เทคโนโลยีแม่พิมพ์ Moulding Technology ตอน 1

การผลิตชิ้นส่วนไม่ว่าเล็กหรือใหญ่ในปัจจุบัน จะผลิตจำนวนมาก และต้องผลิตด้วยระยะเวลาที่รวดเร็ว ดังนั้นจึงต้องมีเครื่องมือที่ช่วยในการผลิต เพื่อให้ผลิตชิ้นงานเหมือนๆ กัน ออกมาได้อย่างรวดเร็ว เครื่องมือนั้นเรียกว่า พิมพ์ หรือ Mould ซึ่งมีหลายประเภทเพื่อให้สามารถรองรับ การผลิตชิ้นส่วนได้มากที่สุด ประเภทของแม่พิมพ์มีอะไร ลองมาดูกันค่ะ

แม่พิมพ์ฉีด (Injection moulding)

image2

 

(http://www.intechopen.com/source/html/16394/media/image2.jpg)

เป็นกรรมวิธีการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่นิยมใช้กันมากในปัจจุบันเพราะสามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ดีและมีหลายลักษณะงาน เช่น ชิ้นส่วนเครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ชิ้นส่วนยานยนต์ เครื่องใช้ในครัวเรือน บรรจุภัณฑ์ ของเด็กเล่น เครื่องสำอาง เป็นต้น การผลิตชิ้นงานนั้นจะใช้เม็ดพลาสติกป้อนเข้าที่เครื่องฉีด เครื่องฉีดจะทำหน้าที่หลอมละลายเม็ดพลาสติกและฉีดพลาสติกเหลวเข้าสู่แม่พิมพ์ คงความดันและอัดพลาสติกเหลวเข้าเต็มแม่พิมพ์และชิ้นงานจะถูกหล่อเย็นด้วยขณะฉีด เพื่อให้ได้ชิ้นงานรูปร่างตามแม่พิมพ์แล้วจึงเปิดแม่พิมพ์เพื่อทำการปลดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ โดยทั่วไปถ้ามีการบำรุงรักษาแม่พิมพ์เป็นอย่างดีจะทำให้อายุการใช้งาน 500,000-1,000,000 Shots

แม่พิมพ์อัดและอัดฉีด (Compression and Transfer moulding)

fig1transfer57474d656fd24eb79ba76599a279b08c

(http://www.globalspec.com/ImageRepository/LearnMore/20129/fig1transfer57474d656fd24eb79ba76599a279b08c.gif)

แม่พิมพ์อัดเป็นการผลิตชิ้นงานโดยใช้พลาสติกชนิดเทอร์โมเซตติ้งลงในแม่พิมพ์แล้วทำการปิดแม่พิมพ์โดยใช้ความดันสูงพร้อมกับให้ความร้อนทำให้พลาสติกหลอมละลายเข้าแทรกยังโพรงของแม่พิมพ์ จากนั้นหล่อเย็นให้พลาสติกแข็งตัวจึงปลดชิ้นงานออก ข้อแตกต่างระหว่างแม่พิมพ์อัดและแม่พิมพ์ฉีดคือ แม่พิมพ์อัดจะใช้ลูกสูบอัดพลาสติกเข้าแม่พิมพ์ ส่วนแม่พิมพ์ฉีดจะใช้การเติมพลาสติก แม่พิมพ์อัดจะถูกนำมาใช้ในงานผลิตชิ้นงานต้นแบบ ผลิตชิ้นงานเป็นจำนวนน้อย ใช้เวลาในการผลิตนาน

ส่วนแม่พิมพ์อัดฉีด เป็นการพัฒนาแม่พิมพ์อัดให้เป็นการผลิตแบบอัตโนมัติ โดย พลาสติกจะยังไม่ถูกใส่ไปในแม่พิมพ์โดยตรง พลาสติกจะถูกทำให้ร้อนในกระบอกสูบก่อนที่จะถูกส่งไปยังแม่พิมพ์ ข้อแตกต่างระหว่างแม่พิมพ์อัดฉีดและแม่พิมพ์อัดอยู่ที่โครงสร้างของแม่พิมพ์ โดยแม่พิมพ์อัดฉีดจะต้องมีห้องอัดซึ่งจะทำหน้าที่เชื่อมกับเบ้า (Cavity) แม่พิมพ์ด้วยรูฉีด สำหรับแม่พิมพ์อัดและอัดฉีดจะใช้ในการผลิต เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ ชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องใช้ในครัวเรือน เป็นต้น

