En el moldeo por inyección, el tornillo es la parte central que funde, mezcla y entrega el plástico al molde. Los diferentes tipos de tornillos cambian la velocidad a la que el material se funde, la uniformidad del fundido y la cantidad de defectos que se obtienen. Elegir el tipo de tornillo de
moldeo por inyecciónadecuado puede acortar el tiempo de ciclo, reducir los rechazos y mejorar la eficiencia energética.
Tipos Comunes de Tornillos de Moldeo por Inyección
El diseño de un tornillo se clasifica típicamente por su geometría de hélice y la presencia de elementos especializados de mezcla o separación. A continuación se presentan las configuraciones más frecuentes encontradas en aplicaciones industriales.
1. Tornillos de Propósito General (GP)
El tornillo de Propósito General (GP) es el diseño más utilizado en la industria. Está diseñado para procesar una amplia gama de plásticos de consumo, como el Polipropileno (PP) y el Polietileno (PE).
- Estructura de Tres Zonas: La estructura de tres zonas es la primera característica clave de un tornillo GP típico. Las tres zonas incluyen la zona de alimentación, donde la profundidad es constante para permitir la alimentación de gránulos sólidos; la zona de transición o compresión, donde la profundidad disminuye gradualmente para comprimir y fundir los materiales; y la zona de dosificación, donde la profundidad es poco profunda y constante para homogeneizar el fundido y aumentar la presión.
- Relación 1:1:1: En la mayoría de los diseños estándar, cada una de las tres zonas tiene aproximadamente la misma longitud, y cada zona constituye aproximadamente un tercio de la longitud total del tornillo.
- Límites Operacionales: El tornillo GP es bastante versátil, pero no es adecuado para materiales de alto rendimiento. El tornillo puede tener problemas con materiales que contienen vidrio, como los materiales con carga de vidrio, y puede no ser adecuado para PVC, que tiene un punto de fusión bajo y puede quemarse si se sobrecalienta.
2. Tornillos de Barrera
A medida que aumentan las velocidades de producción, también aumenta el riesgo de "no fusiones" (pellets sólidos que llegan a la boquilla). El tornillo de barrera se desarrolló para resolver este problema específico separando el fundido del material sólido durante el proceso de plastificación.
- Diseño de doble canal: La característica principal de un tornillo de barrera es una hélice adicional (la hélice de barrera) que comienza en la zona de transición. Esto crea dos canales separados: un canal de sólidos y un canal de fundido.
- Separación funcional: La holgura entre la hélice de barrera y la pared del cilindro es pequeña. Solo el polímero fundido puede pasar por encima de la hélice de barrera hacia el canal de fundido. Los pellets sólidos quedan atrapados en el canal de sólidos hasta que se funden por completo.
Ventajas técnicas:
- Homogeneidad Térmica: El hecho de que el fundido esté separado de los sólidos significa que no se aplica calor por cizallamiento innecesario al material después de que ya se ha fundido.
- Mayor Rendimiento: Los tornillos de barrera permiten velocidades de tornillo más altas sin comprometer la calidad del fundido.
3. Tornillos Ventilados (Desgasificadores)
Ciertos
materiales higroscópicos, como el policarbonato (PC), la poliamida (PA) y el ABS, absorben humedad de la atmósfera. Si esta humedad no se elimina, se convierte en vapor durante el procesamiento, causando defectos visuales como vetas plateadas o debilidades estructurales. Un tornillo ventilado permite que estos gases escapen durante el proceso de fusión.
- Configuración de Dos Etapas: Un tornillo ventilado es esencialmente dos tornillos conectados en serie. La primera etapa funde el material. Luego, el tornillo entra en una "zona de descompresión" donde la profundidad del canal aumenta significativamente, provocando que la presión interna del fundido disminuya.
- El Proceso de Extracción: En este punto de baja presión, un orificio (puerto de ventilación) en el cilindro permite que la humedad y los volátiles escapen. Después de la ventilación, la segunda etapa del tornillo vuelve a comprimir el fundido y lo prepara para la inyección.
- Impacto Industrial: Los tornillos ventilados a veces eliminan la necesidad de equipos de secado adicionales; sin embargo, deben tener un control preciso sobre la zona de descompresión para evitar "flujo de ventilación", en el que el plástico fundido sale a través del puerto de ventilación.
4. Tornillos de Mezcla (Distributivos y Dispersivos)
Cuando un proceso requiere la adición de concentrados de color (masterbatches) o aditivos químicos, un tornillo GP estándar puede no mezclar uniformemente. Los tornillos de mezcla incorporan elementos especializados en el extremo de la zona de dosificación para mejorar la homogeneidad.
- Mezcladores Dispersivos: Estas partes están diseñadas para romper aglomerados o partículas de pigmento. Un ejemplo de esto es el mezclador Maddock. Aquí, el fundido se ve forzado a pasar por un pequeño espacio llamado "barreras de cizallamiento" para asegurar que todas las partículas se rompan en un tamaño similar.
- Mezcladores Distributivos: Estas partes están diseñadas principalmente para asegurar que las corrientes de fundido se distribuyan uniformemente para lograr un color o temperatura uniforme sin emplear alta cizalla. Ejemplos de mezcladores distributivos son los mezcladores "piña" o "clavija". Se utilizan principalmente en la mezcla de materiales sensibles al calor.
- Factor de Selección: La selección del tipo a utilizar se basa en el tipo de aditivo. Los mezcladores dispersivos se utilizan para mezclar partículas duras, mientras que los mezcladores distributivos se utilizan para mezclar fundidos de diferente viscosidad o color.
