แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกมีกี่ประเภทอะไรบ้าง : ความรู้เบื้องต้นการออกแบบแม่พิมพ์ EP1

ตอน 1 2 3

1.1 บทนำ

ในปัจจุบันผลิตภัณฑ์พลาสติกได้ถูกนำมาใช้แทนผลิตภัณฑ์โลหะกันอย่างแพร่หลาย ในการผลิตชิ้นงานที่ทำด้วยพลาสติกจำนวนมากชิ้นจะอาศัยเครื่องมือที่เรียกว่า แม่พิมพ์ (mold) ประกอบกับเครื่องจักรช่วยในการผลิต แม่พิมพ์ที่ใช้ผลิตชิ้นงานด้วยกรรมวิธีฉีดจะเรียกว่าแม่พิมพ์ฉีด (injection mold) และแม่พิมพ์ที่ใช้ผลิตชิ้นงานด้วยกรรมวิธีอัด จะเรียกว่าแม่พิมพ์อัด (compression mold) เป็นต้น ชนิดต่าง ๆ ของแม่พิมพ์ที่มีใช้กันในโรงงานอุตสาหกรรมมือยู่ด้วยกันมากมายหลายชนิด ซึ่งมักจะเรียกชื่อตามกรรมวิธีในการผลิต แต่ในที่นี้จะขอกล่าวเฉพาะแม่พิมพ์ฉีดเท่านั้น

สำหรับเนื้อหาในบทนี้จะเป็นการแนะนำถึงความรู้เบื้องต้นที่ผู้ออกแบบแม่พิมพ์ฉีดควรจะรู้เพื่อใช้ประกอบในการออกแบบแม่พิมพ์ฉีด ซึ่งได้แก่ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเครื่องฉีดพลาสติก, ชนิดต่าง ๆ ของแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก เครื่องมือและเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตแม่พิมพ์ฉีด ตลอดจนวิธีการปรับแต่งและการประกอบแม่พิมพ์ฉีด

เนื่องจากเป็นการแนะนำเครื่องมือและเครื่องจักรเพื่อเป็นแนวทางในการพิจารณาออกแบบแม่พิมพ์ฉีดเท่านั้น เนื้อหาต่าง ๆ จึงกล่าวไว้เพียงย่อ ๆ เฉพาะส่วนที่จำเป็นและเกี่ยวข้องกับการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดเท่านั้น

1.2 เครื่องฉีดพลาสติก (Injection-molding Machine)

ในขบวนการฉีดพลาสติกจะประกอบด้วยเครื่องมือและเครื่องจักรที่สำคัญ คือ แม่พิมพ์ฉีดและเครื่องฉีดพลาสติก เม็ดพลาสติกจะถูกป้อนเข้าไปในถังกรวย สกรูส่งหรือก้านส่งจะพาให้เม็ดพลาสติกเคลื่อนที่ผ่านกระบอกส่งไปยังแม่พิมพ์โดยผ่านตัวทำความร้อน ทำให้พลาสติกหลอมผ่านหัวฉีดและฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์จากนั้นจะปล่อยให้เย็นและปลดออกจากแม่พิมพ์ดังแสดงในรูปที่ 1.1

รู้ก่อนผลิตแม่พิมพ์ขั้นตอนของกระบวนการฉีดพลาสติก

รูปที่ 1.1 ขั้นตอนของกระบวนการฉีดพลาสติก

เครื่องฉีดพลาสติกโดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนที่สำคัญอยู่ 2 ส่วน คือ ชุดฉีดและชุดปิด-เปิดแม่พิมพ์ ดังแสดงในรูปที่ 1.2

รูปที่ 1.2 เครื่องฉีดพลาสติก

ในการออกแบบแม่พิมพ์ฉีด ผู้ออกแบบจะต้องคำนึงถึงลักษณะของเครื่องฉีดพลาสติกและขีดความสามารถในการผลิตของเครื่องฉีดพลาสติกที่ใช้ ซึ่งได้แก่ความสามารถในการผลิตพลาสติกหลอมในแต่ละครั้งและขนาดของแม่พิมพ์ฉีดที่สามารถจับยึดกับชุดปิดเปิดแม่พิมพ์ได้

ช่องเนื้อที่ที่ใช้จับยึดแม่พิมพ์จะอยู่ระหว่างแผ่นยึดแม่พิมพ์ที่อยู่กับที่และเคลื่อนที่ของเครื่องฉีดพลาสติกและอยู่ระหว่างเพลานำเลื่อนทั้งในแนวระดับและแนวตั้งของเครื่องฉีดพลาสติก ขนาดความกว้างและความยาวของแม่พิมพ์โตสุดจะถูกกำหนดด้วยระยะห่างของเพลานำเลื่อนในแนวระดับ (ระยะ a) และในแนวตั้ง (ระยะ b) ตามลำดับ นอกจากนี้ยังต้องพิจารณาถึงระยะห่างของรูสกรูและขนาดของสกรูที่ใช้ขันยึดแม่พิมพ์ฉีดเข้ากับเครื่องฉีดพลาสติกอีกด้วย ซึ่งในที่นี้คือระยะ C₁, และ C₂ในส่วนของแผ่นยึดแม่พิมพ์ที่อยู่กับที่จะอยู่ทางด้านชุดฉีดของเครื่องฉีดพลาสติกจะมีรูบังคับศูนย์ของเครื่องฉีดพลาสติก (d) ซึ่งผู้ออกแบบแม่พิมพ์ฉีดจะต้องออกแบบให้แหวนบังคับศูนย์มีขนาดที่พอดีกับขนาดของรูบังคับศูนย์นี้ เพื่อให้เวลาจับยึดแม่พิมพ์เข้ากับเครื่องฉีดแล้วรูของหัวฉีดกับรูของปลอกรูฉีดอยู่ตรงศูนย์เดียวกัน

