ข้อบกพร่องในชิ้นงานพลาสติกและการแก้ไข ตอน 2

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))

รอยเชื่อมประสาน (Weld lines)

Welding_line01

รอยเชื่อมประสานเกิดจากการที่พลาสติก หลอมเหลวไหลมาบรรจบกันภายในแม่พิมพ์ฉีด ซึ่งมีสาเหตุมาจากการที่โพรงแม่พิมพ์มีทางเข้ามากกว่า 1 ตําแหน่งและ/หรือชิ้นงานมีความซับซ้อน หรือชิ้นงานมีความหนาผนังที่แตกต่างกันมาก ส่งผลให้ความแข็งแรงของชิ้นงานท่ีบริเวณรอยเช่ือมประสานมีค่าลดลงอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของพลาสติกท่ี เสริมแรงด้วยเส้นใย [12] นอกจากน้ียังอาจส่งผล ต่อความสวยงามของผลิตภัณฑ์ที่ได้อีกด้วย

โดยทั่วไปแล้วการเกิดรอยเชื่อมประสาน มีสาเหตุหลักมาจากการออกแบบแม่พิมพ์ฉีด ท่ีไม่เหมาะสม แต่ในความเป็นจริงแล้วเป็นเรื่องยากใน การออกแบบแม่พิมพ์ฉีด ให้สามารถฉีดช้ินงานท่ีมี ความซับซ้อนหรือมีขนาดใหญ่ท่ีไม่เกิดรอยเช่ือม ประสานได้ อย่างไรก็ตาม การใช้ โปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพื่อช่วยในการวิเคราะห์การไหลที่เกิดขึ้น ภายในแม่พิมพ์ฉีดก่อนนําไปผลิตเป็นแม่พิมพ์จริง (เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดรอยเช่ือม ประสานในตําแหน่งที่สําคัญ เช่น ตําแหน่งที่ รับภาระแรงกระทํา หรือตําแหน่งที่ปรากฏต่อ สายตาของลูกค้า) และการปรับตั้งค่าในการฉีดท่ี เหมาะสม อาจช่วยบรรเทาหรือลดปัญหาจากรอย เช่ือมประสานท่ีเกิดข้ึน [5, 6, 4]

แนวทางการปรับตั้งค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. เพิ่มอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือเพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีด
  2. เพิ่มความเร็วในการฉีดและ/หรือเพิ่ม ความดันคงค้าง
  3. เพิ่มความดันต้านการหมุนถอยหลัง กลับของสกรู (Back pressure)

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. เปลี่ยนตําแหน่งทางเข้าของพลาสติก หลอมเหลวภายในแม่พิมพ์ฉีด เพื่อลดจํานวนของรอยเช่ือมประสานท่ีเกิดขึ้น หรือหลีกเลี่ยงการเกิด รอยเช่ือมประสานในตําแหน่งท่ีสําคัญบนช้ินงาน
  2. ในกรณีที่ชิ้นงานมีความหนาผนังท่ี แตกต่างกันมาก ควรปรับเปลี่ยนให้มีค่าใกล้เคียง กันมากที่สุด เพื่อให้เกิดการไหลท่ีสมมาตรภายใน แม่พิมพ์ฉีด
  3. ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ช่วยในการ ออกแบบและวิเคราะห์การไหลภายในแม่พิมพ์ฉีด เพื่อวิเคราะห์หาตําแหน่งและขนาดของทางเข้าท่ี เหมาะสม ก่อนทําการผลิตแม่พิมพ์จริง

แนวทางการปรับแก้โดยใช้เทคนิคอื่น ๆ

  1. ใช้เทคนิค Sequential valve gates [8]
  2. ใช้เทคนิค Push-pull injection molding [12]
  3. ใช้เทคนิค SCORIM (Shear control orientation injection molding) [10]

รอยพ่น (Jetting)

moulding jetting

รอยพ่นที่เกิดขึ้นบนช้ินงาน โดยทั่วไปแล้ว มีสาเหตุมาจากความเร็วในการไหลของพลาสติก หลอมเหลวที่สูงเกินไปเมื่อเข้าสู่โพรงแม่พิมพ์ ส่ง ผลให้พลาสติกหลอมเหลวไม่สามารถไหลติดท่ีผนัง ของโพรงแม่พิมพ์ฉีด แนวทางในการแก้ ไขดังต่อไปน้ี

