กระบวนการฉีดขึ้นรูป (Injection Molding Process)

1. ประวัติและพื้นฐานกระบวนการฉีดขึ้นรูป

กระบวนการฉีดขึ้นรูป (Injection Molding) เป็นวิธีการใช้ในการผลิตพอลิเมอร์หลายประเภททั้ง เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastics) ยาง (Rubbers) และ เทอร์โมเซต (Thermosets)
ในปี ค.ศ. 1872 จอห์น และ อิชาห์ ไฮแอท ได้รับสิทธิบัตร (Patent) สำหรับเครื่องขึ้นรุปแบบฉีดซึ่งใช้สำหรับขึ้นรูปเซลลูลอยด์หรือเซลลูโลสไไเตรท (Celluloid or Cellulose nitrate) และในปี ค.ศ. 1878 จอห์น ไฮแอท ประดิษฐ์แม่พิมพ์ที่มีหลายแควิตี้ (Multi-cavity mold) เครื่องแรก หลังจากปี ค.ศ 1920 มีการผลิตเครื่องขึ้นรูปแบบฉีดในประเทศเยอรมนี
การแพร่ขยายของเครื่องขึ้นรูปพลาสติกแบบฉีด ที่สำคัญเริ่มในปี ค.ศ. 1956 โดย ดับบิว เอช วิลเลท ซึ่งประดิษฐ์เครื่องขึ้นรูปแบบฉีดที่ใช้สกรู (Screw injection molding machine) ในปัจจุบันมีบริษัทผู้ผลิตเครื่องขึ้นรูปแบบฉีดหลายบริษัท เช่น ยอยด์ (Boyd) แวนดอร์น (Van Dorn) โกลสตาร์ (Gold Star) ของประเทศเกาหลี โตชิบา (Toshiba) โตโย (Toyo) นิสเซ (Nissei) ของประเทศญี่ปุ่น และของจีนอีกหลายยี่ห้อ
เครื่องขึ้นรูปแบบฉีดมีหลายขนาดตั้งแต่จำนวนกรัมน้อยๆ ประมาณ 100 ปอนด์ แรงที่ใช้ในการปิดแม่พิมพ์ (Clamping Force) ตั้งแต่ 1ตันถึงมากกว่า 10,000 ตัน

2. ชนิดของเครื่องขึ้นรูปแบบฉีด

2.1 เครื่องขึ้นรูปแบบฉีดสำหรับเทอร์โมพลาสติก (Injection molding of thermoplastics)

กระบวนการฉีดขึ้นรูปพลาสติกเริ่มจากการใส่เม็ดพลาสติกเข้าไปในกรวยเติมสาร (hopper) แล้วทำให้เกิดการส่งพอลิเมอร์ในสถานะของแข็งเข้าไปยังกระบอกฉีด (injection barrel) ที่อุณหภูมิมากกว่าอุณหภูมิคลายแก้ว (Tg, glass transition temperature) หรือ อุณหภูมิการหลอม (Tm, melting temperature) ซึ่งพอลิเมอร์ที่อยู่ในสถานะของแข็งจะได้รับความร้อนจากทั้งอุปกรณ์การให้ความร้อนที่กระบอกฉีดและความร้อนจากแรงเสียดทาน เนื่องจากการหมุนของสกรู พอลิเมอร์จะเปลี่ยนจากสถานะของแข็งเป็นพอลิเมอร์หลอม เมื่อพลลิเมอร์หลอมเป็นเนื้อเดียวกัน (homogenized melt) พอลิเมอร์หลอมจะถูกฉีดด้วยความดันในการฉีด (injection pressure) ที่มีค่าสูงพอที่จะเอาชนะแรงต้านการไหลผ่านหัวฉีด (nozzle) เข้าไปในแม่พิมพ์ที่มีอุณหภูมิน้อยกว่า Tg หรือ Tm โดยผ่าน sprue runner และ gate เข้าไปยังคาวิตี้ในแม่พิมพ์ หลังจากการฉีดด้วยความดันฉีดที่สูงเพื่อเติมพอลิเมอร์หลอมให้เต็มแม่พิมพ์แล้ว ความดันจะลดลงมาอีกระดับหนึ่งแล้วคงค้างไว้ระยะเวลาหนึ่ง (holding หรือ packing) เพื่อชดเชยต่อการหดตัวของชิ้นงานในแม่พิมพ์ ความดันในระยะนี้เรียว่า ความดันคงค้าง (holding pressure) จากนั้นเมื่อพลาสติกแข็งตัว (solidify) แม่พิมพ์จะเปิดและผลิตภัณฑ์จะถูกกระทุ้งออก (eject) ขั้นตอนต่างๆแสดงดังภาพที่ 1
ขั้นและวิธีการทำงานของเครื่องฉีดขึ้นรูปพลาสติก
รูปที่ 1 ขั้นตอนการทำงานของเครื่องฉีดขึ้นรูปพลาสติก

