Guía de selección del paso de tornillo de bolas para moldeo por inyección | YOSO

Al especificar tornillos de bolas para máquinas de moldeo por inyección totalmente eléctricas, una de las decisiones más trascendentales es también una de las más frecuentemente pasadas por alto: avance de la Tuerca el paso —la distancia que recorre la tuerca por cada giro completo del eje del tornillo— determina directamente la relación entre la velocidad del motor, la velocidad lineal y la fuerza de empuje.

Elegir un paso demasiado fino hace que la máquina no pueda alcanzar las velocidades de inyección requeridas. Elegir un paso demasiado grueso reduce la fuerza de empuje y la resolución de posicionamiento. Acertar significa que la máquina cumple todos los objetivos de rendimiento; equivocarse implica una velocidad, una fuerza o una precisión deficientes.

Esta guía explica cómo funciona el paso del tornillo de bolas, los compromisos implicados y cómo seleccionar el paso óptimo para cada eje de una máquina de inyección de plásticos.

¿Qué es el paso del tornillo de bolas?

La plomo del tornillo de bolas es la distancia lineal que avanza la tuerca con una rotación completa de 360° del eje del tornillo. Se mide en milímetros por revolución (mm/rev).

Los tamaños de paso comunes para aplicaciones de inyección de plásticos incluyen:

• Pasos finos : 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm/rev
• Pasos medios : 16 mm, 20 mm, 25 mm/rev
• Pasos altos : 32 mm, 40 mm, 50 mm/rev
• Avances ultraelevados : 63 mm, 80 mm, 100 mm/rev

Importante: el avance ≠ el paso El paso es la distancia entre crestas de rosca adyacentes. En tornillos de una sola entrada, el avance equivale al paso. En tornillos de múltiples entradas (de dos entradas, de cuatro entradas, etc.), el avance = paso × número de entradas. Los tornillos de bolas de avance elevado son casi siempre diseños de múltiples entradas para mantener un tamaño adecuado de las bolas y una capacidad de carga apropiada.

La compensación fundamental: velocidad frente a empuje

El avance del tornillo de bolas genera una relación inversa entre la velocidad lineal y la fuerza de empuje, regida por principios mecánicos básicos:

Velocidad lineal = RPM del tornillo × avance

• Duplicar el avance duplica la velocidad lineal a las mismas RPM
• Ejemplo: 1500 RPM × avance de 10 mm = 15 m/min; 1500 RPM × avance de 20 mm = 30 m/min

Fuerza de empuje = Par × 2π / Paso × Eficiencia

• Duplicar el paso reduce a la mitad la fuerza de empuje para el mismo par
• Ejemplo: Par de 10 Nm × 2π / 0,01 m × eficiencia del 90 % = ~5.650 N; con un paso de 20 mm → ~2.825 N

Este es el compromiso fundamental:

• Paso fino → alta fuerza de empuje, baja velocidad, alta resolución de posicionamiento
• Paso alto → baja fuerza de empuje, alta velocidad, menor resolución de posicionamiento

La tarea del ingeniero de diseño consiste en hallar el paso que satisfaga tanto el requisito de velocidad como el de fuerza de empuje, dado el par disponible del motor.

Selección del paso por eje de moldeo por inyección

Cada eje de una máquina de moldeo por inyección tiene distintos requisitos de velocidad y fuerza, por lo que cada uno necesita una estrategia de paso diferente.

1. Eje de cierre

Recomendado: Paso fino a medio (10–20 mm/rev)

El eje de cierre requiere fuerza de empuje máxima y velocidad moderada. La fuerza de cierre del molde puede variar desde 50 kN en máquinas pequeñas hasta más de 5.000 kN en máquinas de gran tonelaje.

¿Por qué paso fino a medio?

• La alta ventaja mecánica genera una enorme fuerza de cierre a partir de un par motor razonable
• La velocidad es aceptable: los recorridos de cierre son operaciones relativamente lentas
• La resolución fina permite una posición precisa para la protección del molde (cierre a baja presión)

Ejemplos típicos:

• Máquina pequeña (50–100 T): paso de 16 mm, tornillo de Ø40 mm
• Máquina mediana (200–350 T): paso de 20 mm, tornillo de Ø50–63 mm
• Máquina grande (500 T o más): paso de 16–20 mm, tornillo de Ø80–100 mm (a menudo con diseño de doble tornillo)

Consideración clave: Los ejes de sujeción suelen usar los tornillos de mayor diámetro y menor paso en relación con el tamaño del eje, para maximizar la capacidad de empuje.

2. Eje de inyección

Recomendado: paso medio a alto (20–40 mm/rev)

El eje de inyección requiere tanto alta velocidad (para llenado rápido de piezas de pared delgada) como fuerza significativa (para la compactación y presión de mantenimiento). Este es el eje más exigente para la selección del paso, ya que exige simultáneamente extremos opuestos del espectro velocidad/fuerza.

¿Por qué un paso medio a alto?

