งานฉีดพลาสติก คืออะไร สิ่งที่ควรรู้ในงานฉีดพลาสติก
ลักษณะเครื่องฉีดพลาสติกและโครงสร้างเครื่องฉีดพลาสติก
2.1 บทนำ
กรรมวิธีในการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกนั้น โดยทั่วไปแล้วทางโรงงานพลาสติก สามารถกระทำได้หลายกรรมวิธี ด้วยกัน เช่น การอัดรีด (extrusion) เพื่อผลิดชิ้นงานต่างๆ ทั้งกลวงและตัน เช่น ท่อ สายยาง กรอบประตู หน้าต่าง และชิ้นงานพลาสติกอื่นๆ กรรมวิธีการเป่าถุงและฟิล์ม (blown film) กรรมวิธีเป่าภาชนะกลวง (blow moulding) กรรมวิธีการขึ้นรูปจากแผ่นฟิล์มพลาสติก (thermoforming) กรรมวิธีการรีด (calendering) การที่จะเลือกใช้กรรมวิธีใดนั้นขึ้นอยู่กับรูปร่างลักษณะของชิ้นงานพลาสติก ชนิดของพลาสติก และความสะดวกรวดเร็วในการผลิต แต่กรรมวิธีการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่นิยมใช้มากในปัจจุบันก็คือ การฉีดพลาสติก (injection molding) เพราะสามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ดีและได้หลายลักษณะงาน เช่น ตะกร้าหูเหล็ก ถาดเพาะกล้า ลังพลาสติก กรรมวิธีการทำงานก็ไม่ค่อยยุ่งยากมากนัก และใช้พื้นที่ โรงงานพลาสติก ไม่มากเหมือนกรรมวิธีการผลิตแบบอื่นนอกจากนี้ยังสามารถทำงานได้กับพลาสติกที่มีลักษณะทั้งเม็ดและผงและเกร็ด และกับพลาสติกทุกประเภทคือ เทอร์โมลาสติก (thermoplastics) เทอร์โมเซต (thermosets) และอีลาสโตเมอร์ (elastomers) และมีอีกกรรมวิธีหนึ่งที่ปัจจุบันกำลังเริ่มคือ ปริ้นเตอร์สามมิติ (printer 3d) แต่ในปัจจุบันยังไม่ค่อยได้รับความนิยมมากนักเพราะตัวเครื่องแพงและขั้นตอนในการผลิตช้าเหมาะกับผลิตชิ้นงานพลาสติกจำนวนไม่เยอะเหมาะกับใช้ตามบ้านไม่เหมาะกับผลิตจำนวนมากๆอย่าง โรงงานพลาสติก แต่มีข้อดีคือไม่จำเป็นต้องมีแม่พิมพ์ (mold)
2.2 ลักษณะของเครื่องฉีดพลาสติก
เครื่องฉีดพลาสติกมีอยู่ด้วยกันหลายลักษณะ ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อให้เหมาะสมกับการทำงานและลักษณะชิ้นงานที่ต้องการฉีด โดยสามารถแบ่งออกได้ตามลักษณะของทิศทางการฉีดพลาสติกเข้าแม่พิมพ์ได้เป็น 4แบบตามรูป
รูปที่ 2.1 ลักษณะของเครื่องฉีดพลาสติก
จากรูปแบ่งออกได้ดังนี้
แบบ (A) เป็นแบบที่นิยมใช้กันมากที่สุด โดยชุดฉีดจะวางอยู่ตามแนวนอนตั้งฉากกับรอยประกบแม่พิมพ์พลาสติก และพลาสติกเหลวถูกฉีดเข้าแม่พิมพ์ตามแนวตั้งฉากกับรอยประกบแม่พิมพ์
