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Este guia explica exatamente o que a pré-carga realiza, as classes padrão de pré-carga utilizadas pelos principais fabricantes, como HIWIN, THK e TBI, e como associar o nível correto de pré-carga a cada eixo de uma máquina de moldagem por injeção.
O que é Pré-carga em Parafusos de Esferas?
Pré-carga é a força axial interna aplicada entre a porca de esferas e o eixo do parafuso ao aumentar excessivamente o tamanho dos elementos rolantes em relação ao passo da ranhura. Em termos simples, as esferas são ligeiramente maiores do que o espaço disponível, criando uma carga elástica contínua que elimina a folga.
Aplicações de moldagem por injeção beneficiam-se da pré-carga de três maneiras principais:
- Elimina folga — inversões de direção nos eixos de injeção e ejeção não apresentam movimento perdido
- Aumenta a rigidez — o sistema sofre menor deformação sob forças elevadas de fechamento e injeção
- Melhora a repetibilidade de posicionamento — o contato constante garante posições de parada consistentes
Contudo, a pré-carga também gera atrito rolante mesmo na ausência de carga externa. Esse atrito produz calor, consome torque do motor e acelera o desgaste. O objetivo é sempre aplicar a menor pré-carga possível que atenda aos requisitos de rigidez e precisão da aplicação. 
Classes-padrão de pré-carga
Principais fabricantes taiwaneses e japoneses utilizam um sistema padronizado de três níveis:
tabela
| Classe de Pré-carga | Força de Pré-carga Axial | Aplicação Típica |
|---|---|---|
| Z0 (Zero / Sem Pré-carga) | 0% da classificação dinâmica | Condução, posicionamento de baixa precisão, eixos de transporte |
| Z1 (Pré-carga Leve) | ~2–3% da classificação dinâmica | Automação geral, eixos de ejeção, precisão média |
| Z2 (Pré-carga Média) | ~5–7% da classificação dinâmica | Eixos de fixação, eixos de injeção, usinagem de alta rigidez |
| Z3 (Pré-carga Pesada) | ~8–10% da classificação dinâmica | Ferramentas de máquina de rigidez ultraelevada, raramente utilizadas na moldagem |
Alguns fabricantes rotulam esses níveis de forma diferente — P0/P1/P2, C0/C1/C2 ou F0/F1/F2 —, mas o princípio e as faixas de força são equivalentes entre HIWIN, THK, TBI e outras marcas principais.
Seleção de Pré-carga por Eixo de Moldagem por Injeção
Uma máquina de moldagem por injeção possui vários eixos de fuso de esferas, cada um com requisitos muito distintos de carga e precisão. Um único nível de pré-carga não atende a todos.
1. Eixo de Aprisionamento (Sistema de Alavanca / Prensa Direta)
Recomendado: Z2 Pré-carga Média
O eixo de aprisionamento suporta as forças mais elevadas na máquina — frequentemente dezenas de toneladas. A separação do molde durante a injeção exige rigidez máxima para evitar rebarbas e desalinhamento na linha de separação.
Por que Z2:
- Elimina todo o folga para uma posição precisa de fechamento do molde
- Maximiza a rigidez axial sob carga de tonelagem
- Reduz a deformação que causa desgaste irregular do molde
Considerações:
Os eixos de fixação operam a velocidades relativamente baixas (normalmente 5–15 m/min), portanto, a geração de calor proveniente da pré-carga Z2 é controlável. A expansão térmica ainda é um fator em máquinas grandes com curso longo, mas o benefício em rigidez supera esse efeito.
2. Eixo de injeção / alimentação do parafuso
Recomendado: Z1–Z2 (depende da aplicação)
O eixo de injeção exige um equilíbrio entre velocidade, precisão e força. Ele acelera rapidamente, inverte o sentido com frequência para descompressão e deve fornecer um volume constante por disparo.
Para moldagem de precisão padrão → Z1 Leve:
A maioria das máquinas de injeção de uso geral opera bem com pré-carga leve. A folga é mínima, o atrito é baixo e a geração de calor permanece dentro dos limites aceitáveis para operação contínua 24/7.
Para moldagem de precisão / óptica → Z2 Média:
Quando a repetibilidade do peso de injeção deve ser inferior a 0,1 %, uma pré-carga média garante ausência total de folga em cada curso de injeção. Combine com um projeto de parafuso refrigerado para gerenciar o calor adicional.
3. Eixo de Ejeção
Recomendado: Pré-carga Leve Z1
Os eixos de ejeção movem massa relativamente baixa e exigem precisão moderada de posicionamento. Realizam ciclos frequentes, mas com força reduzida.
Por que Z1:
- Elimina a folga para posição consistente dos pinos de ejeção
- Menor atrito significa menos calor e maior vida útil da graxa
- Rigidez suficiente para forças de ejeção padrão
Z0 raramente é usado aqui, pois a folga causaria avanço irregular dos pinos e possível aderência da peça no primeiro curso após mudança de direção.
