Guia de Seleção do Passo do Parafuso de Esferas para Moldagem por Injeção | YOSO

Ao especificar parafusos de esferas para máquinas de moldagem por injeção totalmente elétricas, uma das decisões mais impactantes é também uma das mais frequentemente negligenciadas: passo da Rosca o passo — isto é, a distância que a porca percorre em uma única rotação do eixo do parafuso — determina diretamente a relação entre a velocidade do motor, a velocidade linear e a força de empuxo.

Escolher um passo muito fino impede que a máquina atinja as velocidades de injeção exigidas. Escolher um passo muito grosso resulta em perda de força de empuxo e resolução de posicionamento. Acertar essa escolha significa que a máquina atinge todos os seus objetivos de desempenho; errá-la significa comprometer velocidade, força ou precisão.

Este guia explica como funciona o passo de um parafuso de esferas, os compromissos envolvidos e como selecionar o passo ideal para cada eixo de uma máquina de moldagem por injeção.

O que é o passo de um parafuso de esferas?

O chumbo o passo de um parafuso de esferas é a distância linear que a porca avança com uma rotação completa de 360° do eixo do parafuso. É medido em milímetros por revolução (mm/rev).

Os tamanhos de passo mais comuns para aplicações de moldagem por injeção incluem:

• Passos finos : 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm/rev
• Passos médios : 16 mm, 20 mm, 25 mm/rev
• Passos altos : 32 mm, 40 mm, 50 mm/rev
• Avanços ultraelevados : 63 mm, 80 mm, 100 mm/rev

Importante: Avanço ≠ passo Passo é a distância entre cristas adjacentes da rosca. Em parafusos de uma única entrada, o avanço equivale ao passo. Em parafusos de múltiplas entradas (duas entradas, quatro entradas etc.), o avanço = passo × número de entradas. Parafusos de esferas de avanço elevado são quase sempre projetados com múltiplas entradas para manter tamanho adequado das esferas e capacidade de carga.

A troca fundamental: velocidade versus força de empuxo

O avanço do parafuso de esferas cria uma relação inversa entre velocidade linear e força de empuxo, regida por princípios mecânicos básicos:

Velocidade linear = RPM do parafuso × avanço

• Dobrar o avanço dobra a velocidade linear à mesma RPM
• Exemplo: 1.500 RPM × avanço de 10 mm = 15 m/min; 1.500 RPM × avanço de 20 mm = 30 m/min

Força de empuxo = torque × 2π / avanço × eficiência

• Dobrar a passo reduz pela metade a força de empuxo para o mesmo torque
• Exemplo: torque de 10 Nm × 2π ÷ 0,01 m × eficiência de 90% = ~5.650 N; com passo de 20 mm → ~2.825 N

Este é o compromisso fundamental:

• Passo fino → alto empuxo, baixa velocidade, alta resolução de posicionamento
• Passo elevado → baixo empuxo, alta velocidade, menor resolução de posicionamento

A tarefa do engenheiro de projeto é encontrar o passo que satisfaça tanto o requisito de velocidade quanto o de empuxo, dado o torque disponível do motor.

Seleção do Passo pelo Eixo de Moldagem por Injeção

Cada eixo de uma máquina de moldagem por injeção possui requisitos distintos de velocidade e força, portanto cada um exige uma estratégia diferente de passo.

1. Eixo de Fixação

Recomendado: Passo Fino a Médio (10–20 mm/rev)

O eixo de fixação exige força de empuxo máxima e velocidade moderada. A força de fechamento do molde pode variar de 50 kN em máquinas pequenas a mais de 5.000 kN em máquinas de grande capacidade.

Por que passo fino a médio:

• Alta vantagem mecânica gera força de fixação enorme a partir de um torque motor razoável
• A velocidade é aceitável — os cursos de fixação são operações relativamente lentas
• Resolução fina permite posicionamento preciso para proteção do molde (fechamento em baixa pressão)

Exemplos típicos:

• Máquina pequena (50–100 T): passo de 16 mm, parafuso de Ø40 mm
• Máquina média (200–350 T): passo de 20 mm, parafuso de Ø50–63 mm
• Máquina grande (500 T+): passo de 16–20 mm, parafuso de Ø80–100 mm (frequentemente com projeto de duplo parafuso)

Consideração Importante: Eixos de fixação normalmente utilizam parafusos de maior diâmetro com passos mais finos em relação ao tamanho do eixo, maximizando a capacidade de empuxo.

2. Eixo de injeção

Recomendado: Passo médio a alto (20–40 mm/rev)

O eixo de injeção exige tanto alta velocidade (para o enchimento rápido de peças de parede fina) quanto força significativa (para pressão de compactação e manutenção). Trata-se do eixo mais desafiador para a seleção do passo, pois exige desempenho simultâneo nos extremos do espectro velocidade/força.