แม่พิมพ์เป่า (Blow moulding)

Slide1

(http://www.hipf.edu.sa/images/courses/blow_molding/Slide1.JPG)

เป็นแม่พิมพ์ที่ใช้ในการผลิตภาชนะกลวงโดยการทำให้พลาสติกเป็นสายท่อหรือหลอดแก้ว (Parison) แล้วใช้ลมเป่าให้เกิดรูปร่างตามแม่พิมพ์ แล้วจึงทำการปลดชิ้นงาน ซึ่งวิธีการเป่าแม่พิมพ์มีอยู่ 3 วิธีหลัก คือ การเป่าแบบ Extrusion (Extrusion blow moulding) การเป่าฉีด (Injection blow moulding) การเป่าแล้วยืด (Stretch blow moulding) ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเป่า เช่น ภาชนะกลวง ขวด ถัง แกลลอน แม่พิมพ์เป่าเป็นแม่พิมพ์พลาสติกที่มีอัตราการเติบโตเร็วมาก มีความต้องการในตลาดสูง ประหยัดค่าใช้จ่ายในการผลิต

แม่พิมพ์งานรีด (Extrusion)

extrusion_molding

(http://www.avplastics.co.uk/wp-content/uploads/2013/05/extrusion_molding.gif)

เพื่อผลิตชิ้นงานรูปพรรณต่างๆ ทั้งกลวงและตันยาวต่อเนื่องไม่รู้จบ เช่น ท่อสายยาง กรอบประตู หน้าต่าง เป็นต้น โดยเครื่อง Extrusion จะอัดและหลอมละลายพลาสติก จากนั้นจะถูกฉีดไปยังเครื่องมือสร้างรูปทรง (หัวฉีด) ต่างๆแล้วแต่ลักษณะงาน ในงาน Extrusion นั้นจะต้องนำเครื่องมืออื่นๆเข้ามาประกอบด้วย เช่น เครื่องปรับขนาด เครื่องดึง เครื่องม้วน เครื่องตัด เป็นต้น

แม่พิมพ์งานเทอร์โมฟอร์มมิ่ง (Thermoforming)

vacuum-forming

(http://www.custompartnet.com/wu/images/thermoforming/vacuum-forming.png)

ใช้ในการผลิตชิ้นงานพลาสติกด้วยวิธีนำพลาสติกแผ่นบางมาอบให้ความร้อน จากนั้นจะใช้สุญญากาศดูดแผ่นพลาสติกให้ยุบลงมาจนมีรูปร่างตามแม่พิมพ์ ผลิตภัณฑ์ในงานเทอร์โมฟอร์มิ่ง เช่น กล่องบรรจุไข่ ถ้วยไอศกรีม ถ้วยโยเกิร์ต เป็นต้น

5 ประเภทของโมลด์ด้านบนคือโมลด์สำหรับผลิตชิ้นงานพลาสติกประเภทต่างๆ

แม่พิมพ์ปั๊ม (Stamping)

Traitement_thermique_emboutissage_chaud_usibor_EN

(http://automotive.arcelormittal.com/saturnus/sheets/images/large/Traitement_thermique_emboutissage_chaud_usibor_EN.jpg)

เป็นวิธีการนำแผ่นเหล็ก (Strip) เข้ามาสู่ยังเครื่องปั๊มที่มีแม่พิมพ์ประกอบติดอยู่กับแท่นปั๊ม เมื่อแผ่นสตริปเข้ามายังแท่นปั๊มในตำแหน่งที่ต้องการแล้ว แท่นปั๊มจะกดลงมายังแผ่นสตริปเพื่อให้ได้ชิ้นงานตามแบบแม่พิมพ์ ชิ้นงานที่ได้จากแม่พิมพ์ปั๊ม เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ ชิ้นส่วนเครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

แม่พิมพ์ขึ้นรูป (Forming)

roll-forming

(http://www.custompartnet.com/wu/images/sheet-metal/roll-forming.png)