แบบ (B) ถูกออกแบบมาเพื่อให้ง่ายต่อการทำงาน โดยชุดฉีดจะถูกยกข้นให้อยู่ในแนวดิ่ง และ พลาสติกเหลวจะถูกฉีดเข้าแม่พิมพ์พลาสติกตามแนวตั้งฉากกับรอยประกบแม่พิมพ์
แบบ (C) เหมาะสำกรับการฉีดหุ้มชิ้นส่วนอื่น เช่น การฉีดหุ้มด้ามไขควง ด้ามมืด ด้ามประแจหกเหลี่ยม โดยชุดฉีดจะตั้งอยู่ในแนวดิ่งตั้งฉากกับรอยประกบแม่พิมพ์ พลาสติกเหลวจะถูกฉีดเข้าแม่พิมพ์ ในแนวตั้งฉากกับรอยประกบแม่พิมพ์
แบบ (D) แบบนี้เหมาะกับการฉีดชิ้นงานพลาสติกที่บางมากๆ ซึ่งพลาสติกจะไหลได้ดีกว่า แบบ (A) โดยชุดฉีดจะตั้งอยู่ในแนวดิ่ง ขนานกับรอยประกบแม่พิมพ์และพลาสติกเหลวจะถูกฉีดลงในแนวดิ่งเข้าตามรอยประกบแม่พิมพ์
เครื่องฉีดบางบริษัทสามารถที่จะยกทั้งชุดฉีดและชุดปิด-เปิดแม่พิมพ์จากแบบ (A) ให้เป็นแบบ (C) หรือจะยกเฉพาะชุดฉีดขึ้นตั้งในแนวดิ่งให้เป็นแบบ (D) ก็ได้ตามความเหมาะสมของ โรงงานพลาสติก นั้นๆเพื่อที่จะได้ประหยัดเวลาและต้นทุนของโรงงาน ตามรูปที่ 2.2
รูปที่ 2.2 ลักษณะของเครื่องฉีดพลาสติกที่สามารถปรับยกชุดฉีดหรือชุดปิด-เปิดแม่พิมพ์ได้
2.3 โครงสร้างเครื่องฉีดพลาสติก
เครื่องฉีดพลาสติกโดยทั่วๆไป ที่โรงงานฉีดพลาสติกนิยมใช้ ประกอบด้วยส่วนสำคัญๆ สามส่วนคือ (ดูรูป 2.3)
1. ชุดฉีด (Injection Unit)
2. ชุดปิด-เปิดแม่พิมพ์ (Clamping Unit)
3. ฐานเครื่อง (Base)
รูปที่ 2.3 โครงสร้างเครื่องฉีดพลาสติก
2.4 ชุดฉีดพลาสติก
ชุดฉีดประกอบด้วย (ดูรูปที่ 2.4)
1. หัวฉีด (nozzle)
2. เกลียวหนอน (injection screw)
3. กระบอกฉีด (barrel)
4. แผ่นความร้อน (heater)
5. กรวยเติมพลาสติก (hopper)
6. กระบอกสูบและลูกสูบไฮดรอลิก (hydraulic cylinder pistal)
7. มอเตอร์ขับเครื่องเกลียวหนอนให้หมุน (drive motor)
2.4.1 หน้าที่ของชุดฉีด
ชุดฉีดจะทำหน้าที่หลายอย่างดังนี้คือ
1. การดึงพลาสติกเข้ากระบอกฉีด วัสดุพลาสติกสภาพเย็นในลักษณะเป็นเม็ดหรือผง ซึ่งบรรจุอยู่ในกรวยเติม จะถูกดึงเข้าสู่กระบอกฉีดด้วยการหมุนรอบตัวเองของเกลียวหนอน
2. การหลอมเหลวและหมุนส่งพลาสติก พลาสติกที่ถูกดึงเข้ามาในกระบอกฉีดแล้วจะถูกลำเลียงต่อไปเรื่อยๆ ยังหน้าปลายเกลียวหนอนพร้อมกับการหลอมเหลวของพลาสติก เมื่อได้ปริมาณของพลาสติกเหลวที่โรงงานพลาสติกต้องการแล้ว เกลียวหนอนก็ถึงจะหยุดหมุน
3. การฉีดและย้ำรักษาความดัน เกลียวหนอนจะเคลื่อนที่ตามแนวแกนด้วยความเร็วสูงเพื่ออัดพลาสติกเหลวที่อยู่หน้าปลายเกลียวหนอน พลาสติกเหลวก็จะวิ่งเข้าสู่ช่องว่างในแม่พิมพ์จนกระทั่งเต็มในแม่พิมพ์ และเกลียวหนอนก็ยังคงค้างอยู่ด้วยความดันที่พอเหมาะเพื่ออัดแน่น