Por que passo médio a alto:

• Deve atingir velocidades de injeção de 100–300 mm/s em aplicações de parede fina e embalagem
• Também deve gerar uma força de injeção de 50–200 kN para compactação
• Passos médios oferecem o melhor equilíbrio entre esses dois requisitos

Exemplos típicos:

• Uso geral (100–200 T): passo de 20–25 mm, parafuso de Ø40–50 mm
• Embalagem de alta velocidade: passo de 32–40 mm, parafuso de Ø50–63 mm
• Precisão / óptica: avanço de 16–20 mm, rosca com diâmetro de Ø32–40 mm (prioriza resolução em vez de velocidade)

Consideração Importante: Para injeção de alta velocidade, o avanço é frequentemente o fator limitante da velocidade máxima de injeção. Se a velocidade exigida exceder o que um avanço padrão pode fornecer à rotação máxima do motor, é necessário uma rosca com avanço maior — mas apenas se o motor tiver torque suficiente para manter a força de injeção nesse avanço.

3. Eixo de Ejeção

Recomendado: avanço médio (10–20 mm/rev)

A extração exige velocidade moderada e força relativamente baixa, comparada ao fechamento ou à injeção.

Por que avanço médio:

• As forças de extração são tipicamente 5–20% da força de fechamento
• A velocidade é importante para o tempo de ciclo, mas não é tão crítica quanto a velocidade de injeção
• Resolução suficientemente fina para posicionamento preciso dos pinos extratores

Exemplos típicos:

• Máquina pequena: avanço de 10 mm, rosca com diâmetro de Ø20–25 mm
• Máquina média: avanço de 16 mm, rosca com diâmetro de Ø32–40 mm
• Máquina grande: avanço de 20 mm, parafuso com diâmetro de 40–50 mm

4. Deslocamento da Unidade de Injeção / Contato do Bico

Recomendado: avanço médio a alto (20–32 mm/rev)

O contato do bico é um eixo de baixa força e velocidade moderada. Avanços maiores funcionam bem aqui, pois os requisitos de força são mínimos.

Por que usar um avanço maior:

• O baixo requisito de força significa que a vantagem mecânica não é crítica
• Um deslocamento mais rápido reduz o tempo de ciclo
• Uma resolução mais grosseira é aceitável para o contato com o bico

Como calcular o avanço adequado

O processo de seleção do avanço envolve verificar tanto os requisitos de velocidade quanto os de força em relação ao motor disponível.

Passo 1: determinar a velocidade linear necessária Calcule a velocidade linear máxima que o eixo deve atingir:

• Eixo de injeção: velocidade de injeção (mm/s) × 60 = mm/min
• Eixo de fechamento: velocidade de fechamento do molde (mm/s) × 60 = mm/min

Passo 2: Calcule a rotação necessária do parafuso (RPM) RPM = Velocidade linear necessária (mm/min) ÷ Passo (mm/rev)

Verifique se essa RPM está dentro da velocidade nominal do motor E da velocidade crítica e da classificação DN do parafuso.

Passo 3: Calcule o torque necessário do motor Torque (Nm) = Força de empuxo (N) × Passo (m/rev) ÷ (2π × Eficiência)

Onde a eficiência é tipicamente 0,85–0,95 para parafusos de esferas.

Verifique se esse torque está dentro das classificações contínuas e de pico do torque do motor.

Etapa 4: Verificar a resolução de posicionamento Movimento incremental mínimo = Passo ÷ (Resolução do encoder do motor × Relação de transmissão)

Certifique-se de que este valor seja mais fino do que a precisão de posicionamento exigida pela aplicação.

Parafusos de múltiplas entradas: Alto passo sem sacrificar capacidade de carga

Um equívoco comum é que parafusos de alto passo têm menor capacidade de carga. Isso não é necessariamente verdadeiro, graças ao projeto de parafuso de múltiplas entradas .

Parafuso de entrada única versus parafuso de múltiplas entradas:

• Entrada única : Uma rosca contínua. Passo = passo.
• duas entradas : Duas filetes paralelos. Avanço = 2 × passo.
• 4 filetes : Quatro filetes paralelos. Avanço = 4 × passo.

Parafusos com múltiplos filetes alcançam um avanço elevado, mantendo um passo razoável (distância entre filetes adjacentes). Isto significa:

• Tamanho da esfera permanece o mesmo → capacidade de carga permanece a mesma
• Tamanho da porca permanece o mesmo → a intercambiabilidade é mantida
• Apenas o avanço muda → a capacidade de velocidade aumenta

Por exemplo, um parafuso Ø40 mm está disponível nas versões:

• 40-5 (um filete, avanço de 5 mm) — alta força de tração, baixa velocidade
• 40-10 (2 filetes, avanço de 10 mm) — força de tração média, velocidade média
• 40-20 (4 inícios, passo de 20 mm) — menor força axial, alta velocidade

Todos utilizam o mesmo diâmetro das esferas e possuem classificações de carga dinâmica semelhantes, mas a versão com passo de 20 mm fornece uma velocidade linear 4× maior para a mesma rotação por minuto (RPM).