ลักษณะแผ่นยึดแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดพลาสติก

รูปที่ 1.3 แผ่นยึดแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดพลาสติก

a = ระยะห่างของเพลานำเลื่อนในแนวระดับ
b = ระยะห่างของเพลานำเลื่อนในแนวตั้ง
c₁ = ระยะห่างของรูสกรูในแนวระดับ
c₂ = ระยะห่างของรูสกรูในแนวตั้ง
d = ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของรูบังคับศูนย์
E₁= ระยะห่างของรูประกอบเพลากระทั่งในแนวระดับ
E₂ = ระยะห่างของรูประกอบเพลากระทั่งในแนวตั้ง
F₁ = ขนาดความกว้างของแผ่นแม่พิมพ์
F₂ = ขนาดความยาวของแผ่นแม่พิมพ์

ส่วนแผ่นยึดแม่พิมพ์เคลื่อนที่ ส่วนใหญ่จะมีรูของระบบปลดชิ้นงานของเครื่องฉีดพลาสติกจัดเตรียมไว้ซึ่งผู้ออกแบบก็จำเป็นที่จะต้องทราบขนาดของรูและระยะห่างระหว่างรู E₁ และ E₂ ด้วยเช่นกัน

เมื่อพิจารณาถึงความสูงของแม่พิมพ์ฉีดที่สามารถจับยึดได้ระหว่างแผ่นยึดแม่พิมพ์ทั้งสองของเครื่องฉีดพลาสติก จะต้องพิจารณาถึงช่องว่างโตสุดเมื่อเครื่องฉีดอยู่ในจังหวะเปิดและช่องว่างเล็กสุดเมื่อเครื่องฉีดอยู่ในจังหวะปิด ระหว่างแผ่นยึดแม่พิมพ์ที่อยู่กับที่และเคลื่อนที่ ช่องว่างโตสุด (M₁) จะเป็นตัวกำหนดขนาดของแม่พิมพ์สูงสุดบวกกับระยะที่แม่พิมพ์จะต้องเปิดออกเพื่อปลดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ ส่วนช่องว่างเล็กสุด (M₂) จะเป็นตัวกำหนดขนาดความสูงของแม่พิมพ์น้อยที่สุดที่สามารถจับยึดบนเครื่องฉีดพลาสติกได้

ควรรู้ระยะเลื่อนของแผ่นยึดแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดพลาสติกก่อนผลิตแม่พิมพ์

รูปที่ 1.4 ระยะเลื่อนของแผ่นยึดแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดพลาสติก

D = ระยะเลื่อนเปิดรวม
E = ปลอกปรับระยะ
M₁ = ช่องว่างโตสุด
d = ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของรูบังคับศูนย์
M₂ = ช่องว่างเล็กสุด
S = ระยะเลื่อนปิดแม่พิมพ์
R = รัศมีของหัวฉีด

ลักษณะเครื่องฉีดพลาสติกและโครงสร้างเครื่องฉีดพลาสติก

เรียนรู้เพิ่มเติม

1.3 ชนิดของแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก

แม่พิมพ์ฉีดเป็นแม่พิมพ์ที่มีการนำมาใช้ในการผลิตชิ้นงานพลาสติกกันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะกับพลาสติกประเภทเทอร์โมพลาสติก (thermoplastic) และในปัจจุบันมีการปรับปรุงและพัฒนาเครื่องฉีดพลาสติกและแม่พิมพ์ฉีดให้สามารถฉีดชิ้นงานพลาสติกที่ทำจากพลาสติกประเภทเทอร์โมเซตติ้ง (thermosetting plastics) ได้อีกด้วย ทำให้ขอบเขตการใช้งานของแม่พิมพ์ฉีดกว้างขวางยิ่งขึ้น การออกแบบแม่พิมพ์ฉีดมักจะพิจารณาจากลักษณะรูปร่างของชิ้นงานเป็นหลัก ซึ่งลักษณะรูปร่างของชิ้นงานสามารถจัดเป็นกลุ่มได้ดังนี้
ก. ชิ้นงานที่ปราศจากร่องหรือบ่า เช่น ถ้วยแก้ว ชาม หวี เป็นต้น
ข. ชิ้นงานที่มีร่องหรือบ่าด้านนอก เช่น เกลียวตัวผู้ หลอดด้าย เป็นต้น
ค. ชิ้นงานที่มีร่องหรือบ่าด้านใน เช่น ฝาเกลียว เป็นต้น
ง. ชิ้นงานที่มีร่องหรือบ่าทั้งด้านนอกและด้านใน เช่น ชิ้นส่วนของปากกาหมึกซึมที่มีทั้งเกลียวนอกและเกลียวใน เป็นต้น