แนวทางการปรับตั้งค่าท่ีเครื่องฉีดพลาสติก

  1. ลดความเร็วในการฉีดและ/หรือเพิ่ม อุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือ เพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีด

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. เพิ่มขนาดของทางเข้า เพื่อลดความ- เร็วในการไหลของพลาสติกหลอมเหลวขณะเข้าสู่ โพรงแม่พิมพ์
  2. ปรับความหนาผนังของชิ้นงานให้มี ขนาดลดลงเพื่อให้พลาสติกหลอมเหลวไหลติดผนัง ของแม่พิมพ์ฉีด

รอยพุพอง (Blister)

BlisterOpt

การที่ชิ้นงานมีผิวพุพอง โดยทั่วไปมีสาเหตุหลักมาจากการท่ีอากาศหรือก๊าซ (ที่อาจเกิดจากการสลายตัวของความชื้นภายในเม็ดพลาสติก) ไม่สามารถออกจากแม่พิมพ์ฉีดได้ทันใน จังหวะฉีดข้ึนรูป ซึ่งอยู่ในลักษณะเป็นฟองอากาศ บนผิวหรือใต้ผิวของชิ้นงาน

แนวทางการปรับตั้งค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. หากรอยพุพองเกิดจากการเสื่อมสภาพ หรือสลายตัวของพลาสติกหลอมเหลว ให้ทําการ ลดอุณหภูมิฉีดพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือลด ความเร็วในการฉีดและ/หรือลดความเร็วรอบ การหมุนสกรู
  2. หากรอยพุพองเกิดจากอากาศหรือก๊าซ ที่เกิดข้ึนภายในกระบอกฉีด (Barrel) ให้ทําการเพิ่ม Back pressure และ/หรือลดระยะหรือปริมาตรการทํา Suck back (คือการดึงสกรูถอย หลังกลับภายหลังจากการเตรียมเนื้อพลาสติก หลอมเหลว เพื่อป้องกันการไหลของพลาสติก หลอมเหลวออกจากทางหัวฉีดหรือท่ีเรียกว่า Drooling [16]) และ/หรือลดความเร็วรอบการ หมุนสกรูและ/หรือลดอุณหภูมิท่ีบริเวณ Feed zone และ/หรือลดอุณหภูมิแม่พิมพ์ฉีด

แนวทางการปรับแก้ท่ีแม่พิมพ์ฉีด

  1. ตรวจสอบขนาดและตําแหน่งของช่อง ระบายอากาศภายในโพรงแม่พิมพ์ และที่บริเวณ หน้าแม่พิมพ์ว่าเพียงพอหรือไม่ นอกจากน้ีควร ทําการตรวจสอบขนาดของทางเข้าด้วย

วัสดุที่ใช้ในการฉีดขึ้นรูป

  1. ตรวจสอบความชื้นของเม็ดพลาสติกและ สอบถามข้อมูลจากผู้ผลิตเม็ดพลาสติก

โพรงอากาศ (Voids/Bubbles)

Bubbles(Voids)Opt

โพรงอากาศที่เกิดขึ้นภายในช้ินงานฉีดพลาสติก แตกต่างจากรอยพุพอง (Blisters) ซึ่งเกิดขึ้นที่บริเวณผิวของชิ้นงาน โดยทั่วไปแล้วการเกิดโพรงอากาศภายใน ช้ินงาน มีสาเหตุมาจากการหดตัว (Shrinkage) ของชั้นแกนกลางภายในชิ้นงาน (Core layer) ใน ช่วงระหว่างการเย็นตัวภายในแม่พิมพ์ฉีด ซึ่งหาก บริเวณชั้นผิวของช้ินงานที่แข็งตัว (Solidified skin layer/Frozen layer) มีความหนามาก ทําให้ พลาสติกหลอมเหลวที่บริเวณชั้นแกนกลางไม่ สามารถหดตัวได้ (หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือไม่ สามารถดึงชั้นผิวที่แข็งตัวลงมา ซึ่งทําให้เกิดรอยยุบท่ีผิวของช้ินงาน ดังที่กล่าวไว้แล้วข้างต้น) ส่งผลให้เกิดช่องว่างหรือโพรงอากาศท่ีเป็น สุญญากาศ (Vacuum) ที่บริเวณช้ันแกนกลางของ ชิ้นงาน โดยปกติแล้วแนวทางการลดโพรงอากาศ ที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงาน สามารถทําได้เช่นเดียวกับ การแก้ปัญหารอยยุบที่เกิดขึ้นบนผิวของชิ้นงาน