Valor DN: A restrição oculta

Ao selecionar o passo para aplicações de alta velocidade, também é necessário verificar o Valor DN — o produto do diâmetro do parafuso (D, em mm) pela velocidade de rotação (N, em RPM). O valor DN mede a velocidade com que as esferas se deslocam no interior da porca e possui um limite máximo determinado pelo projeto do parafuso e pela lubrificação.

Valor DN: A restrição oculta

Ao selecionar o passo para aplicações de alta velocidade, também é necessário verificar o Valor DN — o produto do diâmetro do parafuso (D, em mm) pela velocidade de rotação (N, em RPM). O valor DN mede a velocidade com que as esferas se deslocam no interior da porca e possui um limite máximo determinado pelo projeto do parafuso e pela lubrificação.

Limites típicos de DN:

• Parafusos retificados de precisão padrão: ~70.000–100.000 DN
• Parafusos otimizados para alta velocidade: ~120.000–160.000 DN
• Projetos especiais para ultra-alta velocidade: até 220.000 DN

Por que isso é importante para a seleção do passo: Se você precisar de 30 m/min de velocidade linear com um passo de 10 mm, isso corresponde a 3.000 rpm. Para um parafuso de Ø40 mm, DN = 40 × 3.000 = 120.000 — o que pode exceder a classificação do parafuso.

Com um passo de 20 mm, você precisa apenas de 1.500 rpm para a mesma velocidade linear de 30 m/min. DN = 40 × 1.500 = 60.000 — bem dentro dos limites.

Insight principal: Parafusos com passo maior operam a rotações mais baixas para a mesma velocidade linear, reduzindo o valor DN e prolongando a vida útil. Esse é um motivo principal pelo qual parafusos de alto passo são preferidos em aplicações de injeção de alta velocidade.

Erros comuns na seleção do passo

Erro 1: Escolher o passo com base apenas na velocidade Muitos engenheiros dimensionam o passo apenas para atingir a velocidade-alvo, mas esquecem de verificar a força de empuxo. O resultado é uma máquina que se move rapidamente, mas não consegue gerar pressão de injeção ou força de fechamento suficientes. Sempre verifique tanto a velocidade quanto a força.

Erro 2: Superdimensionar o passo "apenas para garantir segurança" Um passo maior que o necessário significa:

• Menor vantagem mecânica → motor maior e mais caro necessário
• Resolução de posicionamento mais grosseira → pode não atender aos requisitos de precisão
• Maior inércia refletida ao motor → desafios de ajuste

Erro 3: Ignorar a velocidade crítica Parafusos longos com avanços elevados podem operar acima da velocidade crítica na rotação máxima, causando vibração perigosa. Calcule sempre a velocidade crítica com base no diâmetro, comprimento e configuração de suporte selecionados.

Erro 4: Esquecer a aceleração Eixos de moldagem por injeção aceleram e desaceleram rapidamente. O torque necessário para a aceleração soma-se ao torque exigido pela força de empuxo. Se o avanço for muito fino, o motor pode não ter torque suficiente para aceleração rápida, mesmo que a força em regime permanente seja adequada.

Tabela de Referência Rápida para Seleção do Avanço

tabela

Eixo	Faixa Típica de Avanço	Faixa de Diâmetro do Parafuso	Prioridade
Fixação	10–20 mm/rev	ø40–100 mm	Força de empuxo > velocidade
Injeção (geral)	20–25 mm/rev	ø32–50 mm	Velocidade e força equilibradas
Injeção (alta velocidade)	32–40 mm/rev	ø40–63 mm	Velocidade > força
Injeção (precisão)	16–20 mm/rev	ø32–40 mm	Resolução > velocidade
Ejetor	10–20 mm/rev	ø20–50 mm	Equilibrado
Contato do bico	20–32 mm/rev	ø20–32 mm	Velocidade > força

Conclusão

O passo do fuso de esferas é um parâmetro fundamental que define o desempenho de cada eixo numa máquina elétrica de injeção. É a alavanca que troca velocidade por força — e encontrar o equilíbrio certo é essencial.

Principais Conclusões:

• Eixos de fechamento : Passos finos para empuxo máximo
• Eixos de injeção : Passos médios para equilíbrio entre velocidade e força; passos altos para máquinas de paredes finas / alta velocidade
• Eixos de extração : Guias médias para velocidade e força moderadas
• Design com múltiplas entradas alcança alta guia sem sacrificar a capacidade de carga
• Valor DN geralmente favorece guias mais altas para aplicações de alta velocidade (RPM mais baixa = DN mais baixo)

Ao ajustar cuidadosamente a guia às necessidades específicas de velocidade, força e precisão de cada eixo, os fabricantes de máquinas e engenheiros de modernização podem otimizar o desempenho, minimizar o tamanho e o custo do motor e maximizar a vida útil do conjunto de rosca de esferas.