LanguagesTornillo y cilindro de inyección: por qué un tornillo de inyección no es un tornillo de extrusión
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Tornillo y cilindro de inyección: por qué un tornillo de inyección no es un tornillo de extrusión
El moldeo por inyección es cíclico y la extrusión es continua, y casi todas las diferencias dimensionales entre los dos tornillos se derivan de ese único hecho: un L/D más corto, una sección de medición más profunda, un anillo de retención en la punta y un cilindro que está inactivo durante parte de cada ciclo. Esta guía brinda los números de L/D, relación de compresión, tamaño de disparo y tiempo de residencia, explica cómo se ve un anillo de retención desgastado en una pieza moldeada y establece los datos de desgaste detrás de la elección entre nitruración, bimetálico y HVOF.
BARRIL DE TORNILLO DE INYECCIÓN · DISEÑO DE TORNILLO DE MOLDEO POR INYECCIÓN · VÁLVULA DE RETENCIÓN Y ANILLO DE RETENCIÓN · DESGASTE Y REEMPLAZO DE TORNILLO DE INYECCIÓN
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Un tornillo de inyección de cara dura. La geometría la marca el deber plastificante; la superficie se fija por lo que le hace el relleno.
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1. La diferencia que lo explica todo
Un tornillo de extrusión gira continuamente. El polímero entra por la tolva, sale a través del troquel y cada gramo experimenta aproximadamente el mismo historial de corte porque el flujo es constante. El tiempo de residencia es simplemente el volumen del barril dividido por el rendimiento, y es el mismo para todos los pellets. Ese es el proceso elgama de barril de un solo tornilloestá construido alrededor, y es por eso que los tornillos de extrusión pueden permitirse un L/D de 30 y una sección de medición poco profunda. Cómo se ve eso en una línea real se establece en elDisposición de tornillos para tubos y tuberías..
Un tornillo de inyección realiza el mismo trabajo de bombeo, pero sólo durante la carrera de plastificación. Luego se detiene, actúa como un pistón e impulsa la masa fundida acumulada hacia adelante. Las consecuencias recorren todo el diseño:
- El derretimiento tiene una historia, no un tiempo de residencia.El material en la parte delantera del disparo puede haber estado reposando en el cañón durante tres o cuatro ciclos; material en la parte posterior para uno. El diferencial puede ser un factor de cuatro, por lo que un barril largo no es una opción neutral: amplía la distribución en ambos extremos.
- El tornillo soporta carga axial.Una presión de inyección de 80 a 180 MPa actúa sobre la punta del tornillo y se transmite a través de las paletas, la raíz y el acoplamiento de accionamiento. Un tornillo de extrusión no lleva casi nada de esto, por lo que el diámetro de la raíz, el chavetero y la rosca de la punta de un tornillo de inyección se dimensionan como piezas estructurales. El equivalente de extrusión es eleje de tornillo templado.
- La producción se mide en gramos por disparo, no en kilogramos por hora.La sección de medición está dimensionada para una velocidad de plastificación a una temperatura de fusión aceptable, no para la acumulación de presión contra una matriz. Es por eso quediseño de tornillo personalizadocomienza desde la máquina de moldeo, no desde un diámetro de orificio.
- El sello es una pieza de desgaste.No hay una matriz para mantener la presión, por lo que un anillo de retención con resorte en la punta del tornillo realiza el sellado. Es la causa más común de desviación del peso de los perdigones en servicio. Reemplazarlo es una rutinamantenimiento de tornillos y cilindros.
