การทำเกลียวในงานผลิตพลาสติก

ชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติก สามารถทำให้มีเกลียวนอกและเกลียวในได้อย่างประหยัด ด้วยเทคนิคการฉีดพลาสติกแบบต่างๆ ช่วยลดการทำงานที่ต้องตัดเกลียวของชิ้นงานกึ่งสำเร็จ เมื่อต้องการเกลียวจากการฉีดพลาสติก จะต้องระมัดระวังในการออกแบบแม่พิมพ์ เพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่เกิดปัญหาในการปลดชิ้นงานไม่ออกเนื่องจาก Undercut
ชิ้นงานที่่มีเกลียวนอก สามารถฉีดได้ในแม่พิมพ์ที่มีอุปกรณ์คลายเกลียวนอก (Thread-unscrewing)อย่างไรก็ตาม ชิ้นงานจำนวนมากที่มีเกลียวนอก ก็สามารถฉีดด้วยแม่พิมพ์ที่สร้างในราคาที่ถูกกว่านั่นคือ เส้นแบ่งของแม่พิมพ์ (Parting Line) จะอยู่ในตำแหน่งเส้นศูนย์กลาง (Center Line) ของเกลียว (ตามภาพด้านล่าง)

ชิ้นงานที่มีเกลียวใน สามารถฉีดโดยแม่พิมพ์ที่ติดตั้งอุปกรณ์คลายเกลียว แกนที่ยุบได้ (Collapsible- Core) หรือใช้มือหมุนชุดเกลียว (Thread Insert) ซึ่งถอดออกจากแม่พิมพ์พร้อมกับชิ้นงานแล้วจึงหมุนคลายเกลียวถอดออกจากชิ้นงาน และจึงฝส่ Thread Insert กลับเข้าไปอีกครั้ง แกนที่ยุบได้บางครั้งอาจไม่ต้องใช้อุปกรณ์คลายเกลียวThread Insert กับการฉีดเกลียวที่มีรูปร่างหน้าตัดกลม ขึ้นอยู่กับเกรดพลาสติกที่ใช้และอุณหภูมิที่ใช้ ในบางกรณีก็อาจเป็นได้ที่จะถอดเกลียวที่ฉีดออกจากแม่พิมพ์ โดบปลดจาก Core ที่เป็นเกลียวนอกตื้นๆ แล้วไม่ทำให้ชิ้งานพลาสติกเสียหาย อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ต้องใช้แผ่นปลด Stripper Plate หรือเข็มกระทุ้ง Ejector Pin ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่

Melt Accumulation จุดสะสมน้ำพลาสติก

การออกแบบชิ้นงานพลาสติก ควรหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนความหนาของหน้าตัด แต่หากต้องเปลี่ยนความหนา ด้วยเหตุผลทางด้านความแข็งแรงและประโยชน์ใช้สอยควรเปลี่ยนไปทีละน้อย การเปลี่ยนแปลงความหนาของหน้าตัดแบบหักมุม จะทำให้เกิดความเค้นเฉพาะจุด เมื่อรับแรงก็จะเกิดการร้าวเปรียบเสมือนเป็นรอยบากหรือทำให้แตกไว้ก่อนตรงบริเวณนั้น

จุดสะสมน้ำพลาสติกเป็นส่วนที่ใช้เวลานานในการหล่อเย็น จึงทำให้รอบการฉีดนานขึ้นด้วยและยังเป็นสาเหตุของการเกิดโพรงอากาศ(viod) ในภาพด้านล่างเป็นการแสดงให้เห็นการออกแบบโครงเพื่อเสริมความแข็งแรง โครงที่จัดวางเป็นกากบาก กรณีนี้จะเห็นได้ชัดเจนถึงความแตกต่างของการออกแบบ ให้เหมาะสมกับสภาพการฉีดพลาสติกและการรับแรง ชิ้นงานพลาสติกที่มีโครงจัดวางเป็นรูปกากบาท จะมีความแข็งแรงกว่าโครงสร้างที่จัดวางเยื้องกัน และทนแรงได้มากกว่า

จุดสะสมน้ำพลาสติก

ในภาพ C แสดงการออกแบบจุดตัดของโครงสี่เส้น ที่คำนึงถึงคุณสมบัติของพลาสติก และการรับแรงไปพร้อมๆกัน แบบนี้จะไม่มีจุดสะสมน้ำพลาสติก อีกทั้งความหนาของโครงและจุดเชื่อมต่อจะเท่ากัน ค่าใช้จ่ายในการทำแม่พิมพ์แบบนี้จะสูงขึ้นอีกมาก และต้องระวังเรื่องน้ำหนักของชิ้นงานเมื่อคำนึงถึงความประหยัด

