CilindroMaquinário
Cilindro (em inglês barrel) — também chamado canhão de plastificação — é o cilindro de aço aquecido que aloja a rosca recíproca dentro da unidade de injeção de uma injection molding machine imm. É onde os pellets de resina vindos do hopper são transportados, comprimidos, fundidos e homogeneizados até virarem massa fundida pronta para a injeção.
Em injeção plástica, o cilindro de injeção é o componente que mais influencia a qualidade do melt. Diâmetro interno, comprimento, layout das bandas calefatoras, tratamento interno e estado de desgaste decidem se a resina chega ao nozzle na temperatura, viscosidade e consistência tiro a tiro corretas.
## O que o cilindro faz
O cilindro executa quatro funções a cada injeção:
1. Transporte — a screw em rotação arrasta os pellets para frente pelo cilindro.
2. Compressão — a profundidade do canal da rosca diminui ao longo do comprimento, expulsando o ar pela garganta do hopper e densificando a resina contra a parede.
3. Fusão — a energia vem de duas fontes: cerca de 70–80 % do cisalhamento entre pellet, filete e parede, e os 20–30 % restantes das bandas calefatoras externas (ver barrel heat bands).
4. Dosagem — na frente do cilindro uma check valve (válvula de retenção) fecha durante a injeção para que o melt avance até o nozzle em vez de vazar pelos filetes.
O polímero fundido se acumula à frente da ponta da rosca e forma o tiro. O volume útil que o cilindro armazena chama-se barrel occupancy, expresso em porcentagem do shot size nominal.
## Geometria do cilindro — diâmetro e razão L/D
Dois números definem um cilindro:
- Diâmetro interno (D) — tipicamente 18 mm a 120 mm em máquinas horizontais padrão. Ver barrel diameter.
- Comprimento efetivo (L) — comprimento útil da rosca dentro do cilindro. Ver barrel length.
A razão L/D é a especificação mestra do desempenho de plastificação:
| Razão L/D | Uso típico | Observação |
|---|---|---|
| 14–16 : 1 | PVC, PU, termoplásticos termossensíveis | Tempo de residência curto, baixo risco de degradação |
| 18–20 : 1 | Máquinas de uso geral | Padrão para ABS, PS, PE, PP |
| 20–24 : 1 | Resinas de engenharia (PC, PA, POM) | Melhor mistura, melt mais uniforme |
| 24–26 : 1 | Alta produção, carga de vidro ou masterbatch | Melhor homogeneização; maior residence time |
Uma razão L/D mais alta dá à rosca mais filetes para misturar e fundir, mas também aumenta o tempo que a resina passa dentro do cilindro quente. Para resinas termossensíveis isso pode significar degradação, amarelamento ou queimaduras — então a L/D precisa casar com a química da resina, não só com a produtividade alvo.
A capacidade de tiro em gramas escala aproximadamente com D²:
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Volume de tiro (cm³) ≈ (π / 4) × D² × S × 0.85
Peso de tiro (g) ≈ Volume × densidade do melt
``
onde D é o diâmetro da rosca/cilindro e S é o curso de injeção. Dobrar o diâmetro do cilindro quadruplica o peso máximo de tiro com o mesmo curso.
## Zonas de aquecimento do cilindro
Um cilindro moderno se divide em 3 a 7 zonas de aquecimento independentes ao longo do comprimento, cada uma com banda calefatora e termopar alimentando um laço PID. Um layout comum de 4 zonas é:
| Zona | Localização | Setpoint típico vs nozzle | Função |
|---|---|---|---|
| Alimentação (Zona 1) | Junto à garganta do funil | −20 a −40 °C | Arranque suave; evita bridging na garganta |
| Compressão (Zona 2) | Meio do cilindro | Degrau em direção ao setpoint | Fusão por cisalhamento + condução |
| Dosagem (Zona 3) | Pré-nozzle | No setpoint | Homogeneização, uniformidade térmica |
| Nozzle (Zona 4) | Adaptador do bico | No setpoint ou ligeiramente acima | Evita drool / freeze-off |
A zona do nozzle costuma ser a mais quente porque o polímero passa pouco tempo ali e qualquer slug frio congela o gate. A garganta do funil é refrigerada a água para que o calor não migre para trás e funda pellets formando bridging. O detalhe de cada setpoint está em barrel temperature.