• Debe alcanzar velocidades de inyección de 100–300 mm/s para aplicaciones de pared delgada y embalaje
• También debe generar una fuerza de inyección de 50–200 kN para la compactación
• Los pasos medios ofrecen el mejor equilibrio entre ambos requisitos

Ejemplos típicos:

• Uso general (100–200 T): paso de 20–25 mm, tornillo de Ø40–50 mm
• Embalaje de alta velocidad: paso de 32–40 mm, tornillo de Ø50–63 mm
• Precisión / óptico: paso de 16–20 mm, tornillo de Ø32–40 mm (prioriza la resolución sobre la velocidad)

Consideración clave: Para la inyección de alta velocidad, el paso suele ser el factor limitante de la velocidad máxima de inyección. Si la velocidad requerida supera lo que un paso estándar puede ofrecer a la velocidad máxima de rotación del motor, se necesita un tornillo de mayor paso; pero únicamente si el motor dispone de suficiente par para mantener la fuerza de inyección con dicho paso.

3. Eje de expulsión

Recomendado: paso medio (10–20 mm/vuelta)

La expulsión requiere velocidad moderada y fuerza relativamente baja comparada con el cierre o la inyección.

¿Por qué paso medio?

• Las fuerzas de expulsión suelen representar entre el 5 % y el 20 % de la fuerza de cierre
• La velocidad es importante para el tiempo de ciclo, pero no tan crítica como la velocidad de inyección
• Resolución suficientemente fina para una colocación precisa de los pernos expulsores

Ejemplos típicos:

• Máquina pequeña: paso de 10 mm, tornillo de Ø20–25 mm
• Máquina mediana: paso de 16 mm, tornillo de Ø32–40 mm
• Máquina grande: paso de 20 mm, tornillo de Ø40–50 mm

4. Desplazamiento de la unidad de inyección / contacto de la boquilla

Recomendado: paso medio a alto (20–32 mm/vuelta)

El contacto de la boquilla es un eje de baja fuerza y velocidad moderada. Los pasos más altos funcionan bien aquí porque los requisitos de fuerza son mínimos.

¿Por qué un paso más alto?

• El bajo requisito de fuerza significa que la ventaja mecánica no es crítica
• Un desplazamiento más rápido reduce el tiempo de ciclo
• Una resolución más gruesa es aceptable para el contacto con la boquilla

Cómo calcular el paso adecuado

El proceso de selección del paso implica verificar tanto los requisitos de velocidad como los de fuerza frente al motor disponible.

Paso 1: Determinar la velocidad lineal requerida Calcule la velocidad lineal máxima que debe alcanzar el eje:

• Eje de inyección: velocidad de inyección (mm/s) × 60 = mm/min
• Eje de cierre: velocidad de cierre del molde (mm/s) × 60 = mm/min

Paso 2: Calcular las rpm requeridas del tornillo Rpm = Velocidad lineal requerida (mm/min) ÷ Avance (mm/vuelta)

Verifique que estas rpm se encuentren dentro de la velocidad nominal del motor Y de la velocidad crítica y la clasificación DN del tornillo.

Paso 3: Calcular el par motor requerido Par (Nm) = Fuerza de empuje (N) × Avance (m/vuelta) ÷ (2π × Eficiencia)

Donde la eficiencia suele ser de 0,85 a 0,95 para tornillos de bolas.

Compruebe que este par se encuentre dentro de los valores nominales continuos y máximos del motor.

Paso 4: Verificar la resolución de posicionamiento Movimiento incremental mínimo = Paso ÷ (Resolución del codificador del motor × Relación de transmisión)

Asegúrese de que sea más fino que la precisión de posicionamiento requerida para la aplicación.

Tornillos de múltiples entradas: Alto paso sin sacrificar la capacidad de carga

Un concepto erróneo común es que los tornillos de alto paso tienen menor capacidad de carga. Esto no es necesariamente cierto, gracias a el diseño de tornillos de múltiples entradas .

Tornillo de una sola entrada frente a tornillo de múltiples entradas:

• De una sola entrada : Una rosca continua. Paso = paso.
• 2-inicio : Dos hilos paralelos. Avance = 2 × paso.
• 4-inicio : Cuatro hilos paralelos. Avance = 4 × paso.

Los tornillos de múltiples inicios logran un avance elevado manteniendo un paso razonable (distancia entre hilos adyacentes). Esto significa:

• El tamaño de las bolas permanece igual → la capacidad de carga permanece igual
• El tamaño de la tuerca permanece igual → se mantiene la intercambiabilidad
• Únicamente cambia el avance → aumenta la capacidad de velocidad

Por ejemplo, un tornillo de Ø40 mm está disponible en:

• 40-5 (de un solo inicio, avance de 5 mm) — alta fuerza de empuje, baja velocidad
• 40-10 (2 inicios, paso de 10 mm) — empuje medio, velocidad media
• 40-20 (4 inicios, paso de 20 mm) — empuje menor, alta velocidad

Todos usan el mismo tamaño de bolas y tienen calificaciones de carga dinámica similares, pero la versión con paso de 20 mm proporciona 4 veces la velocidad lineal a las mismas RPM.