ชิ้นงานหนึ่งที่มีความยากในด้านการออกแบบแม่พิมพ์และการฉีดพลาสติกคือ ภาชนะบรรจุเพื่อการขนส่งและลังวางขวด ซึ่งทำจากพลาสติก HDPE ภาชนะเหล่านี้ต้องทนแรงสูงที่เกิดจากการขนย้าย แรงกระแทก และความเค้นอัดเมื่อวางซ้อนกัน ในโรงงานเบียร์และเครื่องดื่มมักพบว่ามีการวางซ้อนกันสูงถึง4-5เมตร หรือมากกว่านั้น

ประมาณว่าความสูงของลังคือ 250 มม. และลังหนึ่งใบมีขวดวางเต็มจะมีน้ำหนัก 15 กก. เมื่อวางซื้อนกัน 18 ใบ ลังที่อยู่ใบล่างสุดต้องรับแรงได้ถึง 17×15=255 กก. การออกแบบที่ถูกต้องจึงเป็นสิ่งที่สำคัญมากๆ เนื่องจากหากแม่พิมพ์ทำการผลิตขึ้นมาแล้ว หากไม่สามารถใช้งานและรับแรงได้จริงเท่ากับเป็นการสูญเปล่าทั้งเวลาและวัสดุ

แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกกับการปลดชิ้นงาน

ในการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก ผู้ออกแบบจำเป็นที่จะต้องต้องคำนึงถึงวิธีการปลดชิ้นงานเพื่อให้การฉีดพลาสติกเป็นได้อย่างต่อเนื่อง แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกที่ดีควรจะต้องสามารถปล่อยให้เดินได้อย่างอิสระ ซึ่งจะทำให้ผลิตชิ้นงานพลาสติกได้อย่างรวดเร็วและมีราคาไม่แพงเนื่องจากใช้ผู้ปฎิบัติงานน้อยลง อย่างไรก็ดีต้นทุนหลักๆของการผลิตแม่พิมพ์พลาสติกคือค่าวัสดุและค่าแรงงาน ในแม่พิมพ์พลาสติกขนาดเล็กค่าวัสดุสำหรับทำแม่พิมพ์อาจไม่แตกต่างกันมาก แต่ในแม่พิมพ์ขนาดใหญ่การลดเนื้อวัสดุลงได้ 5-10 มิลลิเมตร อาจทำให้ราคาแม่พิมพ์ถูกลงได้มาก

ระบบปลดชิ้นงานในแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกจะเป็นบริเวณที่จะต้องใช้วัสดุที่มีความหนาเพื่อทำเป็นขารองแม่พิมพ์ และยังเป็นที่ติดตั้งระบบปลดชิ้นงานอีกด้วย ตามที่ได้กล่าวไว้ในข้างต้น หากการปลดชิ้นงานพลาสติกทำได้อย่างรวดเร็วย่อมส่งผลโดยตรงที่จะเพิ่มผลผลิตในการฉีดพลาสติกได้ ถ้าผู้ออกแบบแม่พิมพ์สามารถลดวัสดุให้ใช้น้อยลงและยังคงลดเวลาสำหรับการปลดชิ้นงานลงด้วยย่อมเป็นเรื่องที่ดีมาก

การเพิ่มระยะระบบปลดชิ้นงานพลาสติก

เราสามารถลดระยะทางในการกระทุ้งปลดชิ้นงานลงได้และลดความสูงของตัวรองแม่พิมพ์ได้โดยการสร้างชุดกลไก โดยชุดกลไกนี้จะใช้เฟืองในการส่งกำลังเมื่อเครื่องฉีดพลาสติกเริ่มกระทุ้งเพื่อปลดชิ้นงาน แผ่นรองจะมาดันให้ชุดเฟืองเริ่มเคลื่อนที่ส่งแรงผ่านเฟืองสะพานไปยังแท่นเฟืองชุดที่ 2 ซึ่งจะถูกยึดติดกับเข็มกระทุ้งทำให้เข็มกระทุ้งเลื่อนปลดชิ้นงาน ระยะทางในการปลดชิ้นงานจะถูกเพิ่มขึ้นจากการปลดแบบปกติ การออกแบบระบบนี้ผู้ออกแบบต้องคำนวณระยะในการเคลื่อนที่ของชุดฟันเฟืองให้ถูกต้อง ซึ่งหากมีการคำนวณระยะผิดพลาดจะเกิดความเสียหายอย่างมากกับชุดฟันเฟือง

ฝาขวดน้ำพลาสติกแบบมีเกลียว

ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณท์ประเภทขวดน้ำดื่มพลาสติกมักนิยมผลิตด้วยกรรมวิธีการเป่า ซึ่งกระบวนการเป่าพลาสติกมีหลากหลายวิธีการตามที่ได้เคยกล่าวไว้ในบทความที่ผ่านมา ขวดพลาสติกที่ใช้บรรจุเครื่องดื่มในปัจจุบันนิยมใช้เป็นแบบฝาเกลียวพลาสติก เนื่องจากใช้งานได้สะดวก,สามารถกันการรั่วซึมได้ดี และที่สำคัญมีราคาไม่แพง

