPK (Índice de Capacidade do Processo) consistentemente acima de 1,67.

Esta nova geração de sistemas de parafuso, combinando integração eletromecânica e design preciso, está redefinindo os limites da precisão no processamento de plásticos.