2.2 เครื่องขึ้นรูปแบบฉีดสำหรับยาง (Injection molding of rubbers)

เครื่องฉีดประเภทนี้จะมีการป้อนโดยอัตโนมัต (Automatic feeding) ของชิ้นส่วนยางที่ร้อนเข้าไปในกระบอกฉีด ที่อุณหภูมิวัลคาไนช์ (vulcanization temperature) หลังจากนั้น ยางจะถูกฉีดเข้าไปยังแม่พิมพ์ โดยอุณหภูมิที่ผนังแม่พิมพ์จะถูกรักษาไว้ให้สูงพอที่จะเริ่มการวัลคาไนช์ และทำให้เกิดการวัลคาไนช์ของยางภายในพิมพ์ หลังจากนั้นแม่พิมพ์จะถูกเปิดและผลิตภัณฑ์จะถูกกระทุ้งออก

2.3 เครื่องขึ้นรูปแบบฉีดสำหรับเทอร์โมเซตและรีแอคทิฟฟลูอิด (Injection molding of thermoset และ reactive fluids)

เครื่องขึ้นรูปประเภทนี้คล้ายในเครื่องฉีดยางคือ ใช้แม่พิมพ์ร้อน (hot mold) เนื่องจากต้องการให้เกิดการแข็งตัวของพลลิเมอร์โดยเกิดการสร้างร่างแหหรือครอสลิงค์ในแม่พิมพ์ดังนั้น อุณหภูมิของแม่พิมพ์จึงสูงกว่าอุณหภูมิที่พอลิเมอร์จะเกิดครอสลิงค์ได้ ความแตกต่างของเครื่องขึ้นรูปแบบฉีดสำหรับเทอร์โมเซตหรือยางจากเครื่องขึ้นรูปแบบฉีดสำหรับเทอร์โมพลาสติกอีกประการหนึ่งคืออุณหภูมิที่กระบอกฉีดของเทอร์โมเซตหรือยางจะต้องควบคุมไม่ให้สูงเกินครอสลิงค์หรืออุณหภูมิการวัลคาไนซ์ของยาง โดยทั่วไปพอลิเมอร์ที่เป็นเอร์โมเซตหรือยางจะขึ้นรูปโดยการใช้เครื่องกดอัด (compression molding) หรือ เครื่องทรานซเฟอร์โมลดิ่ง (tranfer molding) แต่มีการพัฒนาการใช้เครื่องฉีดสำหรับขึ้นรูปเทอร์โมเซต เช่น เรซิน พวกฟีนอลฟอร์มอลดีไฮด์ และ ยูเรียฟอร์มอลดีไฮด์ สำหรับสภาวะที่ใช้ในการฉีด (Injection molding condition) วัสดุพวกเทอร์โมเซตมักจะกลับกันกับพวกเทอร์โมพลาสติก เช่น สกรูจะทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดการครอสลิงค์ก่อนเวลาอันสมควร (premature curing) ของเรซินที่เป็นพวกเทอร์โมเซต และแม่พิมพ์จะร้อนมากเพื่อให้เกิดการครอสลิงค์ของเรซินอย่างรวดเร็ว โดยอุณหภูมิที่กระบอกฉีดของฟินอลิคจะประมาณ 75-80 องศาเซลเซียส และสำหรับยูเรียจะประมาณ 100 องศาเซ็ลเซียส และอาจถึง 110 องศาเซ็ลเซียส สำหรับเมลามีน สัดส่วนการกดอัด (compression ratio) ของสกรูซึ่งเป็นสัดส่วนระหว่างความลึกของสันสกรู (flight) ที่ส่วนป้อนส่งสาร (feeding zone) กับส่วนส่งรีด (metering zone) จะต่ำประมาณ 1 หรือ 1.1 เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดการให้ความร้อนที่มากเกินไปเฉพาะจุด (local overheationg) จากแรงเฉือน (share force)
วัสดุที่ใช้มักเป็นพวกพอลิเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัว (unsaturated polyester) โดยเฉพาะ dough molding compound (DMC) โดย DMC สามารถใช้ได้กับสกรูที่ไม่มีส่วนกดอัดเลยและมีน้ำหล่อเย็นซึ่งจะถูกฉีดไปในแม่พิมพ์ที่มีอุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส
ส่วนกระบวนการ RIM (Reaction injection molding) จะเป็นการเกิดพอลิเมอร์ไรเซชันในแม่พิมพ์ จากส่วนผสมที่เป็นของเหลวของมอนอเมอร์ หรือโอลิโกเมอร์โดยจะเกิดพอลิเมอร์ไรเซชันอย่างรวดเร็วในขณะที่วัสดุเทอร์โมเซตเป็นของแข็งหรือสารที่มีความหนืดสูงมาก (highly viscous) ที่อุณหภูมิของสภาวะแวดล้อม