Valor DN: la restricción oculta

Al seleccionar el paso para aplicaciones de alta velocidad, también debe verificar el Valor DN — el producto del diámetro del tornillo (D, en mm) y la velocidad de rotación (N, en RPM). El valor DN mide qué tan rápido viajan las bolas dentro de la tuerca y tiene un límite máximo determinado por el diseño del tornillo y su lubricación.

Valor DN: la restricción oculta

Al seleccionar el paso para aplicaciones de alta velocidad, también debe verificar el Valor DN — el producto del diámetro del tornillo (D, en mm) y la velocidad de rotación (N, en RPM). El valor DN mide qué tan rápido viajan las bolas dentro de la tuerca y tiene un límite máximo determinado por el diseño del tornillo y su lubricación.

Límites típicos de DN:

• Tornillos rectificados de precisión estándar: ~70 000–100 000 DN
• Tornillos optimizados para alta velocidad: ~120 000–160 000 DN
• Diseños especiales de ultraalta velocidad: hasta 220 000 DN

¿Por qué esto importa al seleccionar el paso? Si necesita una velocidad lineal de 30 m/min con un paso de 10 mm, eso equivale a 3000 rpm. Para un tornillo de Ø40 mm, DN = 40 × 3000 = 120 000, lo cual podría superar la clasificación del tornillo.

Con un paso de 20 mm, solo necesita 1500 rpm para la misma velocidad lineal de 30 m/min. DN = 40 × 1500 = 60 000, bien dentro de los límites.

Clave insight: Los tornillos de mayor paso giran a menor velocidad angular para la misma velocidad lineal, lo que reduce el valor DN y prolonga la vida útil. Esta es una razón fundamental por la que se prefieren los tornillos de alto paso en aplicaciones de inyección de alta velocidad.

Errores comunes al seleccionar el paso

Error 1: Elegir el paso únicamente según la velocidad Muchos ingenieros dimensionan el paso para alcanzar la velocidad objetivo, pero olvidan verificar la fuerza de empuje. El resultado es una máquina que se mueve rápidamente, pero no puede generar suficiente presión de inyección ni fuerza de sujeción. Siempre verifique tanto la velocidad como la fuerza.

Error 2: Sobredimensionar el paso «por si acaso» Un paso mayor del necesario implica:

• Menor ventaja mecánica → se necesita un motor más grande y costoso
• Resolución de posicionamiento más gruesa → puede no cumplir con los requisitos de precisión
• Mayor inercia reflejada al motor → dificultades de ajuste

Error 3: Ignorar la velocidad crítica Los tornillos largos con avances elevados pueden operar por encima de la velocidad crítica a la velocidad de rotación máxima, provocando vibraciones peligrosas. Siempre calcule la velocidad crítica para el diámetro, la longitud y la configuración de soporte seleccionados.

Error 4: Olvidar la aceleración Los ejes de moldeo por inyección aceleran y desaceleran rápidamente. El par necesario para la aceleración se suma al par requerido para la fuerza de empuje. Si el paso es demasiado fino, el motor puede no disponer de suficiente par para una aceleración rápida, incluso si la fuerza en régimen estacionario es adecuada.

Tabla de referencia rápida para la selección del paso

tabla

Eje	Rango típico de paso	Rango de diámetro del tornillo	Prioridad
Reprimición	10–20 mm/rev	ø40–100 mm	Fuerza de empuje > velocidad
Inyección (general)	20–25 mm/rev	ø32–50 mm	Velocidad y fuerza equilibradas
Inyección (alta velocidad)	32–40 mm/rev	ø40–63 mm	Velocidad > fuerza
Inyección (precisión)	16–20 mm/rev	ø32–40 mm	Resolución > velocidad
Eyección	10–20 mm/rev	ø20–50 mm	Equilibrado
Contacto de la boquilla	20–32 mm/rev	ø20–32 mm	Velocidad > fuerza

Conclusión

El paso del husillo de bolas es un parámetro fundamental que define el comportamiento de rendimiento de cada eje en una máquina eléctrica de inyección. Es la palanca que intercambia velocidad por fuerza, y encontrar el equilibrio adecuado es esencial.

Puntos Clave:

• Ejes de sujeción : Pasos finos para empuje máximo
• Ejes de inyección : Pasos medios para equilibrio entre velocidad y fuerza; pasos altos para máquinas de paredes delgadas o alta velocidad
• Ejes eyectores : Guías medias para velocidad y fuerza moderadas
• Diseño de múltiples inicios logra un paso elevado sin sacrificar la capacidad de carga
• Valor DN a menudo prefiere pasos más elevados para aplicaciones de alta velocidad (RPM más baja = valor DN más bajo)

Al ajustar cuidadosamente el paso a los requisitos específicos de velocidad, fuerza y precisión de cada eje, los fabricantes de máquinas y los ingenieros de modernización pueden optimizar el rendimiento, minimizar el tamaño y el costo del motor, y maximizar la vida útil del conjunto de tornillo de bolas.