Noções básicas de extrusão: a domesticação do parafuso

Alan Griff | 19 de setembro de 2021

O planeta Terra está girando a uma taxa de 0,0007 rpm. Fácil de calcular: Uma revolução por dia, dividida por 24 para obter rotações/hora e depois por 60 para obter rotações/min = rpm. Quanto à velocidade linear, depende de onde você mora. No norte da Califórnia, onde estou, está na latitude 38 norte e estamos nos movendo a cerca de 1.100 quilômetros por hora. É mais ou menos a velocidade do som, mas não o sentimos nem ouvimos, pois o ar ao nosso redor se move com a mesma rapidez. É muito mais rápido do que dentro de qualquer extrusora – em um barril de 30 cm/12 pol., funcionando rapidamente a 100 rpm, uma partícula na parede do barril ainda atinge apenas 314 pés/min, ou 0,36 milhas por hora. Nada disso é importante no funcionamento de uma extrusora, mas para nós, engenheiros, é divertido.

É importante, entretanto, entender como funciona um parafuso. Aqui está uma versão condensada da seção sobre parafusos simples em meu Manual de operação de extrusão de plásticos (24ª edição, 2021).

Expressamos o comprimento do sistema como razão comprimento-diâmetro (L/D). O L/D mais comum é em torno de 24:1; alguns são mais longos, 30:1 ou até mais, e alguns são tão curtos quanto 20:1. Mais comprimento pode significar mais produção se aquecimento, fusão ou mistura forem limites de produção

Um parafuso padrão possui três zonas:

Muitos parafusos têm passo quadrado, o que significa que a distância de um lance ao próximo é igual ao diâmetro. Isso torna mais fácil obter L/D apenas contando os turnos. A parte sob a abertura de alimentação não deve ser incluída em L/D, mas muitas pessoas contam, pois faz com que o parafuso pareça mais longo.

A taxa de compressão de um parafuso é a relação entre o volume do primeiro lance e o volume do último, geralmente entre dois e quatro. Muitas vezes é considerado como a relação entre as profundidades do primeiro e do último canal em um parafuso de passo constante. A taxa de compressão é útil, mas é um número indefinido e não pode descrever adequadamente um parafuso, a menos que pelo menos a profundidade de um canal seja conhecida.

A largura do voo (espessura) é de cerca de 10% do diâmetro do cano. As palhetas mais largas desperdiçam o comprimento do parafuso e desenvolvem muito calor nas folgas da parede do cano, enquanto as palhetas estreitas podem permitir muito fluxo (vazamento) nessas folgas. Para evitar a estagnação onde o voo encontra a raiz, os cantos são arredondados

Os parafusos geralmente são de aço usinável, mas as superfícies de voo mais próximas do cano são tratadas posteriormente para retardar o desgaste. Para uso leve, o endurecimento por chama é suficiente. Toda a superfície do parafuso pode ser endurecida por nitretação, mas o tratamento usual é uma cobertura de liga dura nessas superfícies de voo.

Os barris são cilindros de aço geralmente revestidos com uma liga resistente ao desgaste.

A folga entre as hélices do parafuso e o cilindro em parafusos novos está entre 0,005 e 0,010 pol. (0,125 a 0,25 mm), menos para parafusos muito pequenos e mais para parafusos muito grandes. Um ajuste mais apertado seria mais caro de fazer e desenvolveria muito calor. Algum desgaste além desses valores geralmente é inofensivo e pode até ser útil, portanto, certifique-se de que haja um problema real antes de reconstruir ou substituir (como superaquecimento porque o parafuso deve funcionar mais rápido para a mesma saída).

Os parafusos podem ser projetados por computador se conhecermos a resistência (pressão na ponta do parafuso), a taxa de saída desejada e as viscosidades do material, mas ainda é uma boa ideia “temperar” o computador com alguma experiência antes de cortar metal.

Cromar um parafuso pode aumentar o deslizamento na raiz (o que é bom) e evita a corrosão, especialmente quando fora da máquina, mas é desnecessário para a maioria dos plásticos. Para materiais altamente abrasivos, toda a superfície do parafuso pode ser endurecida. Finalmente, o PVDC e alguns fluoroplásticos precisam de metais especiais, pois os materiais à base de ferro corroem e o revestimento não dura o suficiente.

Alguns parafusos são perfurados com uma passagem central. O resfriamento a água em todo o comprimento melhora a mistura nos últimos voos. O óleo é usado com PVC rígido para manter a ponta do parafuso em torno de 300°F (150°C), para que o PVC não se degrade ali. O resfriamento do parafuso apenas parcialmente no cano é feito com alguns plásticos para evitar que grude na raiz do parafuso na zona de alimentação.