3. คำศัพท์ในกระบวนการฉีดขึ้นรูป (Injection Molding Terminology)

3.1 ความดันย้อนกับ (Back Pressure)

แสดงถึงความต้านทานการเคลื่อนที่กลับของสกรู ในระหว่างการเตรียมฉีดพอลิเมอร์ หลอม (Melt shot) ความดันนี้จะเกิดจากพลาสติกบนสกรูในขณะที่ถูกป้อนไปในห้องเตรียมฉีด (shot chamber) ซึ่งอยู่ที่ส่วนปลายด้านหน้าของกระบอกฉีดตรงหน้าสกรู

3.2 แรงปิดแม่พิมพ์ (Clamping Tonnage (Force))

หมายถึงแรงสูงสุดที่ใช้่ในการยึดแม่พิมพ์ให้ปิดสนิท

3.3 หัวฉีด (Nozzle)

หมายถึงปากที่อยู่ปลายเข็มฉีด (Injection cylinder) หรือ melt tranfer chamber ซึ่งจะสัมผัสกับ sprue bushing ของแม่พิมพ์และเป็นช่องทางที่พอลิเมอร์หลอมไหลเข้าไปยังแม่พิมพ์

3.4 Nozzle Drooling

การไหลย้อนกลับ หรือ การรั่วไหล ของพอลิเมอร์หลอมจากหัวฉีดหรือบริเวณรอบๆ หัวฉีด

3.5 พลาสติเคทติ้ง (Plasticating)

การหลอมของพลาสติกในกระบอกฉีดก่อนการฉีดเข้าแม่พิมพ์

3.6 ความดัน (Pressure)

ความดันที่เครื่องฉีดกระทำต่อพอลิเมอร์หลอมจะมี 2 ประเภท ได้แก่ ความดันฉีด (Injection pressure) ความดันนี้จะให้กับสกรูของเครื่องฉีด (หรือ plunger) เพื่อบังคับให้พอลิเมอร์หลอมจากกระบอกฉีดไหลเข้าไปในแม่พิมพ์ (วัดเป็นหน่วย psi หรือ MPa) ความดันฉีดนิยมใช้ทั่วไป จะมีค่าประมาณ 80% ของความดันสูงสุดที่เครื่องฉีดจะผลิตได้ นอกจากนี้จะมีความดันอีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่า ความดันย้ำหรือความดันคงค้าง (Holding pressure) ซึ่งจะให้กับพอลิเมอร์หลอมหลังการเติมแม่พิมพ์เต็มแล้วเปลี่ยนจากการให้ความดันฉีดมาเป็นความดันคงค้างเพื่อชดเชยการหดตัวของชิ้นงาน โดยทั่วไปค่าความดันคงค้างจะตั้งไว้ต่ำกว่าความดันฉีด คือ ประมาณ 50% ของความดันสูงสุดที่เครื่องฉีดจะผลิตได้ เนื่องจากในระยะการให้ความดันคงค้างไม่ต้องใช้ความดันในการเอาชนะแรงต้านการไหลจากส่วนต่างๆของแม่พิมพ์ เช่น sprue runner gate เนื่องจากพอลิเมอร์หลอมถูกฉีดเข้าไปแล้ว