แนวทางการปรับตั้งค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. เพิ่มครูชั่น (Cushion) และ/หรือเพิ่ม ความดันคงค้างและ/หรือเวลาที่ให้ความดัน คงค้าง
  2. เพิ่มอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือเพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีดและ/ หรือเพิ่มความเร็วฉีด
  3. เพิ่ม Back pressure เพื่อเพิ่มความ หนาแน่นของเน้ือพลาสติกหลอมเหลว (Melt density) หากเกิดฟองอากาศภายในเนื้อพลาสติก หลอมเหลวก่อนการไหลเข้าสู่แม่พิมพ์ฉีด
  4. เพิ่มเวลาในการเย็นตัวของชิ้นงาน ภายในแม่พิมพ์ฉีด

แนวทางการปรับแก้ท่ีแม่พิมพ์ฉีด

  1. หากเป็นไปได้ควรปรับลดขนาดความ หนาของชิ้นงาน
  2. เพิ่มขนาดทางเข้าและทางวิ่ง เพื่อเพิ่ม ประสิทธิภาพการให้ความดันคงค้างในการชดเชย การหดตัวของช้ินงาน
  3. ลดขนาดทางเข้า หากฟองอากาศเกิด ขึ้นภายในพลาสติกหลอมเหลวก่อนไหลเข้าสู่โพรง แม่พิมพ์
  4. ตรวจสอบขนาดและตําแหน่งของช่อง ระบายอากาศภายในโพรงแม่พิมพ์ว่าเพียงพอ หรือไม่

รอยประกายเงิน (Silver streaks)

Case Study1_2

รอยประกายเงินที่เกิดข้ึนบนผิวช้ินงาน มีสาเหตุหลักมาจากความชื้น (Moister) ภายในเม็ดพลาสติกท่ีทําการฉีดขึ้นรูป โดยความชื้นภายใน เม็ดเมื่อได้รับความร้อนจะสลายตัวเป็นก๊าซเมื่อถูก ฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ฉีด ซึ่งหากแม่พิมพ์มีช่อง ระบายอากาศไม่เพียงพอ หรือหากทําการฉีดที่ ความเร็วฉีดสูงเกินไป จะปรากฏรอยประกายเงิน บนผิวของชิ้นงาน

แนวทางการปรับต้ังค่าท่ีเครื่องฉีดพลาสติก

  1. ลดความเร็วและแรงดันในการฉีดเพื่อ ให้อากาศหรือก๊าซสามารถหนีออกจากแม่พิมพ์ ได้ทัน
  2. ลดแรงปิดแม่พิมพ์เพื่อช่วยให้ระบาย อากาศออกได้ดีขึ้น
  3. เพิ่มความดันต้านทานการหมุนถอย หลังกลับของสกรูเพื่อลดปริมาณอากาศหรือเพิ่ม ความหนาแน่นของเนื้อพลาสติกหลอมเหลว
  4. ลดระยะหรือปริมาตรในการทํา Suck back

แนวทางการปรับแก้ท่ีแม่พิมพ์ฉีด

  1. ตรวจสอบขนาดและตําแหน่งของช่อง ระบายอากาศว่าเพียงพอหรือไม่

วัสดุท่ีใช้ในการฉีดขึ้นรูป

  1. ทําการอบเม็ดพลาสติกก่อนการฉีดขึ้นรูป โดยสอบถามข้อมูลจากผู้ผลิตเม็ดพลาสติก โดยตรง

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.