4.17 การคำนวนหาค่าความดันฉีดและย้ำ
จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้นว่าความดันที่เกิดขึ้นในการฉีดและย้ำนั้นเป็นความดันที่เกิดขึ้นกับพลาสติกเหลวที่อยู่หน้าปลายเกลียวหนอน เนื่องจากความดันของไฮดรอลิกที่ส่งแรงผ่านมากับตัวเกลียวหนอน เพื่อให้เกิดความเข้าใจมากขึ้นเราสามารถดูที่มาของการเกิดความดันฉีดและย้ำได้จากรูปที่ 4.5
รูปที่ 4.5 ที่มาของการเกิดความดันในการฉีดพลาสติก
ตัวอย่างที่ 4.1 ในการฉีดพลาสติกชนิดหนึ่งโดยตั้งความดันไฮดรอลิกไว้ 120บาร์ และลูกสูบไฮดรอลิกมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 12CM และเลือกใช้เกลียวหนอนขนาดโต 4CM อยากทราบว่าความดันที่เกิดขึ้นที่พลาสติกเหลวหน้าปลายเกลียวหนอนมีค่าเท่าไหร่
เพราะฉะนั้นความดันของพลาสติกเหลวหน้าปลายเกลียวหนอนมีค่าเท่ากับ 1079.6บาร์ ซึ่งเป็นความดันที่โรงงานพลาสติกปรับตั้งให้กับเครื่องฉีดพลาสติกโดยใช้ความดันไฮดรอลิก 120บาร์
จากสูตรเราจะเห็นได้ว่าค่าความดันที่เกิดขึ้นที่พลาสติกเหลวหน้าปลายเกลียวหนอนนั้นจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดความโตของเกลียวหนอน ถ้าเกลียวหนอนมีขนาดเล็ก ค่าความดันที่เกิดขึ้นก็จะมากขึ้นแต่ถ้าเกลียวหนอนมีขนาดใหญ่ขึ้น ค่าความดันก็จะลดลง ด้วยเหตุนี้การที่โรงงานฉีดพลาสติกต้องการความดันฉีดเพิ่มขึ้น โรงงานพลาสติกอาจปรบค่าความดันไฮดรอลิกมากขึ้นก็ได้ แต่ถ้าปรับจนค่าสูงสุดแล้ว (ประมาณ 160-200บาร์) โรงงานพลาสติกก็ต้องเลือกใช้เกลียวหนอนขนาดเล็กลงแทน เครื่องฉีดพลาสติกสมัยใหม่จะมีเกลียวหนอนให้หลายขนาดเพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการของโรงงานฉีดพลาสติก
เพื่อความสะดวกรวดเร็วในการเลือกใช้ความดันฉีดหรือย้ำที่ต้องการ ทางบริษัทผู้ผลิตเครื่องฉีดพลาสติกจะจัดทำไดอะแกรมเปรียบเทียบความดันไฮดรอลิกกับความดันที่เกิดขึ้นหน้าปลายเกลียวหนอนกับเกลียวหนอนแต่ละขนาดเอาไว้ให้ ซึ่งสามารถเลือกใช้ได้เลยจากไดอะแกรมโดยไม่ต้องเสียเวลาในการคำนวนดังรูปที่ 4.6
รูปที่ 4.6 ไดอะแกรมเปรียบเทียบความดันของเกลียวหนอนขนาดต่างๆ
การเลือกใช้ความดันฉีดนั้นจะต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับความหนืดของพลาสติก กล่าวคือถ้าพลาสติกมีความหนืดมากก็ต้องใช้ความดันฉีดมาก (เช่น HDPE ฉีด ตะกร้าผลไม้ เข่งพลาสติก) แต่ตามหลักการแล้วไม่ควรใช้ความดันฉีดสูงมากเกิดไปเพราะจะทำให้ความดันที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติกสูงมาก ซึ่งจะต้องใช้แรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์สูงตาม พลังงานที่ต้องใช้จึงมากและชุดปิด-เปิดแม่พิมพ์ก็ต้องทำงานหนัก ในการเลือกใช้ความดันฉีดจึงควรเลือกใช้จากค่าค่อนข้างต่ำก่อน แล้วดูว่าชิ้นงานพลาสติกไหลเข้าเต็มแม่พิมพ์หรือไม่ ถ้ายังไม่เต็มก็เพิ่มขึ้นได้ แต่ทั้งนี้ก็ต้องดูด้วยว่าอุณหภูมิของพลาสติกเหลวเหมาะสมกับชนิดเม็ดพลาสติกหรือยัง และโรงงานพลาสติกสามารถปรับอุณหภูมิให้สูงขึ้นอีกได้หรือไม่เพื่อความหนืดของพลาสติกเหลวจะได้ลดลง ความดันฉีดจะได้ไม่ต้องใช้ให้สูงจนเกินไปนัก