4. ส่วนประกอบเครื่องฉีดพลาสติก

เครื่องฉีดประกอบด้วยอุปกรณ์หลักดังต่อไปนี้
1. หน่วยยึด (Clamping Unit) คือ ชุดอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ยึดแม่พิมพ์และปิดเปิดแม่พิมพ์
2. หน่วยฉีด (Injection Unit) คือ ชุดอุปกรณ์ที่มีหน้าที่ป้อนเม็ดพลาสติก (Felling) หลอมเม็ดพลาสติก (Plasticating หรือ melting) และส่งพลาสติกหลอมเข้าแม่พิมพ์ (Metering)
3. หน่วยควบคุม (Control Unit) คือ เป็นชุดอุปกรณ์ที่ควบคุมระบบการทำงานและกลไกต่างๆ ของเครื่องฉีด
ภาพรวมเครื่องฉีดพลาสติก (Injection Molding Machine)
รูปที่ 2 ภาพรวมเครื่องฉีด (Injection Molding Machine)

5. วงจรการทำงานของเครื่องฉีดพลาสติก (The molding cycle)

1. แม่พิมพ์ปิด ในระยะนี้แม่พิมพ์จะไม่มีพอลิเมอร์หลงเหลืออยู่ พอลิเมอร์หลอมที่จะฉีดเข้าแม่พิมพ์ในครั้งต่อไปจะถูกเตรียมให้พร้อมในหน่วยฉีด
2. ระยะของการฉีด วาล์วจะเปิดและสกรูจะทำหน้าที่เป็น plunger บังคับให้พอลิเมอร์หลอมผ่านหัวฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์
3. ระยะที่เรียกว่า holding stage คือ ระยะที่ความเค้นจะถูกรักษาไว้ให้คงที่ในช่วงแรกของระยะการทำให้ผลิตภัณฑ์เย็นตัวลง เพื่อชดเชยปริมาตรที่ลดลงเนื่องจากวัสดุเกิดการหดตัว เมื่อผลิตภัณฑ์แข็งตัวแล้วความดันนี้จะถูกลดลง
4. วาล์วปิดและมีการเริ่มต้นการหมุนของสกรูและสกรูจะหมุนถอยกลับเพื่อเก็บรวบรวมพอลิเมอร์หลอมสำหรับการฉีดในครั้งต่อไป
5. ในขณะเดียวกันระยะที่ 4 ชิ้นงานที่อยู่ในแม่พิมพ์จะถูกทำให้เย็นตัวลงต่อไปและเมื่อได้เวลาที่พอลิเมอร์แข็งตัวอย่างเหมาะสม แม่พิมพ์จะเปิดออกและชิ้นงานจะถูกกระทุ้งออกมา
6. แม่พิมพ์จะปิดอีกครั้งและเริ่มทำงานในรอบต่อไป
วงจรการทำงานของเครื่องฉีดพลาสติก (The molding cycle)
รูปที่ 3 รอบการทำงานของเครื่องฉีดพลาสติก (วงจรการฉีด)
ระยะเวลาในแต่ละขั้นตอนกระบวนการฉีดพลาสติกโดยประมาณ
ระยะเวลาในแต่ละขั้นตอนการฉีดพลาสติกโดยประมาณ
จะเห็นได้ว่าจากรูปที่ 3 เวลาที่ใช้ส่วนใหญ่ในหนึ่งรอบการทำงานของเครื่องฉีดจะถูกใช้ไปในช่วงเวลาการทำให้เย็นตัวลง (cooling time) ซึ่งรวมถึงระยะเวลาการให้ความดันค้าง (holiding time) ด้วย ดังนั้น อัตราการทำให้เย็นตัวลง (cooling rate) จึงถือว่ามีความสำคัญในการลดต้นทุนต่อกระบวนการฉีดขึ้นรูปอยู่มาก

6. ชนิดของหน่วยฉีด (injection unit)