จากลักษณะของชิ้นงานดังกล่าว ทำให้มีการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดชนิดต่าง ๆ กันเพื่อให้สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างตามต้องการได้ ดังนี้

1.3.1 แม่พิมพ์ฉีดแบบสองแผ่น (Two plate Injection mold)

เป็นแม่พิมพ์แบบง่าย ๆ ที่ใช้ผลิตชิ้นงานที่ปราศจากร่องหรือบ่า ลักษณะของแม่พิมพ์แบบนี้จะมีเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์เพียงเส้นเดียวหรือมีช่องเปิดสำหรับปลดชิ้นงาน แกนรูวิ่งและแกนรูฉีดเพียงช่องเดียวเท่านั้น ดังแสดงในรูปที่ 1.5

จากรูปที่ 1.5 แสดงลักษณะของแม่พิมพ์ฉีดแบบสองแผ่น ซึ่งออกแบบให้มีรูเข้าแบบเข็ม (pinpoint gate) ที่จุด (3) เมื่อพลาสติกหลอมไหลเข้าเต็มอิมเพรสชั่นแล้วก็เป็นอันว่าสิ้นสุดขบวนการฉีด แม่พิมพ์จะเลื่อนเปิดออกตามแนวลูกศร (4) ส่วนของแม่พิมพ์ด้านขวาจะอยู่กับที่และส่วนของแม่พิมพ์ด้านซ้ายจะเลื่อนเปิดออกชิ้นงานจะติดอยู่กับส่วนคอร์ (5) ในแผ่นแม่พิมพ์ (7) จะทำเป็นร่องวงแหวนเรียวไว้ในตำแหน่งที่ตรงกันกับรูของปลอกรูฉีด (8) ทำให้แกนรูฉีด (6) ถูกดึงออกจากปลอกรูฉีด (8) เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดออก เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไป เพลาดันปลด (10) จะปะทะกับเพลากระทุ้งของเครื่องฉีดพลาสติกทำให้แผ่นยึดตัวปลด (11) ที่ประกอบอยู่กับเพลาดันปลด (10) หยุดเคลื่อนที่ ชิ้นงานที่ติดอยู่กับส่วนคอร์ (5) ก็จะถูกสลักปลด (1) คันออกและสลักดันแกนรูฉีด (13) ก็จะดันแกนรูฉีด (6) ให้หลุดออกจากร่องวงแหวนเรียวพร้อม ๆ กับชิ้นงาน ในจังหวะที่แม่พิมพ์เลื่อนปิด สลักดันกลับ (2) ซึ่งประกอบอยู่กับแผ่นยึดตัวปลด ปลายสลักดันกลับจะปะทะกับแผ่นแม่พิมพ์ด้านที่อยู่กับที่และดันให้แผ่นยึดตัวปลด (11), สลักปลด (1) และสลักดันแกนรูฉีด (13) กลับไปยังตำแหน่งเติม

มาทำรู้จักลักษณะแม่พิมพ์ฉีดแบบสองแผ่น (Two plate Injection mold)

รูปที่ 1.5 แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบสองแผ่น

1.3.2 แม่พิมพ์ฉีดแบบแยกด้านข้าง (Split Injection mold)

เป็นแม่พิมพ์ฉีดที่ออกแบบสำหรับชิ้นงานที่มีร่องหรือบ่าด้านนอก ส่วนของเบ้าจะแยกเป็นชิ้นส่วนหลายชิ้นที่สามารถเลื่อนได้และควบคุมให้อยู่ในตำแหน่งด้วยกรอบบังคับ (chase bolster) ชิ้นส่วนที่ประกอบกันเป็นเบ้าของแม่พิมพ์เคลื่อนที่ได้โดยอาศัยอุปกรณ์หรือกลไกต่าง ๆ เช่น สลักเฉียง ขาเตะ สปริง ลูกสูบและกระบอกสูบ เป็นต้น

มาทำรู้จักลักษณะแม่พิมพ์ฉีดแบบแยกด้านข้าง (Split Injection mold)

รูปที่ 1.6 แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบแยกด้านข้าง

รูปที่ 1.6 แสดงแม่พิมพ์ฉีดแบบแยกด้านข้าง ซึ่งออกแบบสำหรับผลิตชิ้นงานหลอดด้าย โดยมีลักษณะการทำงานดังนี้คือ เมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดแล้วแม่พิมพ์จะเลื่อนเปิดออกตามแนวลูกศร (1) โดยส่วนของแม่พิมพ์ด้านเคลื่อนที่จะเลื่อนไปทางซ้าย แกนรูฉีดซึ่งติดอยู่กับร่องวงแหวนจะถูกดึงออกจากปลอกรูฉีด (3) ในเวลาเดียวกันแท่นเลื่อน (4) จะถูกดันให้แยกจากกันไปทางด้านข้างด้วยสลักเฉียง (5) ทำให้ป่าของหลอดด้ายพ้นจากร่องในแท่นเลื่อนและหลอดด้ายจะยังคงติดอยู่กับส่วนคอร์ (6) เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไป เพลาดันปลด (7) จะปะทะกับเพลากระทุ้งของเครื่องฉีดพลาสติก แผ่นปลด (8) ที่ประกอบอยู่กับเพลาดันปลด (7) จะหยุดเคลื่อนที่และดันให้หลอดด้ายหลุดออกจากส่วนคอร์ (6)