ค่าความดันของพลาสติกเหลวหน้าปลายเกลียวหนอนที่เกิดขึ้นตามความเป็นจริงนั้นต้องดูว่าค่าความดันไฮดรอลิกที่เกิดขึ้นจริงๆ ขณะทำงานนั้นเท่าไร ซึ่งสามารถดูได้จากเกจวัดความดันหรือระบบตัวเลขของค่าความดันสำหรับเครื่องฉีดสมัยใหม่ ไม่ใช่คิดจากค่าความดันไฮดรอลิกที่โรงงานฉีดพลาสติกปรับตั้งให้กับเครื่องฉีดพลาสติก เพราะความดันจะเริ่มก่อตัวมากขึ้นก็ต่อเมื่อพลาสติกเริ่มเต็มในแม่พิมพ์พลาสติก
4.18 การคำนวนหาแรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์พลาสติก
แรงที่ใช้ในการปิดล็อกแม่พิมพ์พลาสติก (clamping force) เพื่อป้องกันแม่พิมพ์พลาสติกเผยอนั้น โรงงานพลาสติกสามารถคำนวนได้จากความดันที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติก ที่กระทำบนพื้นที่ตั้งฉากกับรอยประกบแม่พิมพ์ (พื้นที่ของส่วนที่เป็นชิ้นงานพลาสติกและทางน้ำพลาสติก) ดังรูปที่4.7
รูปที่ 4.7 พื้นที่ภาพฉายที่ใช้ในการคำนวน
ความดันที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติกนั้นโรงงานพลาสติกอาจเปรียบเทียบได้กับความดันของพลาสติกเหลวที่อยู่หน้าปลายเกลียวหนอนก็ได้ แล้วคุณกับพื้นที่พลาสติกเหลวกระทำอยู่ในแม่พิมพ์พลาสติก โรงงานพลาสติกเราก็จะได้แรงที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติก ดังสูตร
Fm = Pm.A
ส่วนแรงที่ใช้การปิดล็อกแม่พิมพ์พลาสติกเพื่อป้องกันแม่พิมพ์พลาสติกเผยอนั้น จะต้องมากกว่าแรงที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติกอย่างน้อย 20%
ฉะนั้นจะได้ Fz = Fm.1.2
โดยที่
Pm = ความดันที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติก ซึ่งเป็นความดันสูงสุดที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติกหรือที่พลาสติกเหลวหน้าปลายเกลียวหนอนขณะทำการฉีดพลาสติก
A = พื้นที่ฉาย เป็นพื้นที่รวมทั้งหมดภายในแม่พิมพ์พลาสติกเหลวกระทำ ซึ่งตั้งฉากกับแนว ปิด-เปิดแม่พิมพ์ พลาสติก
Fm = แรงกระทำในแม่พิมพ์พลาสติก
Fz1 = แรงปิดล็อกแม่พิมพ์พลาสติกเพื่อป้องกันแม่พิมพ์พลาสติกเผยอ
ตัวอย่างที่ 4.2 ถ้าความดันฉีดที่เกิดขึ้นจริงที่พลาสติกเหลวหน้าปลายเกลียวหนอนขณะทำการฉีดเป็น 1,000บาร์ โดยฉีดเข้าแม่พิมพ์ที่มีพื้นที่ภาพฉายของชิ้นงานพลาสติกและระบบทางน้ำพลาสติกวิ่งเท่ากับ 10 CM2 เพราะฉะนั้นต้องใช้แรงในการปิดล็อกเพื่อป้องกันแม่พิมพ์พลาสติกเผยอเท่าไร
4.19 การหาค่าความดันในแม่พิมพ์พลาสติก
ความดันในแม่พิมพ์พลาสติกจะเกิดขึ้นจากความดันฉีดและย้ำ ถ้าความดันฉีดและย้ำเปลี่ยนแปลงไป ค่าความดันในแม่พิมพ์ก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ค่าความดันในแม่พิมพ์โรงงานฉีดพลาสติกสามารถทำการตรวจวัดได้โดยใช้อุปกรณ์วัดต่อติดไว้ที่ผนังด้านในซึ่งสัมผัสกับพลาสติกเหลว ค่าความดันที่วัดได้จะค่อยๆ ลดลงดังรูปที่ 4.8 ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะทางการไหลของพลาสติกเหลวด้วย แต่ถ้าไม่มีเครื่องวัดความดัน เราก็จะใช้ค่าความดันที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์พลาสติกประมาณ 60-70% ของความดันฉีดที่เกิดขึ้นจริง
รูปที่ 4.8 แสดงความดันที่เกิดขึ้นในงานฉีดพลาสติกตั้งแต่ระบบไฮดรอลิกจนถึงระบบภาพในแม่พิมพ์พลาสติก
