ข้อบกพร่องในชิ้นงานพลาสติกและการแก้ไข ตอน 1

ได้มีโอกาสไปศึกษาเรื่องการฉีดชิ้นงานพลาสติก ปัญหาในการฉีด และวิธีการแก้ไข เห็นว่าเป็นประโยชน์กับวิศกรออกแบบ design engineer ที่ออกแบบทั้งตัวผลิตภัณฑ์ และ แม่พิมพ์ฉีด เพราะถ้าเรามีความรู้ในขั้นตอนการผลิต รู้ข้อดี ข้อเสีย ข้อจำกัด เราก็จะสามารถออกแบบ ทั้งตัวผลิตภัณฑ์ และ แม่พิมพ์ฉีด ให้สามารถผลิตได้ง่ายที่สุดเท่าที่จะทำได้ จึงได้รวบรวมมาให้ทุกคนได้อ่านค่ะ จะพยายามรวบรวมเรื่อยๆ มีอะไรเสนอแนะ ติ ชม ได้เลยนะคะ (บทความชุดนี้มี 3 ตอน ข้อบกพร่องในชิ้นงานพลาสติกและการแก้ไข ตอน 1ข้อบกพร่องในชิ้นงานพลาสติกและการแก้ไข ตอน 2 และ ข้อบกพร่องในชิ้นงานพลาสติกและการแก้ไข ตอน 3 (จบ))

ชิ้นงานฉีดไม่เต็ม (Short shots)

ShortShotW

ข้อบกพร่องแรกที่พบมากในกระบวนการ ฉีดขึ้นรูปคือ ชิ้นงานฉีดไม่เต็มแบบ ซึ่งพบทุกครั้งในขั้นตอนแรกของการ ฉีดขึ้นรูป เพื่อการปรับตั้งปริมาตรการฉีดหรือ ระยะการฉีด (Shot size) ที่เหมาะสม อย่างไร ก็ตามหากปัญหาดังกล่าวยังคงเกิดข้ึน ทั้งท่ีได้ ทําการตั้งปริมาตรการฉีดที่เหมาะสมแล้ว แนวทางการแก้ ไขปัญหาอาจสามารถทําได้ โดย

แนวทางการปรับต้ังค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. เพิ่มอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลว (Injection temperature)
  2. เพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีด (Mold temperature)
  3. เพิ่มความดันในการฉีด (Injection pressure)
  4. เพิ่มความเร็วในการฉีด (Injection speed)
  5. เพิ่มความดันต้านการหมุนถอยหลังกลับของสกรู (Back pressure)
  6. ตรวจสอบการสกึ หรอของแหวน กนั ไหลย้อนกลับ (Non-return valve)

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. เพิ่มขนาดและ/หรือลดความยาวของ ช่องทางวิ่ง (Runner)
  2. เพิ่มตําแหน่ง และขนาดของช่องทางเข้า (Gate)
  3. หากเป็นไปได้ควรปรับขนาดความหนา ของชิ้นงาน (Wall thickness) ให้มีความหนา เพิ่มมากข้ึน
  4. ตรวจสอบขนาดและตําแหน่งของช่อง ระบายอากาศ (Venting) ว่าเพียงพอหรือไม่

รอยยุบ (Sink marks)

SinkOpt

โดยทั่วไปแล้วการเกิดรอยยุบบนผิวของ ชิ้นงาน เกิดขึ้นภายหลังจากปรับต้ังค่าปริมาตร การฉีดท่ีเหมาะสม แต่ยังไม่ได้มีการให้ความดัน คงค้าง (Holding pressure) ภายหลังจากใน จังหวะการฉีดขึ้นรูป (Injection phase) ซึ่งการ เกิดรอยยุบบนผิวของชิ้นงานมีสาเหตุหลักมาจาก การหดตัวของชิ้นงาน (Shrinkage) ในขณะที่เย็น ตัวภายในแม่พิมพ์ฉีด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการฉีด ช้ินงานที่มีความหนามาก หรือท่ีบริเวณแนวเสริม ความแข็งแรงของชิ้นงาน (Rib) อย่างไรก็ตามหากมีการให้แรงดันคงค้างแล้ว รอยยุบยังคงปรากฏอยู่บนผิวของช้ินงาน อาจมี แนวทางการแก้ ไขดังน้ี