2.4.2 หัวฉีด
หัวฉีดจะมีหน้าที่เป็นตัวนำพลาสติกเหลวจากกระบอกฉีดเข้าสู่แม่พิมพ์ โดยสามารถแบ่งออกตามลักษณะรูปร่างและการใช้งานได้เป็น 2 แบบคือ
1. หัวฉีดแบบเปิด (open nozzle) โดยทั่วๆไปแล้วหัวฉีดแบบเปิดจะใช้กับพลาสติกที่มีความหนืดค่อนข้างสูง คือพลาสติกเหลวจะไม่ไหลออกมาจากหัวฉีดหลังจากที่ทำการป้อนพลาสติกเหลวไปหน้าปลายเกลียวหนอนและก่อนที่จะทำการฉีดพลาสติกเหลวเข้าแม่พิมพ์ พลาสติกบางชนิดมีความจำเป็นต้องใช้หัวฉีดแบบเปิดนี้ เพื่อให้ก๊าซที่เกิดขึ้นสามารถหนีออกมาได้ เช่น PVC POM เป็นต้น หัวฉีดแบบเปิด มีอยู่ด้วยกัน 2ลักษณะคือ แบบปลายโค้งกับแบบปลายตัด ดังรูปที่ 2.5
ข้อแตกต่างระหว่างแบบปลายโค้งและปลายตัดก็คือ แบบปลายตัดจะสร้างได้ง่ายกว่า ราคาจึงถูกกว่า แต่แบบปลายโค้งจะใช้งานได้ดีกว่า เพราะว่าส่วนโค้งจะทำหน้าที่เป็นตัวปรับศูนย์ของแม่พิมพ์กับหัวฉีดให้ได้ตรงกันอยู่ตลอดเวลาที่ทำการฉีดในกรณีนี้ที่เราตั้งระยะศูนย์ของแม่พิมพ์กับหัวฉีดผิดพลาดไปเล็กน้อย จึงทำให้โรงงานพลาสติกนิยมใช้กัน ในการใช้หัวฉีดแบบปลายค้างนั้น ตัวปลอกนำฉีด (sprue bush) จะต้องมีรัศมีโตกว่าหัวฉีดอย่างน้อย 1mm มิฉะนั้นอาจจะเกิดช้องว่างระหว่างปลายหัวฉีดกับปลอกนำฉีดได้ ทำให้พลาสติกเหลวมีโอกาสแทรกตัวอยู่ในช่องว่างนี้จนเกิดการอุดตันที่ปลอกนำฉีด
2. หัวฉีดแบบปิด (shut-off nozzle) หัวฉีดแบบนี้จะใช้กับพลาสติกที่มีความหนืดต่ำ คือพลาสติกพวกนี้จะไหลได้ง่ายเมื่อถึงจุดหลอมเหลว เช่น PA และพลาสติกที่ผสมสารหล่อลื่น หัวฉีดแบบนี้ห้ามใช้กับพลาสติกที่มีโอกาสเกิดก๊าซได้ เพราะอาจจะเกิดการระเบิดได้ โดยทั่วไปหัวฉีดแบบนี้จะมีอยู่ 2ลักษณะคือ
- แบบเข็มปิด หัวฉีดลักษณะนี้จะมีเข็มเป็นตัวปิดรูของหัวฉีดอยู่ตลอดเวลาด้วยแรงสปริง และเข็มจะเปิดก็ต่อเมื่อทำการฉีด โดยความดันฉีดที่เกิดขึ้นจะกระทำกับพื้นที่เอียงที่ปลายเข็มจนสามารถเอาชนะแรงสปริงได้ ทำให้เข็มเลื่อนถอยหลังกลับและเปิดรูหัวฉีด พลาสติกก็สามารถไหลออกมาได้ หัวฉีดแบบเข็มปิดแสดงดังรูป 2.6
รูปที่ 2.6 หัวฉีดพลาสติกแบบเข็มปิด
- แบบเลื่อนปิด หัวฉีดลักษณะนี้โดยปกติจะปิดอยู่ด้วยแรงปิดสปริง และจะเปิดก็ต่อเมื่อชุดฉีดเลื่อนออกไปจนกระทั่งหัวฉีดชนกับแม่พิมพ์จนเกิดแรงต้านของสปริง ทำให้หัวฉีดเลื่อนถอยหลังกลับรูที่เลื่อนก็จะเปิดออกให้พลาสติกเหลวไหลออกมาได้ หัวฉีดแบบเลื่อนปิดแสดงดังรูป 2.7
รูปที่ 2.7 หัวฉีดพลาสติกแบบเลื่อนปิด