ในจังหวะที่แม่พิมพ์เลื่อนปิด สปริง (10) ที่ประกอบอยู่บนเพลาดันปลด (7) จะช่วยตันให้แผ่นปลด (8) เลื่อนกลับไปยังตำแหน่งเดิม และสลักเฉียงจะทำให้แท่นเลื่อน (4) เลื่อนกลับเข้าไปในตำแหน่งศูนย์กลางของแม่พิมพ์ แผ่นกันลึก (11) ที่ยึดอยู่กับกรอบบังคับจะช่วยปรับให้แท่นเลื่อนประกบกันแนบสนิทดีเมื่อแม่พิมพ์ปิด

1.3.3 แม่พิมพ์ฉีดแบบคลายเกลียว (Unscrewing Injection mold)

เป็นแม่พิมพ์ฉีตที่ออกแบบสำหรับผลิตชิ้นงานที่มีร่องหรือบ่าด้านใน เช่น ชิ้นงานที่มีเกลียวใน การขึ้นรูปเกลียวจะอาศัยส่วนคอร์ที่เป็นเกลียวและออกแบบให้มีระบบปลดหรือคลายเกลียวโดยอัตโนมัติ การปลดชิ้นงานที่เป็นเกลียวลักษณะนี้มีอยู่ด้วยกันหลายวิธี เช่น ในกรณีที่เป็นการผลิตชิ้นงานจำนวนน้อยชิ้น ส่วนคอร์ที่เป็นเกลียวอาจนำใส่แม่พิมพ์ด้วยมือ เมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดแล้ว จึงน่าชิ้นงานและส่วนคอร์ออกมาคลายเกลียวข้างนอกด้วยมือหรือมอเตอร์ขนาดเล็ก สำหรับการผลิตชิ้นงานจำนวนมากชิ้น การคลายเกลียวของส่วนคอร์อาจจะเป็นแบบอัตโนมัติหรือกิ่งอัตโนมัติก็ได้ อุปกรณ์ที่ใช้คลายเกลียวอาจใช้มือควบคุมหรือใช้เพลาเกลียวหยาบหรือเกลียวหลายปาก (รูปที่ 1.7) หรือใช้ระบบเฟืองนพเคราะห์ (Planetary gear) ดังแสดงในรูปที่ 1.8

มาทำรู้จักลักษณะแม่พิมพ์ฉีดแบบคลายเกลียว (Unscrewing Injection mold)

รูปที่ 1.7 แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบคลายเกลียวด้วยเกลียวหลายปาก

รูปที่ 1.7 แสดงแม่พิมพ์ฉีดแบบคลายเกลียวโดยใช้เพลาเกลียวหยาบ ซึ่งออกแบบสำหรับผลิตชิ้นงานที่เป็นฝาเกลียว โดยมีขั้นตอนการทำงานดังนี้ คือเมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดแล้วแม่พิมพ์จะแยกเปิดออกตามแนวลูกศร (1) โดยส่วนของแม่พิมพ์ด้านซ้ายจะเลื่อนออก ชิ้นงาน (11) จะคิดอยู่กับส่วนคอร์ (2) และอยู่ภายในส่วนเบ้า (12) ในขณะที่แม่พิมพ์เลื่อนเปิดออกเพลาเกลียวหยาบ (3) ซึ่งอยู่ตรงตำแหน่งศูนย์กลางของแม่พิมพ์จะถูกขับให้วิ่งเข้าไปในปลอกเกลียว (21) ซึ่งยึดติดกับหน้าแปลนของเครื่องฉีดพลาสติกที่อยู่กับที่ด้วยหน้าแปลน (4) และ (14) ทำให้เกิดแรงขับเนื่องจากร่องเกลียวพาให้เพลาเกลียวหยาบ (3) หมุนไปพร้อม ๆ กับเฟือง (5) เฟือง (5) นี้จะขบอยู่กับเฟือง (6) ที่ประกอบอยู่กับส่วนคอร์ (2) ทำให้ส่วนคอร์ (2) นี้หมุนตามไปด้วย ที่ปลายด้านซ้ายของส่วนคอร์ (2) จะมีเกลียวนำ (7) และขันอยู่ในปลอกเกลียว (8) เมื่อส่วนคอร์ (2) หมุนเกลียวนำ (7) ก็จะถูกขันลึกเข้าไปในปลอกเกลียว (8) ซึ่งในเวลาเดียวกันที่ปลายอีกด้านหนึ่งของส่วนคอร์ (2) ก็จะคลายเกลียวออกจากเกลียว (10) ของชิ้นงาน (11) ด้วยชิ้นงานจะถูกบังคับไม่ให้หมุนตามโดยการขึ้นลายที่ผิวด้านนอกและติดอยู่ในส่วนเบ้า (12) จนกระทั่งสิ้นสุดการคลายเกลียว

เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไปอีกเพลาคันปลด (13) จะปะทะกับหน้าแปลน (14) ทำให้แผ่นดันปลด (15) ซึ่งประกอบอยู่กับเพลาดันปลด (13) หยุดเคลื่อนที่ เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไปปลอกปลด (16) ที่ประกอบอยู่กับแผ่นดันปลด (15) ก็จะดันชิ้นงาน (11) ให้หลุดออกจากสวนเบ้า (12) และสลักดันแกนรูฉีด (17) ก็จะดันแกนรูฉีด (18) ให้หลุดออกจากร่องวงแหวน (19) เช่นกัน