ฝาพลาสติกที่ใช้ในท้องตลาดทุกวันนี้จะเป็นฝาแบบมีเกลียวภายในแทบทั้งหมด ในกระบวการผลิตฝาพลาสติก เมื่อเราฉีดพลาสติกหลอมเหลวเข้าสู่แม่พิมพ์ พลาสติกหลอมเหลวจะเข้าไปแทนที่ช่องว่างในแม่พิมพ์พลาสติก ทำให้เมื่อเวลาที่พลาสติกเย็นตัวลง เราจะไม่สามารถปลดชิ้นงานออกมาจากแม่พิมพ์ได้ เนื่องจากติดเกลียวของตัวฝาเอง ผู้ที่ออกแบบแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกจะต้องทำการออกแบบระบบกลไกเพื่อใช้ในการปลดชิ้นงานพลาสติกออกจากแม่พิมพ์

การทำงานของแม่พิมพ์ชนิดนี้คือ ที่ตัวแกนแท่งเกลียวที่ใช้สำหรับขึ้นรูปฝา จะถูกยึดติดไว้กับฟันเฟือง ซึ่งตัวฟันเฟืองนี้จะขบกับแกนไฮดรอลิคหรือมอเตอร์ขับเพื่อใช้เป็นต้นกำลังในการปลดฝาพลาสติกออกจากแม่พิมพ์ ในแม่พิมพ์พลาสติกที่มีหลายหลุมการขับเคลื่อนแกนดังกล่าวต้องใช้แรงมากผู้ออกแบบควรคำนึงถึงกำลังในการขับเคลื่อนชุดกลไก เพื่อให้ชิ้นงานถูกปลดออกจากแม่พิมพ์ได้อย่างสมบูรณ์

แม่พิมพ์ฝาพลาสติก

ในขณะที่แกนที่ใช้ในการขึ้นรูปเกลียวหมุนไป ตัวฝาพลาสติกย่อมมีโอกาสที่จะหมุนตามแกนเกลียวดังกล่าวไปด้วย เพื่อป้องกันการผิดพลาดดังกล่าว ในด้านนอกของฝาพลาสติกจะทำเป็นลายขวางไว้เพื่อกันไม่ให้พลาสติกหมุนตามแกนขึ้นรูปเกลียว โดยฝั่งที่ขึ้นรูปด้านนอกของฝาพลาสติกจะสามารถเลื่อนไปมาในแม่พิมพ์ได้

Stretch Blow Mold แม่พิมพ์แบบเป่ายืด

ในกระบวนการเป่าพลาสติกทุกแบบตามที่ได้กล่าวมาในบทความก่อนหน้านี้ ล้วนมีจุดประสงค์ให้ขวดพลาสติกที่เป่าขึ้นรูปมีความหนาของขวดใกล้เคียงกัน เพื่อความแข็งแรงของตัวขวดพลาสติกเอง และเพื่อเป็นการใช้ประโยชน์ตัววัสดุให้คุ้มค่าที่สุด หากมองด้านการผลิตอย่างเดียว ขวดก็คงไม่ต้องสนใจรูปร่างขอเพียงบรรจุสินค้าแล้วไม่หกเลอะเสียหายเป็นพอ แต่ในความเป็นจริงผลิตภัณท์หนึ่งอย่าง จำเป็นต้องมองถึงด้านการตลาดด้วย สินค้าที่ถูกบรรจุด้วยวัสดุที่สวยงามย่อมส่งผลให้ผู้บริโภคอยากเลือกใช้ในสินค้ามากขึ้น

ขวดพลาสติกใสก็เป็นงานเป่าประเภทนึงที่จำเป็นต้องได้รับการผลิตจากแม่พิมพ์ที่ถูกต้อง เพราะการจะทำให้พลาสติกมีความใสแม่พิมพ์ต้องมีความมันเงา วัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์เป่าต้องมีคุณสมบัติต้านการกัดกร่อนได้ดี เนื่องจากพลาสติกใสที่ใช้ในการเป่าพลาสติกมักเป็นพลาสติกประเภท PET และ Polycarbonate ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ในตระกูล Polyester ถูกจัดอยู่ในกลุ่มพลาสติกวิศวกรรม ผลิตจากการรวมตัวของเกลือโซเดียมของบิสฟีนอลเอ และฟอสจีน จากการศึกษาพบว่าขวดน้ำดื่มที่ทำจากโพลีคาร์บอเนตจะแพร่สารบิสฟีนอล เอ ออกมามากกว่าปกติถึง 55 เท่าเมื่อใส่น้ำร้อน ไม่ว่าจะเป็นขวดเก่าหรือขวดใหม่ก็ตาม ซึ่งการศึกษาโดย US FDA ในสภาพการใช้งานปกติพบว่ามีการแพร่ของบีสฟีนอล เอ จากขวดน้ำขนาด 5 แกลลอนเข้าไปในน้ำที่เก็บไว้ 39 สัปดาห์ อยู่ในช่วง 0.1 – 4.7 ส่วนในพันล้านส่วน (ที่มา http://www.chemtrack.org ) ในอดีตเรามักใช้ขวดประเภท PC เป็นขวดนมเด็ก แต่ในปัจจุบันเมื่อตรวจพบว่าขวด PC มีโอกาสปล่อยสารบีสฟีนอลจึงมีการเปลี่ยนมาใช้เป็นขวด PP แทน