สำหรับหน่วยฉีด ของเครื่องฉีดจะมีได้หลายแบบที่สำคัญได้แก่

6.1 Single State Plunger

เครื่องฉีดประเภทนี้ใช้มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1972 แต่ปัจจุบันไม่ค่อยนิยมใช้แล้ว Single state plunger จะใช้ plunger ในการบังคับให้วัสดุผ่านทอร์ปิโด torpedoหรือ spreader ความร้อนจะมาจากอุปกรณ์ให้ความร้อนของเครื่องฉีด (heater) และ วัสดุจะหลอมเหลวโดยกระบวนการนำความร้อน (conduction) และกระบวนการพาความร้อน (convection) การไหลแบบ Laminar flow และจะให้การหลอมที่เป็นเนื้อเดียวกัน (homogeneous melt) ที่น้อยที่สุดในบรรดาระบบทั้งหลาย
หน่วยฉีดของเครื่อง single stage plunger ในกระบวนการฉีด
รูปที่ 4 แสดงหน่วยฉีดของเครื่อง single stage plunger

6.2 The two stage plunger-plunger (or plunger into a "pot")

เครื่องฉีดประเภทนี้ จะประกอบด้วยหน่วยฉีด 2 ชุด แต่ละชุดจะประกอบด้วย plunger ชุดละ 1 ตัว โดยชุดแรกจะหลอมพอลิเมอร์โดยใช้อุปกรณ์การให้ความร้อน พอลิเมอร์หลอมจะไหลผ่านแท่ง torpedo แล้วใช้ plunger ฉีดเข้าไปยังหน่วยฉีดที่ 2 หลังจากนั้น ในหน่วยฉีดที่ 2 จะใช้ plunger ในการฉีดพอลิเมอร์หลอมเข้าไปในแม่พิมพ์
ชุดอุปกรณ์ฉีดแบบ two stage plunger machine ในกระบวนการฉีด
รูปที่ 5 แสดงชุดอุปกรณ์ฉีดแบบ two stage plunger machine

6.3 The two stage-screw plunger (screw-pot)

คล้ายกับ plunger-plunger machine ยกเว้นจะมีสกรู 1 อัน ใช้ในการทำให้พอลิเมอร์หลอมแทน plunger
ชุดอุปกรณ์ฉีดแบบ two stage screw-plunger machine ในกระบวนการฉีด
รูปที่ 6 แสดงชุดอุปกรณ์ฉีดแบบ two stage screw-plunger machine

6.4 Reciprocating screw (In-line screw)

ใช้การหมุนของสกรูในการหลอมวัสดุและในขณะที่สกรูหมุน วัสดุที่หลอมจะถูกบังคับให้ไปอยู่ข้างหน้าสกรูและจะมีแรงผลักสกรูกลับ
วัสดุจะถูกฉีดโดยการเคลื่อนที่ของสกรูไปข้างหน้า (ซึ่งตอนนี้ สกรูทำหน้าที่เป็นเหมือน plunger) ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน
ชุดอุปกรณ์ฉีดแบบ reciprocating screw machine ในกระบวนการฉีด
รูปที่ 7 แสดงชุดอุปกรณ์ฉีดแบบ reciprocating screw machine