## Materiais, metalurgia e desgaste
Um cilindro nitretado simples roda resinas sem carga por anos, mas o cenário muda com cargas abrasivas ou corrosivas:
- Cilindros nitretados — os mais comuns. Substrato 38CrMoAl ou similar; a nitretação forma camada de 0,4–0,7 mm, HRC ≈ 60–65. Adequado para PE, PP, PS, ABS sem carga.
- Cilindros bimetálicos — uma camisa interna de liga resistente ao desgaste (base ferro, níquel ou carbeto de tungstênio) é fundida por centrifugação dentro do tubo de aço. Camada mais espessa (1,5–2,5 mm) e mais dura (HRC 60–72). Obrigatórios para resinas com fibra de vidro, mineral ou carbono e para resinas corrosivas (PVC, fluoropolímeros, compostos retardantes de chama).
- Tratamentos superficiais — cromagem (0,025–0,10 mm) no interno contra corrosão, recobrimentos extras nos filetes da rosca contra desgaste.
O desgaste do cilindro aparece como perda gradual de capacidade de plastificação, ciclo crescente, atraso na recuperação da rosca e pontos pretos / resina queimada. Quando a folga entre o OD do filete e o ID do cilindro ultrapassa cerca de 3× o valor original de projeto (tipicamente >0,5 mm radial numa máquina de 60 mm), o cilindro precisa ser refurado ou substituído. Até lá, cada injeção paga pedágio em qualidade de melt.
## Cilindro e processo: tempo de residência e relação tiro-cilindro
Duas regras práticas mantêm o cilindro na zona ideal:
- Relação tiro-cilindro (barrel occupancy) entre 20 % e 80 % da capacidade nominal. Abaixo de 20 % o polímero fica tempo demais e degrada; acima de 80 % não há colchão e o controle de pressão fica instável. Ver barrel occupancy.
- Tempo de residência = (capacidade do cilindro / peso do tiro) × tempo de ciclo. Para a maioria das resinas, alvo 3–8 minutos máximo. Acima disso há risco de degradação térmica. Ver residence time.
Escolher o cilindro certo para uma peça significa enquadrar o shot weight num cilindro onde ambas as métricas caiam na faixa — não simplesmente pegar a maior máquina disponível.
## Termos relacionados
Veja também: barrel diameter, barrel length, barrel heat bands, barrel temperature, barrel occupancy, screw, nozzle, hopper, check valve, residence time, injection unit, injection molding machine imm.
## Perguntas frequentes
### O que é o cilindro em injeção plástica?
O cilindro é o tubo de aço aquecido que envolve a rosca de uma injetora. Os pellets entram pelo funil, são transportados, comprimidos e fundidos ao longo do comprimento e saem pelo bico como melt homogêneo pronto para encher a cavidade do molde.
### Qual a função do cilindro numa injetora?
O cilindro abriga a rosca, transfere calor à resina por bandas calefatoras externas, contém a pressão gerada pela rotação da rosca e pela injeção, e forma um furo controlado onde os pellets sólidos viram melt uniforme de viscosidade e temperatura certas.
### Como se controla a temperatura do cilindro?
O cilindro é dividido em 3 a 7 zonas, cada uma com banda calefatora e termopar comandados por um laço PID. Os setpoints sobem da zona do funil em direção ao bico, com a zona de alimentação mais fria para evitar bridging e a zona do bico mais quente para evitar freeze-off.
### O que é um cilindro bimetálico e quando é necessário?
Um cilindro bimetálico tem camada interna de liga resistente ao desgaste e à corrosão (base ferro, níquel ou carbeto de tungstênio) fundida por centrifugação dentro do tubo. É obrigatório para resinas com carga de vidro ou mineral, compostos com fibra de carbono e resinas corrosivas como PVC, fluoropolímeros e graus retardantes de chama, onde um cilindro nitretado padrão se desgastaria em meses.
### Qual a razão L/D ideal para um cilindro de injeção?
20:1 é o mínimo prático para uniformidade de melt. Máquinas de uso geral operam 20:1 a 22:1; resinas de engenharia se beneficiam de 22:1 a 24:1; PVC ou PU termossensíveis ficam em 14:1 a 18:1 para limitar tempo de residência e evitar degradação.