แนวทางการปรับตั้งค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. เพิ่มปริมาตรของพลาสติกหลอมเหลว ท่ีสามารถไหลเข้าในแม่พิมพ์ฉีดในจังหวะที่ให้ ความดันคงค้าง หรือท่ีเรียกว่าครูชั่น (Cushion)
  2. เพิ่มความดันคงค้างและ/หรือเวลาใน การให้ความดันคงค้าง
  3. ลดอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือลดอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีด และ/หรือลดความเร็วฉีด (หากพบรอยยุบเกิดขึ้น ใกล้บริเวณทางเข้า หรือในกรณีพบรอยยุบในชิ้น งานหนา)
  4. เพิ่มอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือเพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีดและ/ หรือเพิ่มความเร็วฉีด (หากพบรอยยุบเกิดข้ึนห่าง จากบริเวณทางเข้า หรือในกรณีพบรอยยุบในชิ้น งานบาง)
  5. เพิ่มเวลาในการเย็นตัวของช้ินงาน ภายในแม่พิมพ์ฉีด (Cooling time)
  6. ตรวจสอบการสึกหรอของแหวนกัน ไหลย้อนกลับ

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. เพิ่มขนาดของช่องทางวิ่งและช่องทาง เข้าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งถ่ายความดัน คงค้างเพื่อชดเชยการหดตัวของช้ินงาน
  2. หากเป็นไปได้ควรปรับลดขนาดความ หนาของชิ้นงานและ/หรือปรับลดความสูงแนว เสริมความแข็งแรงของช้ินงาน

แนวทางการปรับแก้โดยใช้เทคนิคอื่น ๆ

  1. ใช้สารเติมแต่ง (Additives) ที่เรียกว่า Chemical blowing agents (CBA) [11] โดยสารชนิดนี้จะเกิดการสลายตัวเป็นก๊าซ (ทั่วไป แล้วคือ ก๊าซ CO2 และ N2) กลายเป็นรูพรุน (Voids) ภายในช้ินงานท่ีบริเวณช้ันแกนกลาง (Core layer) ของช้ินงานเพื่อชดเชยการยุบตัวท่ี ผิวของช้ินงานที่มีความหนามาก
  2. ใช้เทคนิคการฉีดก๊าซ (ท่ัวไปแล้วคือ ก๊าซ CO2 และ N2) หรือน้ํา (Gas/Water assisted injection molding) [9, 13] ในชั้นแกน กลางของชิ้นงานเพื่อชดเชยการยุบตัวท่ีผิวของช้ิน งานท่ีมีความหนามาก

ชิ้นงานติดภายในแม่พิมพ์ (Part sticking)

การท่ีช้ินงานติดขัดหรือไม่สามารถนํา ปลดออกจากแม่พิมพ์ฉีดได้อย่างสะดวก ถึงแม้ว่าอาจไม่ใช่ข้อบกพร่องที่เกิด บนชิ้นงาน แต่เป็นปัญหาสําคัญที่ส่งผลกระทบต่อ รอบเวลาในกระบวนการฉีดอย่างมาก เนื่องจาก เครื่องฉีดไม่สามารถทํางานได้อย่างอัตโนมัติ ซึ่งการที่ชิ้นงานไม่สามารถนําปลดออกจากแม่พิมพ์ฉีด มีสาเหตุมาจากหลายปัจจัยทั้งในส่วนของ แม่พิมพ์ฉีด และการปรับตั้งค่าพารามิเตอร์ในการ ฉีดที่ไม่เหมาะสม

แนวทางการปรับตั้งค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. ลดแรงดันฉีดและ/หรือลดความดัน คงค้างและ/หรือลดเวลาที่ให้ความดันคงค้าง
  2. ลดอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือลดอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีดและ/ หรือลดความเร็วฉีด
  3. เพิ่มเวลาในการเย็นตัวของชิ้นงาน
  4. ใช้น้ํายาหรือสารเคมีช่วยในการถอด แบบ (Mold release agents) เพื่อให้ผิวของแม่ พิมพ์มีความลื่นทําให้ง่ายต่อการนําปลดชิ้นงาน