7. หลักพื้นฐานของ Reciprocating Screw Machine ที่ใช้หน่วยยึดไฮโดรลิก

1. วัสดุถูกส่งเขัาไปในกรวยเติมสาร (hopper)
2. น้ำมันที่อยู่หลัง clamp ram จะทำให้แผ่นแม่พิมพ์ที่เคลื่อนที่ได้ (moving platen) เคลื่อนที่ปิดแม่พิมพ์ ความดัน clamp ram จะเพิ่มสูงขึ้น แรงเพียงพอที่จะทำให้แม่พิมพ์ปิดตลอดระยะเวลาของการฉีดถ้าแรงที่เกิดจากพลาสติกมากกว่า clamp force แม่พิมพ์จะเปิดออกทำให้พลาสติกสามารถไหลออกมาบนผิวของแม่พิมพ์เกิดเป็นครีบ (flash) ซึ่งจะต้องกำจัดออก
3. ก่อนหน้านี้ วัสดุจะถูกทำให้หลอมละลายด้วยการหมุนสกรู ซึ่งจะเปลี่ยนจากพลังงานกลให้กลายเป็นพลังงานความร้อนและรวมถึงความร้อนที่ได้จากแผ่นให้ความร้อนที่หุ้มอยู่รอบกระบอกฉีดเมื่อวัสดุหลอมมันจะเคลื่อนไปข้างหน้าตามสันสกรูไปจนถึงส่วนหน้าของสกรูและความดันที่เกิดขึ้นโดยวัสดุจะผลักสกรูและระบบขับเคลื่อนสกรู (screw drive sysem) รวมทั้ง มอร์เตอร์ไฮดรอลิค (hydraulic motor) กลับเหลือไว้แต่กองของวัสดุหลอมเหลวไว้หน้าสกรู สกรูจะหมุนต่อไปเรื่อยๆ จนกระทั่งการเคลื่อนที่ถอยหลังของสกรู (rearward motion) ชนกับสวิตซ์อันหนึ่งซึ่งเรียกว่า limit switch ซึ่งจะทำให้เกิดการหยุดหมุนของสกรู limit switch สามารถปรับได้ และตำแหน่งของมันจะเป็นตัวกำหนดปริมาณของวัสดุที่อยู่หน้าสกรู (ขนาดของ shot)
การกระทำที่มีลักษณะคล้ายปั๊ม (pumping action) ของสกรูยังจะผลักกระบอกสูบไฮดรอลิคซึ่งอยู่ข้างละ 1 อันของสกรูกลับ การไหลของน้ำมันจากกระบอกสูบไฮดรอลิคจะสามารถปรับได้จากวาร์วให้เหมาะสมซึ่งเรียกว่า ความดันย้อนกลับ (back pressure)
4. เครื่องฉีดส่วนใหญ่จะชักสกรูกลับเล็กน้อย (retract) ที่จุดนี้เพื่อ "decompress" วัสดุเพื่อไม่ให้ไหลย้อนกลับ (drool out) จากหัวฉีด ซึ่งเรียกว่า "suck back" และสามารถควบคุมได้โดยการจับเวลา
5. กระบอกสูบไฮโดรลิคของเคลื่องฉีดทั้ง 2 ตัว จะนำสกรูเคลื่อนที่ไปข้างหน้าฉีดวัสดุเข้าแม่พิมพ์ ความดันของเครื่องฉีดจะถูกรักษาไว้คงที่เป็นระยะเวลาหนึ่ง ที่หัวของสกรูจะมีวาล์วปิดคอยป้องกันวัสดุไม่ให้รั่วเข้าไปในสันสกรูของสกรูระหว่างการฉีด วาล์วนี้จะเปิดเมื่อสกรูหมุนทำให้พลาสติกไหลเข้าไปอยู่ข้างหน้ามันได้
6. ความเร็วของน้ำมันและความดันในกระบอกสูบทั้ง 2 จะทำให้มีความเร็วที่มากพอที่จะเติมวัสดุให้เต็มแม่พิมพ์ให้เร็วที่สุดเท่าที่จำเป็นและรักษาความดันนี้เพียงพอที่จะขึ้นรูปผลิตภัณฑ์โดยปราศจากข้อบกพร่องต่างๆ เช่น รอยยุบ (sink mark) รอยจากการไหล (flow mark)
7. เมื่อวัสดุเย็นตัวลงมักจะมีความหนืดมากขึ้นและแข็งตัวถึงจุดที่การรักษาความดันของการฉีดให้คงที่ไว้ไม่มีประโยชน์อะไร
8. ความร้อนจะค่อยๆถูกเอาออกจากแม่พิมพ์ โดยการไหลเวียนของตัวหล่อเย็น (โดยทั่วไปจะเป็นน้ำ) ผ่านรูที่เจาะไว้ในแม่พิมพ์ เวลาในการทำให้พลาสติกแข็งตัวจนกระทั่งมันจะสามารถถูกกระทุ้งออกจากแม่พิมพ์ได้จะถูกตั้งไว้บนตัวจับเวลา (cooling time) เมื่อหมดเวลา ฝาแม่พิมพ์ส่วนที่เคลื่อนที่ได้จะกลับขึ้นสู่ตำแหน่งเดิมและแม่พิมพ์ก็จะถูกเปิดออก
9. กลไกการกระทุ้งออกจะแยกผลิตภัณฑ์จากแม่พิมพ์และเครื่องจะพร้อมสำหรับการทำงานในรอบต่อไป