ขวดพลาสติกเป่าประเภท PP หากทำการเป่าด้วยกระบวนการอื่นๆ เช่น Extrusion Blow หรือ Injection Blow มักจะได้ขวดที่ไม่ใส แต่หากเป่าด้วยกระบวการเป่ายืด Stretch Blow Mold จะทำให้ขวดที่ได้มีความใสมากกว่ากระบวนการทั้ง 2 โดยในขั้นตอนการเป่าจะรูปแบบเหมือนกับการเป่าแบบเป่าฉีด Injection Blow แต่จะแตกต่างกันตรงที่ เมื่อเราให้ความร้อนกับหลอด Preform จนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม ก่อนที่จะทำการเป่าพลาสติก เครื่องจะส่งแกนเหล็กกระทุ้งหลอด Preform ให้ยืดออกไปก่อนเพื่อให้เนื้อพลาสติกของหลอด Preform มีความแข็งแรงลดลง จากนั้นจึงเป่าพลาสติกเพื่อขึ้นรูปขวด วิธีการนี้จะทำให้ได้ขวดที่่มีความใสมาก และประหยัดวัสดุลงไปได้เนื่องจากสามารถใช้หลอด Preform สั้นไปเป่าขวดที่มีความยาวกว่าหลอด Preform ได้

Extrusion Blow Mold แม่พิมพ์เป่าพลาสติก

แม่พิมพ์ชนิดนี้จะใช้หลักการปล่อยพลาสติกหลอมเหลวไหลผ่านหัวดาย การกำหนดความหนาบางของชิ้นงานเป่าพลาสติกจะถูกกำหนดด้วยการไหลผ่านหัวดายนี้ เราเรียกพลาสติกหลอมเหลวนี้ว่า Parison ซึ่งเป็นเทคนิค ที่ทำการรีดพลาสติกหลอมเหลวเป็นท่อกลวง (parison) เมื่อพลาสติกหลอมเหลวไหลจนได้ระยะตามต้องการแล้ว ที่เครื่องเป่าพลาสติกจะเลื่อนแม่พิมพ์เข้ามาปิด จากนั้นจะมีท่อเลื่อนเข้าไปเป่าด้วยลมผ่านท่อ ทำให้เกิดการพองตัวภายในเบ้าแม่พิมพ์ วิธีนี้จะนิยมใช้กันมาก ชิ้นงานที่ได้จะควบคุมขนาดได้ไ่ม่ดีนัก,คุณภาพผิวก็ไม่สูงนัก,ตัวอย่างชิ้นงานที่ผลิตด้วยวิธีนี้ คือ ขดน้ำพลาสติกสีขาวขุ่น,แกลลอนน้ำมัน

การเป่าพลาสติกด้วยวิธีนี้ หลังจากที่เครื่องเป่าพลาสติกเริ่มปิดแม่พิมพ์ ใบมีดจะ๔ุกติดตั้งอยู่ด้านบนเื่อเครื่องเป่าพลาสติกเลื่อนเข้ามาปิด ใบมีดก็จะถูกเลื่อนเข้ามาตัดพาริสันในตำแหน่งเหนือส่วนบนของเบ้าเล็กน้อย เมื่อท่อลมเลื่อนเข้าไปเป่าในแกนกลางของพาริสัน ทำให้พลาสติกหลอมเหลวพองตัวแนบกับรูปร่างของแม่พิมพ์ (ความดันลมประมาณ 8 บาร์) เมื่อพลาสติกหลอมเหลวกระทบกับผนังแม่พิมพ์ที่ได้มีการหล่อเย็นไว้ โดยปกติจะนิยมใช้น้ำเย็นที่มีช่วงอุณหภูมิระหว่าง 5 ถึง 15 องศา ไหลหมุนเวียนในแม่พิมพ์เพื่อระบายความร้อน เมื่อชิ้นงานเซ็ทตัวแล้ว แม่พิมพ์ก็จะเลื่อนออกเพื่อปลดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ และเริ่มวัฎจักรของการผลิตต่อไป