การเสียรูปของแม่พิมพ์ Mould Deformation

แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกจะต้องรับแรงมาก และมักจะใช้ฉีดชิ้นงานที่มีความแม่นยำสูง การเสียรูปของแม่พิมพ์ มีผลต่อขนาดของชิ้นงานที่ได้ในขั้นตอนสุดท้าย รวมทั้งการเปลี่ยนขนาดของพลาสติกในระหว่างขั้นตอนการหล่อเย็น นอกจากนี้ การเสียรูปมากเกินไปของแม่พิมพ์ ยังทำให้เกิดผลเสียต่อการฉีดพลาสติก

ผลที่มีต่อคุณภาพชิ้นงาน

– ผิดขนาด

-เกิดคลีบแลบ Flashing

ผลที่มีต่อการทำงานของแม่พิมพ์โดยเฉพาะการเสียรูปในแนวขวางกับทิศทางการปลดชิ้นงาน และมีขนาดใหญ่กว่าการหดตัวของชิ้นงาน จะทำให้เกิดปัญหาในการเปิดแม่พิมพ์ หรือใช้แรงกระทุ้งมากในการปลดชิ้นงาน

ด้วยเหตุนี้ความแข็งแรง (rigidity) ของแม่พิมพ์ จึงมีผลต่อคุณภาพของชิ้นงาน และการทำงานที่ถูกต้องของแม่พิมพ์ แม่พิมพ์ทั่วไปประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนหลายชิ้น ซึ่งทั้งหมดจะช่วยสร้างความแข็งแรงให้กับแม่พิมพ์ และทำงานร่วมกัน ชิ้นส่วนของแม่พิมพ์เป็นวัสดุแข็ง ในการออกแบบต้องพิจารณาความเครียด (Strain) จากการดัดและเฉือน ขนาดของชิ้นส่วนต่างๆต้องพิจารณาให้แข็งแรงพอ โดยไม่จำเป็นต้องคิดถึงความเค้นสูงสุดที่รับได้ เพราะการเสียรูปที่ยอมให้มีได้ น้อยอยู่แล้ว

ในบทความครั้งต่อไป ทาง admin จะเสนอแนวทางการวิเคราะห์การเสียรูปของแม่พิมพ์พลาสติก ท่านใดที่สนใจโปรดติดตามได้นะครับ

วิธีการคำนวณแรงปลดชิ้นงาน

สำหรับชิ้นงานรูปปลอกและกล่อง ซึ่งหดตัวรัดคอร์ไว้ แรงปลดชิ้นงานหาได้จากความเค้นปกติที่มีอยู่ในเวลาปลดชิ้นงาน และสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน

F_R =f ×P_A × A_C

เมื่อ

f = สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน

P_A = แรงดันผิวสัมผัสระหว่างชิ้นงานกับคอร์

A_C = พื้นที่ผิวของคอร์

ค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจะขึ้นอยู่กับชนิดของพลาสติกกับโลหะที่สัมผัสกันอยู่ และตัวแปรในการฉีดพลาสติก การสัมผัสกันระหว่างชั้นผิวพลาสติกที่กลายเป็นของแข็งกับผิวแม่พิมพ์ ในขณะปลดชิ้นงาน  จะมีผลต่อสัมประสิทธิ์ความเสียดทานด้วย ชิ้นส่วนแม่พิมพ์ซึ่งทำโดยการ EDM และขัดเงาจะมีค่าสัมประสิทธิ์ต่ำกว่าผิวงานที่หยาบ

ตามที่ได้กล่าวมาทั้งหมดในตอนต้น ค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน จะขึ้นอยู่กับความหยาบของผิว  ซึ่งจะได้แสดงค่าไว้ในตารางด้านล่างนี้

นอกจากค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานที่ได้ เรายังต้องหาแรงดันที่ผิวสัมผัสระหว่างชิ้นงานและคอร์  ซึ่งสามารถคำนวณได้แต่จะขอกล่าวถึงในบทความต่อๆไปนะครับ

