Nel sistema tecnologico di stampaggio a iniezione, il cilindro e la vite costituiscono l'unità centrale di plastificazione e trasporto. I loro principi di progettazione ruotano attorno al processo di trasformazione delle materie prime plastiche dallo stato solido a quello fuso, integrando conoscenze provenienti da molteplici discipline come la termodinamica, la meccanica dei fluidi e la trasmissione meccanica. L'obiettivo è ottenere effetti di plastificazione efficienti, uniformi e controllabili per soddisfare i requisiti di stampaggio di diversi materiali e prodotti.
Il design della canna enfatizza innanzitutto la precisa costruzione dell'ambiente termico. È una struttura cilindrica con un ampio rapporto tra lunghezza-e-diametro (lunghezza e diametro interno), che forma una cavità di plastificazione sigillata tra la parete interna e la vite. Lungo la direzione assiale è funzionalmente suddiviso in zone di termoregolazione corrispondenti alla sezione di alimentazione, sezione di compressione e sezione di omogeneizzazione. Ogni sezione è dotata di un dispositivo di riscaldamento indipendente e può essere integrata da un sistema di raffreddamento, formando una distribuzione gradiente dalla bassa temperatura all'alta temperatura e quindi alla temperatura di omogeneizzazione. Questo principio di controllo segmentato della temperatura può impedire un rammollimento prematuro della materia prima, che porterebbe a un trasporto inadeguato, e può fornire calore sufficiente nelle sezioni di compressione e omogeneizzazione, favorendo la completa fusione del materiale sotto taglio e conduzione di calore. Allo stesso tempo, il raffreddamento previene il surriscaldamento localizzato che potrebbe portare al degrado del materiale. Anche il design della rigidità strutturale del corpo della canna è fondamentale, poiché richiede che resista all'alta pressione interna e allo stress termico. Vengono comunemente utilizzate la forgiatura-di acciaio legato ad alta resistenza o la fusione centrifuga e la parete interna può essere migliorata con compositi bimetallici o rivestimenti resistenti all'usura-per migliorare la durata.
Il nucleo del design della vite risiede nei parametri geometrici e nella corrispondenza funzionale della filettatura e della scanalatura. In base al movimento del materiale sulla coclea, essa è suddivisa in una sezione di alimentazione, una sezione di compressione ed una sezione di omogeneizzazione. La sezione di alimentazione ha scanalature più profonde e un angolo dell'elica moderato, ricevendo e compattando dolcemente le materie prime sfuse con una forza di taglio inferiore. La sezione di compressione ha un volume della scanalatura che diminuisce gradualmente, utilizzando variazioni di passo o profondità della scanalatura per comprimere il materiale, espellere l'aria e aumentare la densità, aumentando contemporaneamente il calore di taglio per favorire la fusione. La sezione di omogeneizzazione presenta scanalature meno profonde e più uniformi, che stabilizzano la pressione del materiale fuso e la portata per garantire un dosaggio uniforme. L'angolo dell'elica influisce sull'efficienza di trasporto e sulla resistenza al taglio, richiedendo un'ottimizzazione in base alla viscosità del materiale e ai requisiti del processo. Anche la forma della superficie della vite e il trattamento superficiale rientrano nell'ambito del progetto; forme o sporgenze specifiche dei denti possono migliorare gli effetti di miscelazione, mentre il trattamento di indurimento superficiale migliora la resistenza all'usura.
Il design dell'adattamento tra la canna e la vite segue il principio del controllo del gioco. Uno spazio adeguato garantisce la tenuta del materiale fuso, previene il riflusso e riduce la resistenza operativa e il calore da attrito. Un gioco troppo piccolo aumenta il consumo di energia e il rischio di usura, mentre un gioco troppo grande riduce l’efficienza di plastificazione e provoca perdite. Il design della struttura di supporto e spinta sul lato comando deve garantire la coassialità e la stabilità assiale della vite sotto coppia elevata per evitare un'usura anomala causata da un carico irregolare.
Nel complesso, il principio di progettazione del cilindro e della vite si basa sulla gestione termica, utilizzando come mezzi il trasporto meccanico e la plastificazione a taglio. Attraverso l'ottimizzazione sistematica di struttura, parametri e materiali, si ottiene una conversione efficiente delle materie prime plastiche in una massa fusa uniforme in condizioni controllabili, fornendo una garanzia fondamentale per la precisione e la qualità dello stampaggio a iniezione.