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. ตรวจสอบจํานวนและตําแหน่งใน การนําปลดของก้านกระทุ้ง (Ejector pins) ว่า สมมาตร (Symmetry) ในขณะนําปลดหรือไม่ นอกจากน้ีควรตรวจสอบขนาดและความยาวของ ก้านกระทุ้งว่าไม่เล็กหรือสั้นจนเกินไป
  2. ตรวจสอบมุมเอียงต่าง ๆ ท่ีบริเวณ ภายในโพรงแม่พิมพ์ฉีด (Cavity) บริเวณทางวิ่ง และทางเข้า เป็นต้น
  3. ในกรณีท่ีฉีดหลายโพรงแม่พิมพ์ (Multi-cavities) ตรวจสอบการไหลของพลาสติก หลอมเหลว ซึ่งควรมีความสมมาตรในแต่ละโพรง แม่พิมพ์
  4. หากชิ้นงานติดที่บริเวณด้านหน้าแม่ พิมพ์ซึ่งอยู่กับท่ี (Stationary plate) หรืออยู่ด้านท่ี ติดกับชุดฉีด ควรตรวจสอบมุมเอียงของก้านรูฉีด (Sprue) และการทํางานของสลักดึงแกนรูฉีด (Sprue puller) นอกจากนี้ยังควรตรวจสอบ บริเวณหน้าสัมผัสระหว่างหัวฉีดและปลอกรูฉีด (Sprue bushing) ว่ามีพลาสติกหลอมเหลวติดอยู่ หรือไม่

ครีบ (Flash)

การเกิดครีบบนชิ้นงาน โดยทั่วไปแล้วอาจเกิดที่ตําแหน่งรอยประกบของ แม่พิมพ์ (Parting line) หรืออาจเกิดที่บริเวณด้าน หลังชิ้นงานที่ตําแหน่งรอยกระทุ้ง (Ejector marks) ซึ่งมีแนวทางในการแก้ไขดังต่อไปน้ี

แนวทางการปรับต้ังค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. เพิ่มแรงปิดแม่พิมพ์ (Clamping force)
  2. ลดความดันคงค้างและ/หรือลดเวลา ที่ใช้ในการให้ความดันคงค้าง
  3. ลดอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือลดอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีด
  4. ลดความเร็วในการฉีดและ/หรือลดแรงดันฉีด

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. ตรวจสอบการสึกหรอท่ีเกิดข้ึนตาม รอยประกบของแม่พิมพ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งท่ี บริเวณที่เกิดครีบภายในแม่พิมพ์ฉีด
  2. ตรวจสอบช่องระบายอากาศ (Venting) ท่ีบริเวณหน้าแม่พิมพ์
  3. ตรวจสอบการสึกหรอของก้านกระทุ้ง หากเกิดครีบที่บริเวณรอยกระทุ้ง

ที่มา : วารสารวิศวกรรมสาร มก

เอกสารอ้างอิง

[1] ARBURG GmbH, A Brief Guide into Injection Molding, Postfach Lossburg, Germany, 1999.
[2] A.W. Birley, B. Haworth and J. Batchelor, Physics of Plastics: Processing, Properties and Materials Engineering, Hanser Publishers, New York, 1992.
[3] Bakelite AG / KISTLER, Defects on Injection Molded Parts.
[4] D.M. Bryce, Thermoplastic Trouble- shooting for Injection Molders, Society of Plastic Engineers, 1991.
[5] Donald V. Rosato and Dominick V. Rosato, Injection Molding Handbook: The Complete Molding Operation Technology, Perfor- mance, Economics, Chapman & Hall, New York, 1995.
[6] D.V. Rosato, Plastics Processing Data Handbook, Van Nostrand Reinhold, New York, 1989.
[7] Faculty of Mechanical and Plastics Engineering, Chemnitz University of Technology, Germany.
[8] I. Kühnert, V. Stoll and G. Mennig, The 21st annual meeting of the polymer processing society (PPS), Leipzig, Germany, 19-23 June 2005, ISBN 3-86010-784-4.
[9] J. Avery, Gas-Assisted Injection Molding: Principle and Applicat- ions, Hanser Publishers, New York, 2001.
[10] L. Wang, P.S. Alan and M.J. Bevis, Plastic Rubber and Composites Processing and Applications, 1995, 23(3): 139-150.
[11] R.A. Malloy, Plastic Part Design for Injection Molding, Hanser Publishers, New York, 1994.
[12] S. Patcharaphun and G. Mennig, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2006, 25(4): 421-435.
[13] T.A. Osswald, Polymer Processing Fundamentals, Carl Hanser Verlag, Munich 1998.
[14] T.L. Richardson and E. Lokensgard, Industrial Plastics: Theory and Applications, Delmar Publishers Inc., New York, 1996.
[15] W. Michaeli, A. Brunswick and C. Kujat, Kunststoffe Plast Europe, 2000, 90(8): 25-28.
[16] W. Michaeli et al., Training in Injection Molding, Hanser Publishers, Munich 1995.