เป็นการเปลี่ยนรูปทรงของแผ่นเหล็กให้เป็นไปตามรูปทรงของพันซ์และดายโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงความหนาของเหล็ก แม่พิมพ์ขึ้นรูปมักจะนำใช้ในการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์

แม่พิมพ์ดึงขึ้นรูปลึก (Deep draw die)

fetch.php-2

(http://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?w=&h=&cache=cache&media=deep_drawing.png)

เป็นการควบคุมการใช้แรงกดดันหรือแรงที่กดลงบนแผ่นงาน (Blank) หรือชิ้นงาน (Work piece) ดันผ่านแม่พิมพ์ ด้วยพั้นช์ (Punch) ให้มีรูปร่างเป็นหลุมหรือโพรงลงไป โดยที่ความหนาของชิ้นงานมีความหนาเท่าวัสดุเดิม ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากแม่พิมพ์ดึงขึ้นรูปลึก เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ ชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

แม่พิมพ์ตีขึ้นรูป (Forging)

fir_m04_t04_03.2

(http://projects.nfstc.org/firearms/module04/images/fir_m04_t04_03.2.png)

เป็นแม่พิมพ์ที่ใช้ในการแปรรูปโลหะให้ได้รูปร่างตามที่กำหนดเป็นจำนวนมาก เช่น น๊อต สกรู เพลา เครื่องมือช่าง ชิ้นส่วนยานยนต์ เป็นต้น ชิ้นงานที่ผ่านการตีขึ้นรูปความร้อนจะมีความหนาแน่นและคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีขึ้น เช่น ความแข็งแรง ความสามารถในการรับแรงกระแทก (Toughness) ทั้งนี้การตีขึ้นรูปสามารถแบ่งได้ตามลักษณะอุณหภูมิที่ใช้ ได้แก่ Cold Forging ซึ่งเป็นการตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิห้อง Warm Forging เป็นการตีขึ้นรูปชิ้นงานที่อุณหภูมิที่ยังไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในทางโลหะวิทยา และ Hot Forging เป็นการตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง โลหะมีการเปลี่ยนแปลงรูปได้ง่าย กระบวนการตีขึ้นรูปเริ่มจากการเตรียมวัตถุดิบที่อยู่ในรูปของเหล็กเส้นรีดร้อนหรือในกรณีที่ต้องการให้มีขนาดหน้าตัดที่แน่นอนและคุณภาพผิวที่สูงขึ้นจะทำการดึงเย็นเพื่อลดขนาดเหล็กเส้นรีดร้อนให้อยู่ในรูปเพลาขาว แล้วจึงเอาเหล็กเข้าไปตีขึ้นรูปในแม่พิมพ์ที่ได้จัดเตรียมไว้เพื่อให้ได้ชิ้นงานตามต้องการ

แม่พิมพ์ฉีดหล่อ (Die casting)

fetch.php-3

(http://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?w=&h=&cache=cache&media=die_casting.png)

เป็นวิธีการหล่อที่ใช้ความดันสูงอัดน้ำโลหะเข้าสู่แม่พิมพ์ โดยน้ำโลหะนั้นจะนำเอาวัตถุดิบเช่น เหล็ก อลูมิเนียม เป็นต้น ผ่านเข้าเตาหล่อเพื่อหลอมโลหะให้กลายเป็นน้ำโลหะ จากนั้นน้ำโลหะจะวิ่งเข้าสู่แม่พิมพ์โดยผ่านทางรูเข้าของแม่พิมพ์ รูเข้าจะต้องออกแบบให้อยู่ในลักษณะที่ทำให้น้ำโลหะวิ่งเข้าแม่พิมพ์ได้สะดวก โดยอาศัยความดันเข้าช่วย ทิ้งไว้สักครู่แล้วจึงทำการแกะชิ้นงานออกจากแบบ ข้อดีของแม่พิมพ์ฉีดหล่อ คือ สามารถผลิตชิ้นงานที่มีความซับซ้อน ผลิตชิ้นงานบางได้ อัตราการผลิตสูง และมีความเที่ยงตรงสูง ส่วนข้อเสีย คือ ไม่สามารถผลิตชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่ได้ แม่พิมพ์มีราคาแพง โลหะที่ใช้ต้องมีจุดหลอมเหลวต่ำ ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากแม่พิมพ์ฉีดหล่อ เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ ชิ้นส่วนเครื่องจักร เครื่องใช้ภายในบ้าน ท่อน้ำ เป็นต้น

