En el sistema de tecnología de moldeo por inyección, el cilindro y el tornillo constituyen la unidad central de plastificación y transporte. Sus principios de diseño giran en torno al proceso de transformación de materias primas plásticas de un estado sólido a uno fundido, integrando conocimientos de múltiples disciplinas como la termodinámica, la mecánica de fluidos y la transmisión mecánica. El objetivo es lograr efectos plastificantes eficientes, uniformes y controlables para cumplir con los requisitos de moldeo de diferentes materiales y productos.
El diseño del barril enfatiza en primer lugar la construcción precisa del entorno térmico. Es una estructura cilíndrica con una gran relación de longitud-a-diámetro (longitud a diámetro interior), que forma una cavidad plastificante sellada entre la pared interior y el tornillo. A lo largo de la dirección axial, está funcionalmente dividido en zonas de control de temperatura correspondientes a la sección de alimentación, sección de compresión y sección de homogeneización. Cada sección está equipada con un dispositivo de calentamiento independiente y puede complementarse con un sistema de enfriamiento, formando una distribución en gradiente desde la temperatura baja a la temperatura alta y luego a la temperatura de homogeneización. Este principio de control de temperatura segmentado puede evitar el ablandamiento prematuro de la materia prima, lo que conduciría a un transporte deficiente, y puede proporcionar suficiente calor en las secciones de compresión y homogeneización, promoviendo la fusión total del material bajo cizallamiento y conducción de calor. Al mismo tiempo, la refrigeración evita el sobrecalentamiento localizado que podría provocar la degradación del material. El diseño de rigidez estructural del cuerpo del cañón también es crucial, ya que requiere que resista la alta presión interna y el estrés térmico. Comúnmente se utiliza forjado de aleación de acero de alta resistencia o fundición centrífuga, y la pared interior se puede mejorar con compuestos bimetálicos o revestimientos-resistentes al desgaste para mejorar la durabilidad.
El núcleo del diseño del tornillo reside en los parámetros geométricos y la combinación funcional de la rosca y la ranura. Según el movimiento del material sobre el tornillo, este se divide en una sección de alimentación, una sección de compresión y una sección de homogeneización. La sección de alimentación tiene ranuras más profundas y un ángulo de hélice moderado, lo que permite recibir y compactar suavemente materias primas sueltas con menor fuerza de corte. La sección de compresión tiene un volumen de ranura que disminuye gradualmente, utilizando variaciones de paso o profundidad de ranura para comprimir el material, expulsar aire y aumentar la densidad, al mismo tiempo que mejora el calor cortante para promover la fusión. La sección de homogeneización tiene ranuras menos profundas y más uniformes, lo que estabiliza la presión del fundido y el caudal para garantizar una salida de medición uniforme. El ángulo de la hélice afecta la eficiencia del transporte y la resistencia al corte, lo que requiere una optimización basada en la viscosidad del material y los requisitos del proceso. La forma y el tratamiento de la superficie del tornillo también están dentro del alcance del diseño; formas de dientes específicas o protuberancias pueden mejorar los efectos de mezcla, mientras que el tratamiento de endurecimiento de la superficie mejora la resistencia al desgaste.
El diseño de ajuste entre el cilindro y el tornillo sigue el principio de control de holgura. Un espacio libre adecuado garantiza el sellado del material fundido, evita el reflujo y reduce la resistencia operativa y el calor por fricción. Una holgura demasiado pequeña aumenta el consumo de energía y el riesgo de desgaste, mientras que una holgura demasiado grande reduce la eficiencia de la plastificación y provoca fugas. El diseño de la estructura de soporte y empuje en el extremo impulsor debe garantizar la coaxialidad y la estabilidad axial del tornillo bajo un par elevado para evitar el desgaste anormal causado por una carga desigual.
En general, el principio de diseño del cilindro y el tornillo se basa en la gestión térmica, utilizando como medios el transporte mecánico y la plastificación por cizallamiento. A través de la optimización sistemática de la estructura, los parámetros y los materiales, logra una conversión eficiente de las materias primas plásticas en una masa fundida uniforme en condiciones controlables, proporcionando una garantía fundamental para la precisión y calidad del moldeo por inyección.
