Diseño de barril y husillo de extrusión: mejora de la calidad y la consistencia de los productos

La extrusión es un proceso de fabricación popular para crear una amplia gama de productos, como películas de plástico, tuberías y perfiles. El proceso consiste en fundir y dar forma a las materias primas a través de un barril calentado y un tornillo giratorio. El tornillo es responsable de fundir y transportar el material al troquel, que le da forma al producto final.

El proceso de diseño y fabricación de tornillos y barriles de extrusión es un factor crítico para garantizar productos consistentes y de alta calidad. Aquí discutiremos cómo la geometría y las propiedades del material de los tornillos y barriles de extrusión pueden afectar el producto final.

Geometría del tornillo

La geometría del tornillo juega un papel crucial en la determinación del rendimiento del proceso de extrusión. El diseño del tornillo debe adaptarse al material específico que se utiliza y al producto final deseado. Hay varios tipos de diseños de tornillos, cada uno con sus ventajas y desventajas.

El diseño de tornillo más común es el tornillo de tres zonas de un solo vuelo, que incluye la zona de alimentación, la zona de compresión y la zona de medición. La zona de alimentación es responsable de transportar la materia prima a la extrusora, mientras que la zona de compresión comprime y funde el material. La zona de dosificación se encarga de crear presión y homogeneizar el material.

Otro diseño de tornillo es el tornillo de barrera, que incluye un tramo de barrera que separa las secciones de alimentación y dosificación. Este diseño puede ser beneficioso para materiales que requieren mayor mezcla o presión, lo que da como resultado productos de mejor calidad.

Un estudio realizado por el Departamento de Ingeniería de Polímeros de la Universidad Tecnológica de Amirkabir en Irán encontró que cambiar el diseño del tornillo de un tornillo de una sola hoja a uno de dos hojas dio como resultado una mejora del 16,8 % en la calidad del producto final, con una mejor homogeneidad y porosidad reducida.

Propiedades materiales

Las propiedades materiales del tornillo y el cilindro son factores críticos para determinar la calidad del producto final. El material debe tener alta resistencia al desgaste, estabilidad a altas temperaturas y bajo coeficiente de fricción. Los materiales como el acero nitrurado o los recubrimientos bimetálicos se usan comúnmente para mejorar la resistencia al desgaste y reducir la fricción.

Un estudio realizado por investigadores del Instituto Indio de Tecnología en Mumbai encontró que el uso de un recubrimiento bimetálico en la superficie del tornillo mejoró la resistencia al desgaste en un 60 % y redujo el coeficiente de fricción en un 25 %, lo que resultó en una mejor calidad del producto y un menor consumo de energía.

Geometría del barril

La geometría del barril también es un factor esencial para determinar la calidad y consistencia del producto final. El diseño del cilindro debe optimizarse para garantizar una distribución uniforme de la temperatura y una fusión eficiente del material. El diseño de cañón más común es un cañón de ánima lisa con elementos internos de calefacción y refrigeración. Los elementos de enfriamiento son esenciales para evitar el sobrecalentamiento y la degradación del material, lo que puede resultar en productos de mala calidad.

Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Nápoles Federico II en Italia encontró que el uso de un barril ranurado con un canal helicoidal dio como resultado una reducción del 28 % en la caída de presión y una mejora del 17 % en las propiedades mecánicas del producto final.