4. Deslocamento da Unidade de Injeção / Contato do Bico
Recomendado: Z0 ou Z1 Leve
Este eixo simplesmente desloca a unidade de injeção para a frente e para trás, para o contato do bico. Os requisitos de precisão de posicionamento são modestos, e a carga é principalmente o atrito proveniente das guias lineares.
O Z0 (sem pré-carga) funciona perfeitamente bem para o toque do bico. Alguns fabricantes de máquinas especificam o Z1 para uma consistência ligeiramente maior na força de contato do bico, mas a diferença é mínima.
Erros Comuns de Pré-carga em Aplicações de Moldagem
Erro 1: "Mais pré-carga = máquina melhor"
Muitos compradores assumem que a pré-carga pesada Z3 é uma atualização premium. Na realidade, ela gera 3–4× mais atrito do que o Z1, aumenta drasticamente o calor e reduz a vida útil esperada em 30–50%. A menos que a aplicação realmente exija rigidez máxima, a pré-carga pesada é um fator negativo líquido.
Erro 2: Ignorar a perda de pré-carga ao longo do tempo
A pré-carga diminui à medida que as pistas de rolagem se desgastam. Após milhões de ciclos, um parafuso Z2 pode efetivamente tornar-se Z1 ou até mesmo Z0. É por isso que máquinas de precisão desenvolvem problemas de folga após 5–10 anos de uso intenso. Projetos com porcas duplas (séries DFU/DFI da TBI, DFS da HIWIN) permitem o reajuste da pré-carga, o que representa uma vantagem significativa para a produção contínua de moldagem.
Erro 3: Especificar pré-carga sem considerar a velocidade
Eixos de alta velocidade (injeção em máquinas de embalagem de ciclo rápido) geram mais calor por atrito. Uma pré-carga Z2 que funciona bem a 10 m/min pode causar runaway térmico a 30 m/min. Sempre cruze a pré-carga com a classificação DN do parafuso e com a velocidade operacional prevista.
Porca Dupla versus Porca Simples – Pré-carga
A pré-carga é obtida por dois principais métodos construtivos, o que tem impacto direto na manutenibilidade:
Pré-carga com porca simples (esferas superdimensionadas):
A porca é uma peça única com esferas ligeiramente superdimensionadas. Trata-se de uma solução compacta, econômica e comum nas faixas Z0–Z1. Desvantagem: a pré-carga não pode ser ajustada no campo; uma vez desgastada, a porca deve ser substituída.
Pré-carga com duas porcas (espaçador / deslocamento angular):
Duas porcas separadas são montadas juntas com um espaçador ou um deslocamento angular que gera a força de pré-carga. Comum na faixa Z1–Z2 para eixos de alta carga. Vantagens: a pré-carga pode ser reajustada ou redefinida durante a manutenção, modificando-se a espessura do espaçador. Isso prolonga significativamente a vida útil do conjunto parafuso-porca.
Em ambientes de produção por injeção de plástico, onde as máquinas operam por 10 anos ou mais, a pré-carga com duas porcas nos eixos de fechamento e injeção representa um investimento inteligente.
Como verificar a pré-carga em máquinas existentes
Se você estiver solucionando problemas em uma máquina totalmente elétrica antiga, poderá estimar a pré-carga remanescente sem desmontar a porca:
- Ensaio de folga axial — Monte um relógio comparador no corpo da porca, aplique manualmente forças axiais alternadas e meça o movimento perdido. Qualquer folga mensurável indica que a pré-carga está parcial ou totalmente perdida.
- Ensaio de torque de arraste — Desconecte o acoplamento do motor e meça o torque necessário para girar o parafuso. Compare com a especificação de fábrica; torque significativamente menor indica perda de pré-carga.
- Monitorização da temperatura — Uma queda súbita na temperatura de operação (com os mesmos parâmetros de produção) pode indicar que a pré-carga diminuiu quase a zero.
Conclusão
A seleção da pré-carga é um equilíbrio entre rigidez, precisão, atrito, geração de calor e vida útil. Para máquinas de injeção, a estratégia ideal é específica por eixo:
- Eixo de fechamento: Pré-carga média Z2 (projeto com porcas duplas preferido)
- Eixo de injeção: Z1 para uso geral, Z2 para aplicações de precisão
- Eixo de expulsão: Pré-carga leve Z1
- Contato do bico / deslocamento: Z0 ou Z1
Ao ajustar a classe de pré-carga conforme as necessidades reais de cada eixo, os moldadores obtêm a melhor combinação de precisão de posicionamento, eficiência energética e longevidade dos componentes. E, para máquinas projetadas para operação contínua 24/7 por uma década ou mais, a escolha de designs com porcas duplas que permitem o reajuste da pré-carga gera um valor substancial a longo prazo.