¿Cómo funcionan los husillos de bolas utilizados en las máquinas de moldeo por inyección?

El husillo de bolas (a menudo llamado "husillo de bolas") tornillo") de una máquina de moldeo por inyección es su componente principal, a menudo denominado el "corazón" de la máquina. Su funcionamiento es un proceso complejo que integra física, mecánica y termodinámica.

En pocas palabras, su función principal es transportar, fundir, comprimir y homogeneizar gránulos de plástico sólido, para finalmente inyectar el plástico fundido en la cavidad del molde con la presión y velocidad suficientes.

Para comprender mejor su funcionamiento, podemos dividir su ciclo de trabajo en las siguientes etapas: Un ciclo de trabajo completo de un husillo de bolas de una máquina de moldeo por inyección. En un ciclo de inyección completo, el husillo de bolas realiza principalmente dos acciones: rotación y movimiento axial. Su ciclo de trabajo se puede dividir en tres etapas:

1. Etapa de rotación (plastificación/dosificación)

Objetivo: Transportar, calentar, fundir y homogeneizar los gránulos de plástico sólido en la tolva.

Acción: El tornillo guía gira a alta velocidad dentro del cilindro pero no se mueve hacia adelante (en este momento, el cilindro de inyección en la parte posterior del tornillo guía libera presión, lo que permite que el tornillo guía se retraiga debido a la fuerza de reacción del plástico durante la rotación).

Proceso operativo:

Alimentación y transporte: Los gránulos de plástico caen de la tolva al cilindro. La rotación del tornillo, similar a la de una tuerca, aprovecha el plano inclinado de la rosca para empujar continuamente los gránulos de plástico hacia adelante.

Compresión y fusión: La estructura del tornillo se divide en tres secciones de atrás hacia adelante: la sección de alimentación, la sección de compresión y la sección de dosificación.

Sección de alimentación: La profundidad de la rosca es relativamente grande, y se utiliza principalmente para el transporte estable de gránulos sólidos.

Sección de compresión: La profundidad de la rosca disminuye gradualmente. En esta sección, el plástico se comprime y se corta fuertemente, mientras que la resistencia calefactora externa al cilindro también lo calienta. Bajo la acción combinada del calor por cizallamiento y el calentamiento externo, el plástico sólido se funde rápidamente, adquiriendo un estado de flujo viscoso. De hecho, más del 80 % del calor de fusión proviene del calor por cizallamiento generado por la rotación del tornillo.

Sección de dosificación: La profundidad de la rosca es la menor. Su función principal es homogeneizar aún más la temperatura y la composición del material fundido, garantizando la uniformidad de su calidad en la parte frontal del horno.

Resultado: El plástico fundido de manera uniforme se empuja hacia la parte delantera del tornillo (en la boquilla), y la presión acumulada (contrapresión) empuja todo el tornillo hacia atrás, reservando una cantidad fija de material fundido para la siguiente inyección.

2. Etapa de movimiento axial (inyección/mantenimiento de presión)

Objetivo: Inyectar el plástico fundido reservado en la etapa anterior en la cavidad del molde a alta velocidad y alta presión.

Acción: El tornillo deja de girar y, bajo el potente empuje del cilindro de inyección, se mueve hacia adelante a gran velocidad como un pistón.

Proceso operativo:

Inyección: El tornillo avanza a gran velocidad, inyectando el plástico fundido, previamente almacenado en la parte frontal, a través de la boquilla, el canal de alimentación y la compuerta, dentro de la cavidad del molde cerrado. Este proceso debe completarse en un tiempo muy breve para asegurar que el material fundido llene simultáneamente todos los rincones de la cavidad.

Presión de mantenimiento: Cuando la cavidad está a punto de llenarse, la velocidad de inyección disminuye, entrando en una fase de alta presión de mantenimiento. El tornillo continúa avanzando lentamente, utilizando una presión extremadamente alta para reponer el volumen perdido por el enfriamiento y la contracción del plástico, evitando defectos como marcas de contracción y material insuficiente en el producto.

3. Reiniciar (Preparación para el siguiente ciclo)

Objetivo: Preparar la masa fundida para el siguiente ciclo de moldeo por inyección.

Acción: Una vez finalizada la presión de mantenimiento, el tornillo deja de moverse axialmente y comienza a girar de nuevo (volviendo a la primera etapa) para la siguiente plastificación y dosificación. En ese momento, el molde se abre, expulsa el producto y se cierra, a la espera de la siguiente inyección.

Características de diseño clave del husillo de bolas

Para llevar a cabo las complejas tareas antes mencionadas, el propio husillo de bolas está diseñado con gran precisión:

Relación longitud/diámetro (L/D): La relación entre la longitud del husillo de bolas y su diámetro. Una mayor relación L/D resulta en una mejor plastificación y una temperatura más uniforme. Las relaciones comunes se encuentran entre 18:1 y 25:1.

Relación de compresión: Es la relación entre el volumen de la primera ranura roscada en la sección de alimentación y el volumen de la última ranura roscada en la sección de dosificación. Determina el grado de compresión del plástico y es fundamental para la eficiencia de fusión. Los distintos plásticos requieren diferentes relaciones de compresión.

Diseño de tres etapas: Como se mencionó anteriormente, la sección de alimentación, la sección de compresión y la sección de dosificación realizan cada una sus funciones respectivas, formando la base para el funcionamiento eficiente del tornillo sin fin.

En resumen, el funcionamiento del tornillo de una máquina de moldeo por inyección se puede visualizar de la siguiente manera:

Es como una "picadora de carne": al girar, muerde, corta, mezcla y transporta materiales.

Es como un "pistón" o una "jeringa": a medida que avanza, inyecta el "fluido" procesado a alta presión.

También es un "generador de calor": mediante su propio cizallamiento rotacional, genera la mayor parte del calor necesario para fundir el plástico.

Esta ingeniosa combinación de "plastificación rotacional" e "inyección axial" permite que el tornillo de la máquina de moldeo por inyección complete de manera eficiente y precisa el proceso de transformación de gránulos sólidos en productos plásticos de precisión.