ในจังหวะปิดของแม่พิมพ์ การเคลื่อนที่ปิดของแม่พิมพ์จะทำให้เพลาเกลียวหยาบ (3) คลายเกลียวออกจากปลอกเกลียว (21) และพร้อมกันนั้นเฟือง (5) และ (5) ก็จะหมุนด้วยทำให้ส่วนคอร์ (2) คลายเกลียวออกจากปลอกเกลียว (8) จนกระทั่งส่วนคอร์ (2) เลื่อนกลับไปยังตำแหน่งเดิม และเมื่อจะสิ้นสุดจังหวะปิดสลักดันกลับ (20) ก็จะดันให้แผ่นดันปลด (15), ปลอกปลด (16) และสลักดันแกนรูฉีด (17) เลื่อนกลับไปยังตำแหน่งเดิม

มาทำรู้จักลักษณะแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบคลายเกลียวด้วยระบบเฟืองนพเคราะห์

รูปที่ 1.8 แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบคลายเกลียวด้วยระบบเฟืองนพเคราะห์

รูปที่ 1.8 แสดงแม่พิมพ์ฉีดแบบคลายเกลียวที่ออกแบบสำหรับผลิตนัตเกลียวที่ขึ้นลายที่ผิวนอก การปลดชิ้นงานเป็นแบบอัตโนมัติโดยใช้เพลาเกลียวหยาบร่วมกับชุดเฟืองนพเคราะห์ รูเข้าอิมเพรสชั่นเป็นรูแบบเข้าใต้ผิวแม่พิมพ์ (submarine gate หรือ tunnel gate) ซึ่งมีขั้นตอนการทำงานดังนี้คือเมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดแล้วแม่พิมพ์จะเลื่อนเปิดออกตามแนวลูกศร (1) โดยที่ส่วนของแม่พิมพ์ด้านซ้ายมือจะเลื่อนออกในระหว่างจังหวะเปิดเฟือง (2) จะถูกขับให้หมุนรอบเพลาเกลียวหยาบ (3) ที่ยึดอยู่กับที่ (ไม่หมุน) เฟือง (2) จะขบอยู่กับฟันเฟืองด้านนอกของล้อเฟือง (4) และขับให้เฟือง (4) หมุน ส่วนฟันเฟืองด้านในของล้อเฟือง (4) จะขบอยู่กับ เฟืองของส่วนคอร์ (5) ที่ขึ้นรูปเกลียวชิ้นงาน ทำให้ส่วนคอร์หมุนด้วย ปลายของส่วนคอร์ด้านที่ติดกับชิ้นงานจะคลายเกลียวออกจากชิ้นงาน (7) ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งเกลียวนำจะหมุนเข้าไปในปลอกเกลียว (6)

ในขั้นนี้แม่พิมพ์จะยังคงเลื่อนเปิดต่อไปจนกระทั่งแกนรูฉีด (8) ซึ่งติดอยู่กับแผ่นแม่พิมพ์ (21) ด้วยร่องวงแหวนเรียวถูกดึงหลุดออกจากปลอกรูฉีด (10) ชิ้นงานจะติดอยู่กับส่วนเบ้า (11) เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไป เพลาคันปลด (12) จะปะทะกับเพลากระทุ้งของเครื่องฉีดพลาสติก แผ่นดันปลด (13) จะเลื่อนไปทางขวาผลจากการเคลื่อนที่นี้ทำให้สลักดันแกนรูฉีด (14) คันแกนรูฉีด (8) ให้หลุดออกจากร่องวงแหวนเรียวและสลักปลด (15) จะดันแกนรูวิ่ง (16) ให้หลุดออกจากรูวิ่ง (17) ของส่วนเบ้า (11) และขาดออกจากชิ้นงาน (7) จากนั้นปลอกปลด (18) ก็จะดันชิ้นงาน (7) ให้หลุดออกจากส่วนเบ้า (11)

เมื่อแม่พิมพ์เคลื่อนที่ปิด เพลาเกลียวหยาบ (3) ก็จะขับให้เฟือง (2) และล้อเฟือง (4) หมุนในทิศทางตรงกันข้ามกับตอนที่แม่พิมพ์เปิดทำให้เกลียวนำของส่วนคอร์ (5) คลายออกจากบลอกเกลียว (6) จนกระทั่งเลื่อนกลับไปตำแหน่งเดิม สลักสมดุล (19) จะช่วยควบคุมให้ส่วนเบ้าในตำแหน่งต่าง ๆ กันอยู่ที่ระดับเดียวกัน ส่วนสลักดันกลับ (20) จะดันให้แผ่นคันปลด (13), สลักปลด (14) และ (15) และปลอกปลด (18) เลื่อนกลับไปยังตำแหน่งเดิม

1.3.4 แม่พิมพ์ฉีดแบบสามแผ่น (Three Plate Injection mold)