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Característica tornillo de extrusión tornillo de inyección Deber Bombeo continuo contra una matriz. Plastificar, retraer, inyectar, sostener cíclicamente L/D típico 24–33 18–24 Medición de la profundidad del vuelo 0,025–0,045 × D 0,05–0,08 × D Relación de compresión 2,5–4,0 2,0–3,0 sección de alimentación A menudo ranurado para un alto rendimiento. Por lo general, orificio liso Nariz de tornillo Torpedo simple o ninguno Comprobar el anillo, la punta y, a veces, el cabezal mezclador. Carga axial sobre el tornillo Despreciable 80–180 MPa en la punta Métrica de salida kg/hora g/disparo y tasa de recuperación de g/s Modo de falla dominante Desgaste del vuelo, daño de la barrera. Compruebe la fuga del anillo y el desgaste de la zona de alimentación. -
INFORMACIÓN CLAVE
Un tornillo de extrusión es una bomba. Un tornillo de inyección es una bomba que también es un pistón y su segmento de pistón es un consumible. Si trata el anillo de retención como un componente de por vida, pasará el resto de la vida útil de la máquina compensándolo con carreras más largas y presiones más altas, que es como un problema de desgaste se convierte en un problema de calidad. -
2. L/D: por qué el tornillo de inyección es más corto
Los tornillos de inyección tienen de 18 a 24 diámetros, mientras que los tornillos de extrusión tienen de 24 a 33. La razón es la distribución del tiempo de residencia más que la calidad de la mezcla. Un tornillo más largo proporciona una mejor mezcla distributiva y un resultado más estable, los cuales son importantes para el trabajo de color y masterbatch, pero también alarga el cilindro y, en un proceso cíclico, un cilindro más largo significa más material a temperatura entre disparos. Esa compensación es la razón por la quetornillos de extrusión de alta velocidadse construyen cortos y profundos en lugar de largos y poco profundos.
Servicio de inyección L/D típico Comentario Propósito general, PE / PP / PS 18-20 Tornillo práctico más corto; fácil de mantener estable la temperatura de fusión Resinas de ingeniería, PA / POM / PC 20–22 Longitud suficiente para una sección de mezcla antes del anillo de retención. Reforzado con fibra de vidrio 20–22 Mezclador después de la zona de compresión; La protección contra el desgaste importa más que la longitud. Piezas de precisión y ópticas. 22-24 Mejor homogeneidad de la masa fundida; Se debe gestionar un tiempo de residencia más largo. Pared delgada, alta velocidad 20-23 Alta tasa de plastificación, dosificación profunda, enfriamiento generoso barril ventilado 22-26 Primera etapa, zona de descompresión, segunda etapa. Micromoldeado 16-18 El volumen del barril es la restricción, no la mezcla. L/D por sí solo no define un tornillo. Dos tornillos 22:1 pueden comportarse de manera completamente diferente si uno pone el 60 % de su longitud en la zona de alimentación y el otro 40 %. Cuando especifique un reemplazo, proporcione las longitudes de alimentación, compresión y medición, así como la relación: laguía de reemplazoestablece la lista completa, y se aplica la misma disciplina ya sea que el tornillo alimente una extrusora o una máquina de moldeo. ElLista de verificación de ocho puntos de doble tornillomuestra cómo se formulan las mismas preguntas en el lado del doble tornillo.
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3. Relación de compresión y profundidad de medición.
La relación de compresión es la profundidad del tramo de alimentación dividida por la profundidad del tramo de medición, medida geométricamente. Controla cuánto se compacta el polímero y cuánto trabajo se realiza sobre él. En inyección, la relación es menor que en extrusión porque el tornillo no tiene que generar presión en el troquel y porque una sección de medición profunda es lo que mantiene bajo control el calentamiento por cizallamiento durante una larga carrera de plastificación. En el artículo se explica cómo se toma la misma decisión de profundidad en una línea de extrusión.Guía de tornillo de extrusión de PE.
Polímero Relación de compresión de inyección Profundidad de medición (× D) Nota educación física,PÁGINAS 2,5–3,2 0,07–0,09 Medición más profunda; Esté atento a una mala transferencia de presión si es demasiado profunda. PD,ABS, SAN 2,0–2,5 0,06–0,08 Amorfo; la proporción baja evita el corte excesivo ordenador personal 2,0–2,5 0,06–0,08 Alta viscosidad; Amplia profundidad de dosificación, zona de compresión larga. PA 6 / PA 66 2,0–2,8 0,06–0,08 El derretimiento es fluido; Es imprescindible un anillo de retención en buen estado. POM 2,0–2,5 0,06–0,07 Ventana de procesamiento estrecha; sin puntos muertos MASCOTA 2,0–2,5 0,06–0,08 Riesgo de hidrólisis; domina el secado, no la geometría PVC rígido 1,8–2,5 0,06–0,08 Relación baja, trayectoria de flujo optimizada, sin estancamiento PMMA 2.2–2.8 0,06–0,08 Piezas ópticas; La homogeneidad importa más que la proporción. GF30 / GF50 PA o PBT 2,0–2,4 0,07–0,09 Relación más baja, medición más profunda, protección contra el desgaste en vuelos La profundidad de medición es el número que con mayor frecuencia se copia incorrectamente. Las secciones de dosificación de inyección son aproximadamente el doble de profundas que las de extrusión, y hay una razón física: la zona de dosificación tiene que contener suficiente masa fundida para llenar la granalla mientras el tornillo se retrae, y tiene que hacerlo sin generar el calor de corte que produciría un canal poco profundo a la misma velocidad del tornillo. Un tornillo construido según un dibujo de extrusión y colocado en una máquina de moldeo se plastificará en caliente y se recuperará lentamente, y ninguna cantidad de enfriamiento del barril recuperará la temperatura de fusión. El caso inverso, un tornillo de extrusión introducido en una línea de alta velocidad, se analiza en elGuía de tornillo para tubería de HDPE.
