No sistema de tecnologia de moldagem por injeção, o cilindro e o parafuso constituem a unidade central de plastificação e transporte. Seus princípios de design giram em torno do processo de transformação de matérias-primas plásticas do estado sólido para o estado fundido, integrando conhecimentos de múltiplas disciplinas, como termodinâmica, mecânica dos fluidos e transmissão mecânica. O objetivo é obter efeitos de plastificação eficientes, uniformes e controláveis para atender aos requisitos de moldagem de diferentes materiais e produtos.
O design do barril enfatiza primeiro a construção precisa do ambiente térmico. É uma estrutura cilíndrica com grande relação entre comprimento-e-diâmetro (comprimento e diâmetro interno), formando uma cavidade plastificante selada entre a parede interna e o parafuso. Ao longo da direção axial, é funcionalmente dividido em zonas de controle de temperatura correspondentes à seção de alimentação, seção de compressão e seção de homogeneização. Cada seção é equipada com um dispositivo de aquecimento independente e pode ser complementada por um sistema de resfriamento, formando uma distribuição gradiente de baixa temperatura a alta temperatura e depois até a temperatura de homogeneização. Este princípio de controle de temperatura segmentado pode evitar o amolecimento prematuro da matéria-prima, o que levaria a um transporte deficiente, e pode fornecer calor suficiente nas seções de compressão e homogeneização, promovendo a fusão completa do material sob cisalhamento e condução de calor. Simultaneamente, o resfriamento evita o superaquecimento localizado que poderia levar à degradação do material. O projeto de rigidez estrutural do corpo do cano também é crucial, exigindo que ele suporte alta pressão interna e estresse térmico. Forjamento de liga de aço-de alta resistência ou fundição centrífuga são comumente usados, e a parede interna pode ser aprimorada com compósito bimetálico ou revestimentos-resistentes ao desgaste para melhorar a durabilidade.
O núcleo do design do parafuso está nos parâmetros geométricos e na correspondência funcional da rosca e da ranhura. Com base no movimento do material na rosca, ela é dividida em seção de alimentação, seção de compressão e seção de homogeneização. A seção de alimentação possui ranhuras mais profundas e ângulo de hélice moderado, recebendo e compactando suavemente matérias-primas soltas com menor força de cisalhamento. A seção de compressão diminui gradualmente o volume da ranhura, usando variações de passo ou profundidade da ranhura para comprimir o material, expelir o ar e aumentar a densidade, ao mesmo tempo que aumenta o calor de cisalhamento para promover a fusão. A seção de homogeneização possui ranhuras mais rasas e uniformes, estabilizando a pressão de fusão e a vazão para garantir uma saída de medição uniforme. O ângulo da hélice afeta a eficiência do transporte e a resistência ao cisalhamento, exigindo otimização com base na viscosidade do material e nos requisitos do processo. A forma da superfície do parafuso e o tratamento de superfície também estão dentro do escopo do projeto; formatos ou saliências específicas dos dentes podem melhorar os efeitos de mistura, enquanto o tratamento de endurecimento da superfície melhora a resistência ao desgaste.
O design de ajuste entre o cano e o parafuso segue o princípio do controle de folga. Uma folga adequada garante a vedação do fundido, evita o refluxo e reduz a resistência operacional e o calor friccional. Uma folga muito pequena aumenta o consumo de energia e o risco de desgaste, enquanto uma folga muito grande reduz a eficiência da plastificação e causa vazamentos. O projeto da estrutura de suporte e impulso na extremidade do acionamento deve garantir a coaxialidade e a estabilidade axial do parafuso sob alto torque para evitar desgaste anormal causado por carregamento irregular.
No geral, o princípio de design do cilindro e do parafuso é baseado no gerenciamento térmico, utilizando transporte mecânico e plastificação por cisalhamento como meio. Através da otimização sistemática de estrutura, parâmetros e materiais, consegue-se a conversão eficiente de matérias-primas plásticas em um fundido uniforme sob condições controláveis, proporcionando uma garantia fundamental para a precisão e qualidade da moldagem por injeção.