เป็นแม่พิมพ์ฉีดที่ออกแบบสำหรับผลิตชิ้นงานที่มีร่องหรือบ่าด้านใน เช่น ชิ้นงานที่มีเกลียวใน การขึ้นรูปเกลียวจะอาศัยส่วนคอร์ที่เป็นเกลียวและออกแบบให้มีระบบปลดหรือคลายเกลียวโดยอัตโนมัติ การปลดชิ้นงานที่เป็นเกลียวลักษณะนี้มีอยู่ด้วยกันหลายวิธี เช่น ในกรณีที่เป็นการผลิตชิ้นงานจำนวนน้อยชิ้น ส่วนคอร์ที่เป็นเกลียวอาจนำใส่แม่พิมพ์ด้วยมือ เมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดแล้ว จึงน่าชิ้นงานและส่วนคอร์ออกมาคลายเกลียวข้างนอกด้วยมือหรือมอเตอร์ขนาดเล็ก สำหรับการผลิตชิ้นงานจำนวนมากชิ้น การคลายเกลียวของส่วนคอร์อาจจะเป็นแบบอัตโนมัติหรือกิ่งอัตโนมัติก็ได้ อุปกรณ์ที่ใช้คลายเกลียวอาจใช้มือควบคุมหรือใช้เพลาเกลียวหยาบหรือเกลียวหลายปาก (รูปที่ 1.7) หรือใช้ระบบเฟืองนพเคราะห์ (Planetary gear) ดังแสดงในรูปที่ 1.8

แม่พิมพ์ฉีดแบบสามแผ่นเป็น แม่พิมพ์ฉีดที่ออกแบบให้มีเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์ 2 เส้นหรือมีช่องเปิดของแม่พิมพ์ 2 ช่อง ส่วนใหญ่จะใช้ในการ ออกแบบแม่พิมพ์ฉีดที่ต้องการให้มีระบบปลดแกนรูวิ่งและรูเข้าออกจากชิ้นงานโดยอัตโนมัติ กล่าวคือ เมื่อสิ้นสุด ขบวนการฉีด แม่พิมพ์จะแยกเปิดออกตามแนวเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์เส้นที่ 1 ซึ่งในส่วนนี้จะประกอบด้วยแกน รูฉีดและรูวิ่ง ในขณะเดียวกันก็จะแยกแกนรูเข้าออกจากชิ้นงานด้วย หลังจากนั้นเมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไปก็ จะแยกเปิดออกตามแนวเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์เส้นที่ 2 อีกขั้นหนึ่ง เพื่อปลดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ ข้อควรระวัง ในการออกแบบก็คือ การเปิดของแม่พิมพ์ตามแนวเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์เส้นที่ 1 จะต้องเปิดกว้างเพียงพอที่ จะให้แกนรูฉีด, แกนรูวิ่งและแกนรูเข้าล่วงหล่นจากแม่พิมพ์ได้สะดวก

รูปที่ 1.9 แสดงลักษณะการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดแบบสามแผ่นแบบหนึ่งซึ่งมีลักษณะการทำงาน ดังนี้ คือ เมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดแล้วแม่พิมพ์จะเคลื่อนที่เปิดออกตามแนวเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์ (1) ชุดแม่พิมพ์ส่วน เคลื่อนที่ทั้งหมดจะถูกล็อคตำแหน่งด้วยแขนล็อค (2) ที่ประกอบอยู่กับชุดแม่พิมพ์ส่วนอยู่กับที่และแกนรูฉีดรอง (3) จะถูกยึดด้วยร่องรอบสลักยึด (4) เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดออกแกนรูฉีดจะถูกดึงให้แยกขาดออกจากชิ้นงานและ ติดอยู่ด้านแม่พิมพ์อยู่กับที่ เมื่อบ่าของหัวสกรู (5) ชนกับแผ่นปลดแกนรูฉีด (6) ทำให้แผ่นปลดแกนรูฉีดเคลื่อนที่ มาข้างหน้า ปลดแกนรูฉีด (3) ออกจากสลักยึด (4)

มาทำรู้จักลักษณะแม่พิมพ์แบบสามแผ่น (Three Plate Injection mold)

รูปที่ 1.9 แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบสามแผ่น

(8) ตรงตำแหน่ง (9) เกิดแรงดันยกแขนล็อค (2) ขึ้น คลายการล็อคตำแหน่งของแขนล็อค (2) ส่วนหัวของสกรู (11) จะบังคับระยะการเลื่อนเปิดตามแนวเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์เส้นที่ 1 (1) เมื่อแม่พิมพ์เคลื่อนที่เปิดต่อไป แม่พิมพ์จะเลื่อนเปิดอีกครั้งหนึ่งตามแนวเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์เส้นที่ 2 (12) หรือเส้นแบ่งส่วนแม่พิมพ์หลัก การเคลื่อนที่ต่อไปจะทำให้ส่วนหัวของเพลาดันปลด (13) ชนกับเพลากระทุ้งของเครื่องฉีดพลาสติกและทำให้ชุดแผ่นปลด (14) หยุดเคลื่อนที่พร้อม ๆ กับปลอกปลด (15) และส่วนคอร์ (17) จะเลื่อนถอยออกจากชิ้นงาน ชิ้นงานก็จะหลุดออกจากแม่พิมพ์เป็นอันสิ้นสุดการทำงานของแม่พิมพ์ชุดนี้