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4. El anillo de control: la pieza que decide la repetibilidad del disparo.
El anillo de retención (anillo deslizante, válvula antirretorno, válvula de retención, el nombre varía según la región) es un anillo que se desliza sobre la punta del tornillo. Durante la plastificación, la presión de la masa fundida lo empuja hacia adelante fuera de su asiento y el polímero fluye a su lado. Durante la inyección, la presión se invierte, el anillo se asienta y el camino se cierra. Todo lo relacionado con la consistencia del disparo depende de que ese asiento se cierre limpiamente, en cada ciclo, durante millones de ciclos.
Tipo como sella Lo mejor para cuidado con Anillo deslizante, 2 piezas Cara del anillo contra un asiento en la punta. Propósito general, diseño más común. El desgaste del asiento produce una deriva progresiva del peso del disparo. 3 piezas / doble anillo Dos caras de sellado, mejor alineación Alta velocidad, pared delgada y tolerancia estricta Más masa deslizante; necesita una descompresión más larga control de pelota Bola contra un asiento cónico Diámetros pequeños, alta velocidad del tornillo La pelota castañetea a baja velocidad; pobre para fusión de alta viscosidad Asiento accionado por resorte El resorte cierra la válvula antes de la inyección. Resinas de baja viscosidad, PA y PET Fatiga del resorte y entrada de polímero en la cavidad del resorte. INFORMACIÓN CLAVE
La repetibilidad del cojín es la prueba de anillo de retención más barata que existe y cuesta veinte ciclos. Si el cojín es inestable, deje de mirar el molde y el sistema de secado hasta que se haya inspeccionado la válvula. -
5. Tamaño de la inyección, tiempo de residencia y regla 20-80
El peso de los perdigones debe estar entre el 20 % y el 80 % de la capacidad máxima de perdigones del cañón, con un 40-70 % como banda cómoda. Ambos límites son límites disfrazados del tiempo de residencia.
- Por debajo del 20 %la masa fundida permanece en el barril durante muchos ciclos. Siguen la degradación térmica, el cambio de color y la generación de acetaldehído o monómero.
- Más del 80 %No hay suficiente tiempo de plastificación entre disparos. El tornillo gira a su límite de velocidad, la temperatura de fusión aumenta y el cojín se vuelve errático.
Resina Límite práctico del tiempo de residencia Por qué PE, PP 10 minutos Térmicamente robusto; El límite suele ser el color, no la degradación. PS, ABS 8 minutos Amarillamiento y pérdida gradual de peso molecular. ordenador personal 6 minutos Hidrólisis más amarillamiento; domina la calidad del secado PMMA 6 minutos Despolimerización a monómero por encima de aproximadamente 260 °C PA 6 / PA 66 5 minutos Oxidación y deriva del color; sensible a la humedad MASCOTA 5 minutos Hidrólisis; La caída intravenosa es irreversible POM 4 minutos Se abre con formaldehído; También ataca al tornillo si se sobrecalienta. PVC rígido 3 minutos Deshidrocloración; la ventana más corta de cualquier resina comercial -
6. Contrapresión y velocidad del tornillo.
La contrapresión es la resistencia contra la que trabaja el tornillo mientras se retrae. Los ajustes típicos son de 5 a 15 MPa (50 a 150 bar); la dispersión del color y del masterbatch puede necesitar entre 20 y 30 MPa; Las resinas sensibles al corte deben permanecer en la parte inferior del rango.