การฉีดพลาสติก

เม็ดพลาสติกเมื่อเข้าสู่กระบวนการฉีดพลาสติกจะผ่านการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เม็ดพลาสติกจะหลอมเหลว ซึ่งเม็ดพลาสติกแต่ละชนิดจะใช้อุณหภูมิแตกต่างกันไป อุณหภูมิของน้ำพลาสติกและแม่พิมพ์พลาสติกที่ได้แสดงไว้ในตารางที่ 1 จะใช้กับเทอร์โมพลาสติกเกรดสำหรับฉีดทุกชนิด (ยกเว้นชิ้นงานพิเศษ) โดยทั่วไป อุณหภูมิสำหรับเกรดพลาสติกที่ไหลได้ง่าย จะอยู่ในช่วงที่เป็นค่าต่ำ และพลาสติกเกรดที่ไหลได้ยาก จะใช้อุณหภูมิในช่วงที่เป็นค่าสูง พลาสติกที่อยู่ในกระบอกหลอมเหลวเป็นเวลานาน อันเนื่องจากรอบการฉีดนานเกินไป หรือปริมาตรในการฉีดแต่ละครั้งน้อยกว่าที่หลอมได้นั้น จะต้องลกอุณหภูมิน้ำพลาสติกลง เพื่อป้องกันการเสื่อมของพลาสติกเนื่องจากความร้อน

ตารางที่ 1 แสดงอุณหภูมิของแม่พิมพ์พลาสติกและอุณหภูมิหลอมเหลวของเม็ดพลาสติกแต่ละประเภท

เวลาในการหล่อเย็น ( Cooling Time)

การหล่อเย็นเริ่มต้นเมื่อฉีดพลาสติกเต็มแม่พิมพ์ ซึ่งเกิดขึ้นในช่วงเวลา t_i ความร้อนส่วนใหญ่จะถ่ายเทออกไปในช่วงเวลาหล่อเย็น t_c คือเวลาหลังจากการฉีด จนถึงการปิดแม่พิมพ์และปลดชิ้นงาน การออกแบบระบบหล่อเย็น จะขึ้นอยู่กับส่วนของชิ้นงานที่ต้องหล่อเย็นเป็นเวลานานที่สุด ให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิปลดชิ้นงาน T_E

เทอร์โมพลาสติกกับอัตราการหล่อเย็น

การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างพลาสติกและสารหล่อเย็น เกิดขึ้นโดยการนำความร้อนในแม่พิมพ์  การนำความร้อนสามารถอธิบายได้ด้วย Fourier’s differential equation โดยใช้การคำนวณแบบ 1มิติก็พอ เพราะชิ้นงานฉีดพลาสติกมักจะใช้การแก้ปัญหาใน2มิติและถ่ายเทความร้อนออกในหนึ่งทิศทาง

ในกรณีของการถ่ายเทความร้อนแบบหนึ่งมิติ Fourier’s differential equation สามารถลดรูปได้เป็น

สัญลักษณ์ในสมการต่างๆเป็นดังนี้ Read More

ทางเข้าน้ำโมพลาสติก

ในโมพลาสติกเป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปว่าผิวของคาวิตี้ จะมีผลต่อความเรียบ,ความเงา,และการผิดรูปของชิ้นงาน (เกิดได้หาcoreมีผิวหยาบ) นอกจากนี้แล้วในการออกแบบ runner และ gate ควรให้แน่ใจว่าน้ำพลาสติกไม่พุ่งเป็นลำเข้าไปในคาวิตี้เมื่อไหลมาจนถึงคาวิตี้ ซึ่งกว้างออกหักมุมกับทิศทางการไหล น้ำพลาสติกควรกระทบกับผนังหรือผิวอื่นของแม่พิมพ์ ดังแสดงในภาพด้านล่าง เพื่อป้องกันการเกิด jetting ควรระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่า ส่วนของผนังคาวิตี้ที่ต่อจาก gate จะมีน้ำพลาสติกท่วมถึงอย่างสม่ำเสมอในทิศทางการไหล