5 ประเภทของโมลด์ด้านบนคือโมลด์สำหรับผลิตชิ้นงานโลหะประเภทต่างๆ

แม่พิมพ์แก้ว

Screen Shot 2014-01-27 at 1.37.42 PM

(http://www.airbestpractices.com/sites/default/files/Screen%20Shot%202014-01-27%20at%201.37.42%20PM.png)

หมายถึงแม่พิมพ์ที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก้วซึ่งจะนำแก้วมาหลอมละลาย เมื่อแก้วถูกหลอมละลายแล้วจะนำไปผ่านเครื่องขึ้นรูปให้แก้วมีลักษณะเป็นท่อ (Parison) แล้วจึงนำเข้าสู่แม่พิมพ์เพื่อทำการเป่าให้ ได้รูปทรงตามแบบ แล้วจึงปลดชิ้นงานออก แม่พิมพ์แก้วจะมีลักษณะที่คล้ายคลึงกับแม่พิมพ์เป่าพลาสติกโดยทั่วไปแม่พิมพ์แก้วจะนำมาใช้ในการผลิตขวด แก้วน้ำ เป็นต้น รูป แม่พิมพ์แก้ว

แม่พิมพ์เซรามิกส์

mould-26

(http://www.basic-stuff.com/hobbies/ceramics/mould-26.bmp)

เซรามิกส์เป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะ อาศัยการนำวัสดุที่แตกต่างกันมารวมเข้าด้วยกัน เช่น ดิน หิน แร่ ยิบซั่ม ซีเมนต์ เป็นต้น จากการประสานกันของวัสดุต่างๆทำให้เซรามิกส์มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น จุดหลอมเหลว การกัดกร่อน สภาวะเปราะต่อภาระทางกล เป็นต้น ด้วยเหตุที่เซรามิกส์มีโครงสร้างที่แตกต่างกันทำให้การทำผลิตภัณฑ์จากเซรามิกส์มีอยู่หลายวิธี เช่น การอัดขึ้นรูปในสภาพอัดแห้ง การอัดขึ้นรูปในสภาพเปียก การอัดรีดขึ้นรูป การเผา และการเจียระไน ในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เซรามิกส์จะต้องออกแบบผลิตภัณฑ์โดยคำนึงถึงการขึ้นรูปด้วยการใช้เครื่องมือและอุปกรณ์แบบง่าย ราคาถูก ประหยัดเนื้อวัสดุ ตำแหน่งที่มีการขึ้นรูป ร่อง รู ให้พิจารณาถึงความหนาผนังให้เพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงการร้าว หรือให้คงทนต่อแรงกระแทกได้พอสมควร ตำแหน่งเหลี่ยมคม

แม่พิมพ์ยาง

RubberInjectionMolding

(http://www.customgasketmfg.com/Images/RubberInjectionMolding.jpg)

หมายถึงแม่พิมพ์ที่ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์หรือชิ้นส่วนที่เป็นยาง เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ ในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์จะนำยางแท่งที่แข็งตัวมาผ่านความร้อนเพื่อให้ยางอยู่ในสภาพหลอมเหลวและจึงทำการฉีดหรืออัดยางที่อยู่ในสภาพหลอมเหลวเข้าสู่แม่พิมพ์แล้วจะปล่อยให้ยางเย็นตัวเพื่อให้เกิดการแข็งตัวเป็นรูปร่างของผลิตภัณฑ์ตามแบบแม่พิมพ์

นี่คือประเภทของโมลด์ ประเภทต่างๆ พร้อมการใช้งานและตัวอย่างชิ้นงานที่ผลิตได้ คร่าวๆ สำหรับรายละเอียดลึกๆ ในแต่ละประเภทของโมลด์จะเขียนแยกให้ในบทความต่อๆไปค่ะ