Diámetro del tornillo Revoluciones máximas a 0,3 m/s Revoluciones máximas a 0,6 m/s Configuración típica de la máquina 25mm 229 458 150-300 rpm 35mm 164 327 120-250 rpm 45mm 127 255 100-200 rpm 60mm 95 191 70-150 rpm 75mm 76 153 60-120 rpm -
7. Desgaste: qué le hace la fibra de vidrio a un tornillo nitrurado
Tres mecanismos actúan a la vez: abrasión por partículas duras, adhesión/excoriación cuando se rompe la película fundida y corrosión por HCl, bromuros o residuos ácidos.
Superficie resina sin relleno GF30 GF50 38CrMoAlA nitrurado, 0,4–0,7 mm, 900–1100 HV 4 a 8 años 6 a 18 meses 3 a 9 meses Fundición centrífuga bimetálica, a base de Ni + WC, 55–62 HRC 8 a 12 años 2 a 4 años 12 a 24 meses Carburo de tungsteno HVOF, 1100–1400 HV, 50–100 µm 8 a 12 años 2 a 4 años 12 a 24 meses Acero para herramientas totalmente templado, 48–54 HRC 5 a 10 años 12 a 24 meses 6 a 12 meses Acero para herramientas PM HIP, 60–64 HRC 10+ años 3 a 5 años 18 a 30 meses -
Carburo de tungsteno HVOF aplicado a un tornillo. El revestimiento tiene un espesor de unas pocas decenas de micrones, por lo que protege la superficie pero no restaura un perfil de vuelo desgastado.
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8. Elección del material y del tratamiento
La decisión depende de la carga de relleno, la química de la resina y la cantidad de disparos esperados durante la vida útil de la máquina.
Opción Dureza Lo mejor para Límites Costo relativo 38CrMoAlA nitrurado Superficie de 900 a 1100 HV Resinas comerciales sin carga, moldeo en general. Estuche delgado; sin protección contra GF 1,0× Acero para herramientas totalmente templado 48–54 HRC hasta Tornillos pequeños, alto torque, abrasivos sin GF Menor resistencia a la corrosión 1,3–1,6× Barril de fundición centrífuga bimetálica Revestimiento 55–62 HRC GF30 y superiores, resinas de ingeniería con carga mineral No reparable mediante renitruración 1,8–2,2× Tornillo bimetálico o de superficie dura 55-62 vuelos HRC Combinado con un cañón bimetálico El perfil de vuelo no se puede reconstruir indefinidamente 1,6–2,0× Recubrimiento de carburo de tungsteno HVOF 1100-1400 voltios Se requiere una carga de relleno muy alta o estabilidad dimensional Límites de espesor del recubrimiento 2,5–3,5× Camisa o camisa Depende del revestimiento Barriles donde se debe retener el cuerpo Resistencia térmica del ajuste de la manga. 1,5–2,0× -
La capa de aleación de un cañón bimetálico, vista en sección. El desgaste del orificio debe evaluarse en función del espesor del revestimiento, no en función de la pared exterior.
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9. Leyendo los síntomas
La mayoría de los problemas de los tornillos y cilindros de inyección se presentan como problemas de calidad de las piezas mucho antes de que alguien mida el hardware.
Síntoma causa más probable primer cheque Acción Disparos cortos con presión de inyección normal. Compruebe que el anillo tenga fugas Valor de amortiguación y repetibilidad Inspeccionar el asiento y el anillo; reemplazar como un conjunto El peso del disparo desciende durante un turno Desgaste progresivo del asiento o del orificio Pesar 20 disparos consecutivos Mida la holgura del anillo y la ovalidad del orificio Manchas negras o rayas marrones. Material degradado en un punto muerto detrás del anillo de retención Purgar e inspeccionar la cavidad del anillo. Pelar, limpiar y comprobar si hay ranura del anillo carbonizado. La temperatura de fusión aumenta a un punto de ajuste constante Aumento del corte por desgaste o por una válvula con fugas Comparar el tiempo de recuperación con el registro original Comprobar primero el anillo y luego la profundidad de dosificación. El tiempo de recuperación aumenta Desgaste de la zona de alimentación o contrapresión excesiva Ajuste de contrapresión y temperatura de la garganta de alimentación Reducir la contrapresión; medir el vuelo OD en la zona de alimentación El peso de la pieza varía en más de ±0,5 % Cojín inestable Amortiguador de más de 20 ciclos Inspección de válvulas; comprobar la configuración de descompresión Golpe de tornillo o chirrido Rectitud del cañón o irritación Descentramiento del orificio; escuchar a baja velocidad Reordenar; comprobar el patrón de desgaste del adhesivo Flash en un disparo, corto en el siguiente El cojín se derrumba intermitentemente Rastro de cojín Válvula y asiento; Compruebe también el resorte antirretorno si está instalado. -
10. Medir el desgaste antes de comprometerse con un reemplazo
Cuatro mediciones, tomadas con el tornillo quitado y el cilindro todavía en las barras de unión, le indicarán si se trata de un problema de desgaste o de proceso.