1.3.5 แม่พิมพ์ฉีดแบบรูวิ่งร้อน (Hot-Runner Injection mold)

แม่พิมพ์ฉีดแบบรูวิ่งร้อน หรือบางครั้งจะเรียกว่าแม่พิมพ์ฉีดแบบปราศจากรูวิ่งหรือรูฉีด (sprueless or runnerless mold) เป็นแม่พิมพ์ที่ได้รับการออกแบบเพื่อลดปัญหาที่เกิดจากระบบป้อนของแม่พิมพ์ ทำให้แม่พิมพ์แบบอิมเพรสชั้นเดี่ยว ไม่มีแกนรูฉีดติดอยู่และแม่พิมพ์แบบหลายอิมเพรสชั่นจะไม่มีแกนรูฉีด แกนรูวิ่งและแกนรูเข้าติดอยู่ที่ชิ้นงานเมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดเป็นการช่วยประหยัดพลาสติกที่ต้องสูญเสียไปกับระบบป้อนอีกทั้งนอกจากนี้ยังลดเวลาในการตกแต่งชิ้นงานและปลดแกนรูเข้าออกจากชิ้นงานในภายหลังได้อีกด้วย ระบบป้อนของแม่พิมพ์จะออกแบบเป็นพิเศษโดยให้มีตัวทำความร้อนติดอยู่เพื่อให้ความร้อนแก่ระบบป้อนทำให้พลาสติกที่อยู่ในระบบป้อนมีสภาพหลอมอยู่ตลอดเวลาพร้อมที่จะถูกฉีดเข้าสู่อิมเพรสชั่นของแม่พิมพ์สำหรับผลิตชิ้นงานชิ้นต่อไปได้ ทำให้ระยะเวลาในการฉีดชิ้นงานพลาสติกแต่ละชิ้นสั้นลงเป็นการช่วยเพิ่มปริมาณการผลิต เนื่องจากจะต้องมีการออกแบบระบบป้อนเป็นพิเศษทำให้แม่พิมพ์ชนิดนี้มีราคาค่อนข้างสูง ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นงานจำนวนมากชิ้นจึงจะคุ้มทุน

มาทำรู้จักลักษณะแม่พิมพ์แบบรูวิ่งร้อน (Hot-Runner Injection mold)

รูปที่ 1.10 แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบรูวิ่งร้อน

รูปที่ 1.10 แสดงลักษณะการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดแบบรูวิ่งร้อนที่ประกอบด้วยกล่องรูวิ่งร้อน (1) ที่มีแท่งทำความร้อน (2) ประกอบอยู่ภายใน หัวฉีดรอง (3) จะขันยึดติดกับกล่องรูวิ่งร้อนและต่อเข้ากับรูเข้าของแม่พิมพ์ เมื่อแม่พิมพ์เปิดรูของหัวฉีดรองจะถูกปิดด้วยเข็มปิดที่อาศัยแรงดันของสปริงเพื่อป้องกันไม่ให้พลาสติกไหลเยิ้มออกมา การควบคุมความร้อนของกล่องรูวิ่งร้อนจะใช้เทอร์โมคัปเปิล (4) เป็นตัวควบคุม ปลอกรูฉีด (5) จะขันเกลียวคิดกับกล่องรูวิ่งร้อนเพื่อช่วยนำพลาสติกหลอมจากหัวฉีดของเครื่องฉีดพลาสติกให้วิ่งไหลไปตามรูวิ่ง (6) ขนาดและรูปร่างภายนอกของกล่องรูวิ่งร้อนอาจจะมีรูปร่างเป็นทรงกระบอก ทรงสี่เหลี่ยมหรือเป็นรูปดาวหลายแฉกก็ได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบตำแหน่งและจำนวนอิมเพรสชั่นของแม่พิมพ์ แท่งทำความร้อน (2) แต่ละอันจะต่อเข้ากับกล่อง ขั้วสายความร้อนที่เกิดขึ้นจะต้องร้อนเพียงพอที่จะทำให้เนื้อพลาสติกที่อยู่ภายในระบบ ป้อนอยู่ในสภาวะหลอมเหลวตั้งแต่ปลอกรูฉีด รูวิ่ง จนถึงปลายรูเข้า จุกอุด (7) ตรงปลายรอยต่อของรูวิ่งจะทำเป็นร่องโค้งเว้าเพื่อให้พลาสติกไหลได้สะดวก ส่วนคอร์ที่ทำหน้าที่นำความร้อนของหัวฉีดรอง (3) จะต้องทำด้วยวัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำความร้อนที่ดีมาก เช่น เบริลเลียม-คอปเปอร์ เป็นต้น ส่วนคอร์นี้จะทำให้เกิดช่องว่าง (9) รอบ ๆ หัวฉีดรอง ซึ่งจะถูกเดิมด้วยพลาสติกหลอมเกิดเป็นชั้นฉนวนป้องกันการสูญเสียความร้อนได้

จากตัวอย่างของแม่พิมพ์ฉีดแบบรูวิ่งร้อนที่แสดงนี้ ความร้อนจากรูวิ่งจะถูกนำไปสู่ชิ้นงานผ่านส่วนคอร์ (8) เท่านั้น ซึ่งจะเกิดการสูญเสียความร้อนตามความยาวของส่วนคอร์ ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสูญเสียความร้อนมากเกินไปจึงต้องจำกัดระยะความยาวของส่วนคอร์ (8) ไม่ให้ยาวมากกว่า 50 มิลลิเมตร หากจำเป็นต้องยาวมากกว่านี้ หัวฉีดรองจะต้องมีตัวทำความร้อนประกอบเพิ่มด้วย