5. Tornillos Especiales o de Alto Rendimiento (por ejemplo, Específicos para Material, en Forma de V, Olefina de Alto Rendimiento)
Muchos proveedores ofrecen tornillos específicos para materiales o procesos, por ejemplo, tornillos de olefina de alto rendimiento para PP/PE, tornillos en V sin un anillo antirretorno tradicional, o tornillos específicos para materiales con alto contenido de fibra de vidrio.
- Uso típico: Producción de alto volumen de uno o pocos materiales, tolerancia dimensional estricta y materiales sensibles al calor o con alto relleno.
- Ventajas: Menor tiempo de ciclo, tamaño de inyección más estable, mejor control de cizallamiento y temperatura, mayor vida útil cuando se utilizan materiales y recubrimientos resistentes al desgaste.
- Limitaciones: Mayor costo inicial, menor flexibilidad si se cambian frecuentemente de materiales y productos, y a menudo requiere soporte de ingeniería para su especificación.
Tabla comparativa de tipos de tornillos
Tipo de tornillo | Materiales y uso típicos | Fortalezas principales | Limitaciones principales |
Propósito general | PP, PE y otras resinas de commodity para piezas estándar. | Versátil, fácil de ejecutar, rentable, adecuado para muchos trabajos. | No optimizado para materiales difíciles o necesidades estrictas de color/calidad. |
Barrera | Resinas de ingeniería, aplicaciones que necesitan una fusión muy consistente. | Fusión más rápida y uniforme; menos gránulos sin fundir; mejor calidad. | Mayor costo, requiere una correcta adaptación del material para evitar el sobrecorte. |
Mezcla | Piezas críticas para el color, materiales reciclados o con carga, requieren uniformidad. | Excelente uniformidad de color y propiedades, mejor homogeneidad de la fusión. | Mayor cizallamiento y contrapresión, riesgo de degradación si no se ajusta. |
Ventilado | Resinas sensibles a la humedad o ricas en volátiles como PC, PA y algunos reciclados. chuangriscrew+2 | Reduce burbujas, vacíos y ampollas, mejora la apariencia superficial. | Necesita un diseño de ventilación y mantenimiento adecuados; configuración más compleja. |
Especial / alto rendimiento | Trabajos de alto volumen específicos para el material y piezas de alto llenado o de tolerancias ajustadas. | Tiempos de ciclo más cortos, alta estabilidad y uso optimizado de desgaste y energía. | Mayor inversión, menos flexible para cambios frecuentes de material. |
Parámetros Clave de Diseño de un Tornillo de Moldeo por Inyección
Varios parámetros de diseño centrales determinan cómo se comporta cualquier tipo de tornillo en producción: la relación longitud-diámetro (L/D), la relación de compresión y la profundidad del canal (filete) en cada zona. La relación L/D afecta cuánto tiempo permanece el material en el tornillo, mientras que la relación de compresión (relación de la profundidad del canal entre las zonas de alimentación y dosificación) influye en la tasa de fusión y el nivel de cizallamiento.
- Las relaciones de compresión más altas aumentan el cizallamiento y la fusión, pero una relación de compresión demasiado alta puede causar degradación en plásticos sensibles al calor.
- La profundidad de rosca adecuada y el control de calentamiento segmentado mejoran la uniformidad de la fusión y reducen defectos como puntos negros y piezas incompletas.
Para alguien nuevo en el moldeo por inyección, es práctico confirmar con el proveedor del tornillo si la relación L/D y la relación de compresión del tornillo elegido coinciden con la familia principal de materiales (por ejemplo, menor compresión para PVC, mayor para PC).
Cómo Elegir el Tornillo Adecuado para Su Proyecto
Al seleccionar un tornillo de moldeo por inyección, concéntrese en el material, los requisitos del producto y los objetivos de producción: estabilidad de plastificación, tiempo de ciclo, calidad y costo. Por ejemplo, un tornillo de propósito general a menudo funciona para carcasas de PP estándar, pero para una pieza de ingeniería reforzada con fibra de vidrio, un tornillo de barrera o de mezcla con material reforzado resistente al desgaste puede prevenir el desgaste prematuro y las propiedades inconsistentes.
Consejos prácticos de selección:
- Para PP/PE de mercancía con propiedades de apariencia promedio, prueba un tornillo de uso general y optimiza primero las condiciones del proceso.
- Para materiales críticos en color o reciclados, considera un tornillo de mezcla y optimiza la presión de retroceso y la velocidad del tornillo para evitar el sobrecalentamiento.
- Para plásticos de ingeniería sensibles a la humedad, el secado también es importante; considere un tornillo ventilado o de barrera para minimizar burbujas y splay como indicadores de problemas de gas.
- Para piezas de un solo material de alto volumen, considere un tornillo personalizado o de alto rendimiento para minimizar el tiempo de residencia y la tasa de rechazo.
Conclusión
Los tornillos de moldeo por inyección vienen en diferentes diseños, como tornillos de uso general, tornillos de barrera, tornillos de mezcla, tornillos ventilados y tornillos especiales. Cada diseño de tornillo tiene sus propias ventajas cuando se utiliza con diferentes tipos de materiales. Comprender los parámetros de diseño de los tornillos y seleccionar el diseño de tornillo adecuado en función del comportamiento del material, los requisitos del material y el volumen de producción puede ayudar a producir piezas de alta calidad con menos defectos.