8. แม่พิมพ์สำหรับกระบวนการฉีดขึ้นรูปพลาสติก

ที่แม่พิมพ์จะมีท่อหล่อเย็น (Cooling channels) ที่ซึ่งมีน้ำไหลเข้าออกอุณหภูมิของน้ำจะแตกต่างกันไปขึ้นกับชนิดของผลิตภัณฑ์ น้ำเย็นจะให้วงจรการผลิตสั้นกว่าน้ำอุ่น แต่ในบางครั้งเราก็ต้องใช้แม่พิมพ์ที่อุณหภูมิไม่ต่ำมาก เช่น พวกพอลิเมอร์กึ่งผลึกเพื่อให้ได้สมบัติที่ดีบางประการ
ลักษณะของแม่พิมพ์สำหรับกระบวนการขึ้นรูปแบบฉีด ทั่วไปแสดงดังรูปที่ 8
1. Cavities and core
2. Base ที่ซึ่ง cavities $ core ยึดติดอยู่
แม่พิมพ์จะประกอบไปด้วย Cavities มากกว่า 1 ซึ่งจะมีส่วนพื้นฐาน 2 ส่วน
1. stationary mold half เป็นด้านอยู่กับที่ที่พลาสติกจะถูกฉีดเข้าไป
2. moving half อยู่บนด้านที่ปิดเข้ามาหรือด้านที่คอยกระทุ้งผลิตภัณฑ์
ลักษณะทั่วไปของแม่พิมพ์สำหรับการขึ้นรูปแบบฉีด
รูปที่ 8 ลักษณะทั่วไปของแม่พิมพ์สำหรับการขึ้นรูปแบบฉีด
ในบางกรณี คาวิตี้จะมีทั้งส่วนที่อยู่ใน stationary และส่วนที่อยู่ใน moving sections
แควิตี้มีส่วนประกอบสำคัญ ได้แก่ sprue, runner และ gate
ลักษณะของ sprue runner และ gate ของแม่พิมพ์ฉีด
รูปที่ 9 ลักษณะของ sprue runner และ gate
หน้าที่สำคัญของ gate คือ
1. ทำให้เกิดการแข็งตัวของพอลิเมอร์ที่รวดเร็ว เมื่อเสร็จสิ้นการฉีดซึ่งทำให้เกิดการแยกตัวอย่างชัดเจนของแควิตี้และทำให้สกรูสามารถถอยกลับไป
2. ลักษณะของส่วนที่บางและแคบของ gate ทำให้สามารถฉีดแยกชิ้นงานออกไปได้ง่าย
3. ทำให้อัตราการเฉือน (shear rate) เพิ่มขึ้นเมื่อพอลิเมอร์หลอมไหลผ่านเข้าทำให้ความหนาลดดลงและช่วยให้การเติมแม่พิมพ์ง่ายและรวดเร็วขึ้นสำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน
ตารางที่ 1 หน้าที่ของส่วนประกอบต่างๆ ของแม่พิมพ์ของกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกแบบฉีด
ส่วนประกอบของแม่พิมพ์ฉีด
หน้าที่การทำงาน
ฐานแม่พิมพ์ฉีด (mold base)
ยึด แควิตี้ให้ตรงตำแหน่งกับหัวฉีดของเครื่อง
Guide pins
รักษาตำแหน่งการวางตัวของแม่พิมพ์ทั้งสองด้านให้เหมาะสม
Sprue bushing (sprue)
เป็นทางผ่านเข้าไปยังส่วนภายในแม่พิมพ์
Runners
เป็นทางลำเลียงพลาสติกหลอมจาก sprue ไป cavity
Gates
ควบคุมการไหลเข้า cavity
Cavity (female) and Force (male)
ควบคุมขนาดรูปร่างและลักษณะพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่จะได้จากการขึ้นรูปด้วยวิธีฉีด
ท่อน้ำ (Water chanels)
ควบคุมอุณหภูมิของพื้นผิวแม่พิมพ์เพื่อให้พลาสติกเย็นตัวลงจนมีลักษณะเป็นของแข็ง
ทางระบายอากาศ (Vents)
เป็นการปล่อยให้อากาศหรือก๊าซที่ถูกจับเข้ามาออกไป
กลไกการกระทุ้ง (pins, blades, stripper plate)
เป็นตัวกระทุ้งหรือปลดชิ้นงานออกจาก แควิตี้ หรือ force
Ejector return pins
เป็นตัวหยุดกระทุ้ง (ejector pins) กลับคืนไปที่ตำแหน่งเดิมเมื่อแม่พิมพ์ปิดสำหรับเริ่มการผลิตในวงจรต่อไป
สำหรับแม่พิมพ์่ของเทอร์โมพลาสติกที่สำคัญแบ่งตามจำนวน plate จะมี 2 ชนิดได้แก่
1. two-plate mold คือ แม่พิมพ์ที่มี 2 แผ่นประกบกันและมีทางไหลหรือ runner ที่อุณหภูมิน้อยกว่า Tg หรือ Tm
2. three-plate mold คือ แม่พิมพ์ประกอบด้วย 3 แผ่นประกบกันและมี runner ซึ่งในแต่ละแบบยังสามารถแยกออกตามลักษณะของ Runner ที่ได้แก่
2.1 hot-runner mold คือ แม่พิมพ์ที่มี Runner ที่มีอุณหภูมิมากว่า Ts หรือ Tm
2.2 cold-runner mold คือ แม่พิมพ์ที่มี Runner ที่มีอุณหภูมิน้อยกว่า Tg หรือ Tm
นอกจากนี้ ยังมีลักษณะแม่พ์ที่ เรียกว่า Stacked mold ซึ่งหมายถึง แม่พิมพ์ที่ประกอบด้วยชั้นหลายๆ ชั้น
ลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปของแม่พิมพ์ฉีดแบบต่างๆ แสดงดังรูป 10-14
ลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปของแม่พิมพ์ฉีดแบบ Two-plate mold
รูปที่ 10 ลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปของแม่พิมพ์ฉีดแบบ Two-plate mold
ลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปของแม่พิมพ์ฉีดแบบ three-plate mold
รูปที่ 11 ลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปของแม่พิมพ์ฉีดแบบ three-plate mold
ลักษณะโครงสร้าโดยทั้วไปของแม่พิมพ์แบบฉีด two plate hot runner mold แบบให้ความร้อนภายนอก
รูปที่ 12 ลักษณะโครงสร้าโดยทั้วไปของแม่พิมพ์แบบฉีด two plate hot runner mold แบบให้ความร้อนภายนอก
ลักษณะโครงสร้าโดยทั้วไปของแม่พิมพ์แบบฉีด two plate hot runner mold แบบให้ความร้อนภายใน
รูปที่ 13 ลักษณะโครงสร้าโดยทั้วไปของแม่พิมพ์แบบฉีด two plate hot runner mold แบบให้ความร้อนภายใน
ลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปของแม่พิมพ์ฉีดแบบ stacked mold
รูปที่ 14 ลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปของแม่พิมพ์ฉีดแบบ stacked mold