- Vuelo OD en tres estaciones.— alimentación, compresión y dosificación. La pérdida de 0,15 a 0,25 mm en el aterrizaje del vuelo es significativa; más de 0,4 mm significa que el tornillo está terminado.
- Diámetro de la raíz en las mismas tres estaciones.— aquí es donde el desgaste abrasivo se manifiesta por primera vez en trabajos con relleno de vidrio.
- Diámetro del orificio, dos ejes, en cada zona del calentador— la diferencia es la ovalidad, y la ovalidad es lo que destruye el sello.
- Comprobar la holgura del anillo y el desgaste del asiento.— juego radial y paso de asiento axial.
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Fundición centrífuga de un barril bimetálico. La aleación se vierte en un tubo giratorio, por lo que el espesor del revestimiento lo establece el peso del vertido, razón por la cual el espesor del revestimiento debe especificarse, no asumirse.
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11. Qué enviar para una cotización
Los tornillos de inyección se citan en un dibujo. El pack mínimo es:
- Marca, modelo y año de la máquina, más el tamaño de la unidad de inyección.
- Diámetro del tornillo, longitud total y L/D, con el plano existente, si existe.
- Longitudes de las secciones de alimentación, compresión y medición, o el paso de vuelo y la profundidad en cada estación.
- Peso de la granalla en gramos, la resina y el tipo y porcentaje de carga.
- Rosca de boquilla, disposición de banda calentadora y posiciones de termopar.
- Detalle de accionamiento: estría, chavetero o rosca, con dimensiones.
- Verifique el tipo de anillo instalado actualmente y si desea cambiarlo.
- Síntomas de desgaste, horas de funcionamiento y fotografías de los vuelos desgastados y del asiento del ring.
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12. Preguntas frecuentes
¿Puedo ejecutar un tornillo de extrusión en una máquina de inyección?Físicamente puede que le quede bien; prácticamente no funcionará. La sección de medición es demasiado poco profunda, por lo que el tornillo se corta demasiado a las velocidades necesarias para un ciclo corto y no hay anillo de retención, por lo que no hay amortiguación. El resultado es una masa fundida demasiado caliente y un peso inyectado que no se repetirá.¿Con qué frecuencia se debe reemplazar el anillo de retención?En el caso de resinas comerciales sin relleno, inspeccione anualmente y espere de dos a cuatro años. En GF30, inspeccione cada seis meses y espere un reemplazo cada 12 a 18 meses. En cualquier resina donde la repetibilidad del cojín sea un parámetro de control de calidad, reemplace según la tendencia del cojín en lugar de según un calendario.¿Un tornillo más largo proporciona una mejor mezcla?Proporciona una mejor mezcla distributiva, sí, pero a costa del tiempo de residencia. Para trabajos de color, la solución más económica suele ser una sección de mezcla al final de la zona de dosificación en lugar de un tornillo más largo.¿Por qué el peso de mi tiro cae cuando subo la contrapresión?No debería ser así y, si lo hace, el anillo de retención tiene una fuga. Una contrapresión más alta enmascara una válvula con fugas al empaquetar la masa fundida con mayor densidad durante la recuperación, por lo que la carrera del tornillo parece normal; entonces el disparo es corto porque parte de la masa fundida regresa durante la inyección.¿Vale la pena un barril bimetálico con un 20 % de fibra de vidrio?Generalmente sí. Con GF20, un barril nitrurado suele durar entre 12 y 24 meses de funcionamiento en dos turnos; un cañón bimetálico cuesta aproximadamente el doble y dura entre dos y tres veces más, y elimina la pérdida de calidad que conlleva un orificio desgastado en el último tercio de su vida. -
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