รูปแบบ lateral film gate และแบบ Pin gate หลายจุด

ถ้าการเพิ่มอุณหภูิมิแม่พิมพ์ใช้ไม่ได้ผล ในการขจัดปัญหาเรื่องการเกิดผิวเหมือนน้ำแข็ง (Frost) เส้นคล้ายตัวหนอน และบริเวณที่มีผิวด้าน ก็จะแก้ไขข้อบกพร่องนี้ได้ โดยต่อ runner ออกไปจนเป็นส่วนที่ดักเศษพลาสติก (cold slug well) อยู่ถัดจาก gate ทำหน้าที่ Read More

โมพลาสติกกับทางเข้าพลาสติก

ต่อเนื่องจากบทความที่แล้ว การตัดสินใจในเรื่องชนิดและการวางตำแหน่งของ gate ทำให้วางแผนได้ว่า ในที่สุดแล้ว ชิ้นงานที่ต้องการผลิต จะมีแบบ (drawing) เป็นอย่างไร และยังช่วยตัดสินใจว่า จะใช้แม่พิมพ์ที่มีหนึ่งหรือหลายคาวิตี้ ควรจำไว้ด้วยว่า การวางตำแหน่งไม่ควรอยู่บนผิวที่มองเห็นได้ของชิ้นงาน อาจจำเป็นต้องเลือกให้ gate เข้าที่ตำแหน่งอื่น (คล้ายกับการพิจารณาวางตำแหน่งของกลไกปลดชิ้นงาน)

ชนิดและการวางตำแหน่งของ gate ในแบบต่างๆ ได้สรุปไว้ด้านล่างนี้ และลักษณะการออกแบบต่อไปนี้ จะใช้สำหรับแม่พิมพ์คาวิตี้เดียว

-Spure gate หรือ Pin gate ที่มีช่องที่พลาสติกเตรียมถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ (Ante-Chamber)

-ชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่โดยใช้ Cold runner (แม่พิมพ์แบบสามแผ่น)ที่มี Pin gate เข้าหลายจุด หรือ Film gate เข้าตรงกลางรวมทั้งใช้ Hot runner หรือหุ้มฉนวนที่เป็น runner ซึ่งต่อกับ Pin gate หลายจุด และใช้ Spure gate

-การฉีดชิ้นงานรูปท่อโดยใช้ Spure กับ Runner ที่วางเรียงเป็นรูปดาวและมี gate เข้าหลายจุด หรือ runner รูปจานที่มี film gate เป็นรูปวงแหวน

-การฉีดชิ้นงานที่เป็นกรอบ (Frame) โดยใช้ Spure กับ Runner ที่่ต่อกับ Film gate หรือ Tunnel gate(Submarine gate)เข้าด้านข้างหลายจุด

ในแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกที่มีสองคาวิตี้ หรือมากกว่า เส้นทางที่น้ำพลาสติกไหลเข้าสู่คาวิตี้จะเป็นดังนี้

-จาก Spure ไป Runner และ gate ด้านข้าง (lateral gate) Film gate หรือ Tunnel gate

-จาก Spure ไป Cold runner (แม่พิมพ์สามแผ่น) ,Hot runner หรือ runner หุ้มฉนวน แล้วไป pin gate จุดเดียวหรือหลายจุด แบบนี้จะสามารถใช้งานร่วมกันระหว่าง hot runner และ cold runner หรือ runner หุ้มฉนวนกับแท่งให้ความร้อน (heater mandrel)

นอกจากนี้ ตำแหน่งและชนิดของ gate ยังขึ้นอยู่กับชนิดของพลาสติกที่ใช้ในการฉีด สำหรับชิ้นงานแผ่นสี่เหลี่ยมแบน ใช้ Film gate เข้าด้านข้าง หรือ Pin gate เข้าหลายจุด จะได้ผลดีกว่าใช้ Spure gate หรือ Pin gate เข้าจุดเดียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการฉีดพลาสติกโครงสร้างเป็นระเบียบที่มีการหดตัวขึ้นอยู่กับทิศทาง เพราะการไหลของพลาสติกขนานกันจะควบคุมการหดตัวต่างๆได้ง่ายกว่า การใช้ Pin gate เข้าหลายจุด และไม่เหมาะกับชิ้นงานฉีดพลาสติกที่ต้องการผิวชิ้นงานที่ปราศจากรอยต่อ (weld line)