9 ข้อดีข้อเสียของกระบวนการฉีดขึ้นรูปพลาสติก

ข้อดี
ข้อเสีย
ให้อัตราการผลิตสูง (high production rate)
ราคาแม่พิมพ์สูง
ให้ปริมาณการผลิตสูง (large volume production)
ราคาเครื่องฉีดสูง
เป็นกระบวนการอัตโนมัติ (highly automatic)
ไม่ต้องการตกแต่งชิ้นงานมาก (no finishing)
มีเศษชิ้นงานเหลือน้อย (minimal scrap)
สามารถเปลี่ยนวัสดุที่ใช้ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องฉีดหรือแม่พิมพ์ฉีดในบางกรณี
สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดและรุปร่างได้ตรงตามกำหนด
โรงงานพลาสติก L.A PLastic
129/20 หมู่4 ซ.เพชรเกษม99 แยก 5
ต.อ้อมน้อย อ. กระทุ่มแบน
จ.สมุทรสาคร 74130 ประเทศไทย

TEL: 081-903-4147

Email: la2plastic@gmail.com
line qr come ติดต่อโรงงานผลิตพลาสติก
LINE ID: @laplastic
Copyright © 2008 by "L.A PLASTIC"  •  All Rights reserved www.laplastic.biz Tel: 081-9034147