1.3.6 แม่พิมพ์ฉีดแบบชั้น (Stack Injection mold)

ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กและยาวหรือมีขนาดบางแต่กว้าง เช่น ด้ามกรรไกร ไม้แขวนเสื้อ ฝาถังต่าง ๆ เป็นต้น ในแม่พิมพ์อาจมีหลายอิมเพรสชั่นจนเต็มเนื้อที่ของแผ่นแม่พิมพ์แล้วก็ตามแต่ยังคงมีเนื้อพลาสติกหลอมค้างอยู่ในกระบอกฉีดอีกมาก กล่าวคือปริมาณ เนื้อพลาสติกหลอมที่เครื่องฉีดพลาสติกสามารถผลิตได้ในแต่ละรอบของการฉีดนั้นมีเหลืออยู่มาก เพื่อเพิ่มการใช้ประโยชน์จากเนื้อพลาสติกหลอมที่เครื่องผลิตได้นี้ อาจทำได้โดยการออกแบบแม่พิมพ์ให้มีแผ่นแม่พิมพ์ซ้อน ๆ กันหรือทำแผ่นแม่พิมพ์หลาย ๆ ชั้นนั่นเอง

มาทำรู้จักลักษณะแม่พิมพ์แบบชั้น (Stack Injection mold)

รูปที่ 1.11 แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบชั้น

จากรูปที่ 1.11 แสดงการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดแบบชั้น พลาสติกหลอมจะถูกฉีดให้ไหลผ่านหัวฉีดแบบรูวิ่งร้อน (hot-runner nozzle) (1) พลาสติกหลอมในหัวฉีดจะถูกรักษาให้อยู่ในสภาวะหลอมอยู่ตลอดเวลาด้วยแผ่นทำความร้อน (2) และแท่งทำความร้อนที่อยู่ภายในหัวฉีด

เมื่อสิ้นสุดขบวนการฉีดพลาสติกหลอมแล้ว แม่พิมพ์จะแยกเปิดออกในช่วงแรกตามแนวลูกศร (3) ด้วยแรงของสปริง (22) ทำให้แกนรูฉีดถูกปลดออกจากหัวฉีดที่ (4) ชิ้นงานในชั้นที่ 1 จะติดอยู่กับแผ่นแม่พิมพ์ (5)

เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไปสกรูจำกัดระยะ (23) จะปะทะกับแผ่นแม่พิมพ์ (8) ทำให้แผ่นแม่พิมพ์ (8) หยุดเคลื่อนที่และแม่พิมพ์เลื่อนเปิดออกตามแนวลูกศร (6) ชิ้นงานในชั้นที่ 2 จะติดกับแผ่นแม่พิมพ์ (10) และพร้อมกันนั้นแกนรูฉีดจะถูกดึงหลุดออกจากปลอกรูฉีด (11) ที่ด้านข้างของชุดแม่พิมพ์จะมีโซ่ (12) ยึดติดอยู่ระหว่างแผ่นแม่พิมพ์ (13) กับแผ่นดันปลด (14) ดังนั้นเมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดออกในชั้นที่ 1 จนมีระยะห่างเพียงพอที่ชิ้นงานจะล่วงหลุดออกจากแม่พิมพ์ได้ โซ่จะดึงให้ตึงแผ่นยึดตัวปลด (15) ก็จะดึงมาข้างหน้าดันปลดชิ้นงานในชั้นที่ 1 ให้หลุดออกจากแผ่นแม่พิมพ์ (5) ด้วยสลักปลด (16) เมื่อแม่พิมพ์เลื่อนเปิดต่อไปเพลาดันปลด (17) จะปะทะกับเพลากระทุ้งของเครื่องฉีดพลาสติก แผ่นดันปลด (18) ที่ประกอบอยู่กับเพลาดันปลด (17) ก็จะหยุด เคลื่อนที่ เมื่อแม่พิมพ์เคลื่อนที่ต่อไปสลักปลด (19) ก็จะดันปลดชิ้นงานให้หลุดออกจากแผ่นแม่พิมพ์ (10) และสลักดันแกนรูฉีด (7) ก็จะดันปลดแกนรูฉีตออก

ในจังหวะที่แม่พิมพ์เคลื่อนที่ปิดสลักดันกลับ (21) ก็จะดันแผ่นดันปลด (15) และ (18) พร้อมกับสลักปลด (16) และ (19) กลับไปยังตำแหน่งเริ่มต้น

ชนิดต่าง ๆ ของแม่พิมพ์ฉีดที่กล่าวมานี้เป็นการแบ่งตามลักษณะของชิ้นงานและการออกแบบอย่างกว้าง ๆ เท่านั้น เพื่อให้เป็นแนวทางถึงการแบ่งชนิดของแม่พิมพ์และทราบถึงความซับซ้อนของแม่พิมพ์แต่ละชนิดจึงขอกล่าวไว้เพียงย่อ ๆ เท่านั้น

ตอน 1 2 3