ข้อบกพร่องในชิ้นงานพลาสติกและการแก้ไข ตอน 3 (จบ)

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))

รอยไหม้ (Burn marks)

BurnsOpt

รอยไหม้บนผิวชิ้นงานมีสาเหตุมาจากการที่อากาศหรือก๊าซท่ีอยู่ภายในโพรงแม่พิมพ์ ถูกพลาสติกหลอมเหลวอัดด้วยแรงดันที่สูงมาก จนเกิดความร้อนสูงถึงประมาณ 800–1,000 C

แนวทางการปรับตั้งค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. ลดความเร็วและแรงดันในการฉีด เพื่อ ให้อากาศหรือก๊าซสามารถหนีออกจากแม่พิมพ์ ได้ทัน
  2. ลดแรงปิดแม่พิมพ์เพื่อช่วยให้ระบาย อากาศออกได้ดีขึ้นและ/หรือลดอุณหภูมิฉีดของ พลาสติกหลอมเหลว
  3. ลดระยะหรือปริมาตรการทํา Suck back เพื่อลดปริมาณอากาศภายในห้องหลอม

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. ตรวจสอบขนาดและตําแหน่งของช่อง ระบายอากาศว่าเพียงพอหรือไม่ ซึ่งอาจเพิ่ม ตําแหน่งของช่องระบายอากาศที่บริเวณก้าน กระทุ้งได้
  2. ในกรณีที่รอยไหม้เกิดที่บริเวณรอย เช่ือมประสาน ให้เปลี่ยนตําแหน่งของทางเข้าหรือ ทําช่องระบายอากาศเพิ่มท่ีบริเวณน้ัน

การปนเปื้อนบนผิวของชิ้นงาน (Contamination)

ts-pdsg_dirt_inclusions

การปนเปื้อนบนผิวของช้ินงาน โดยท่ัวไปแล้วมีหลายสาเหตุซึ่งมาจาก การควบคุมในกระบวนการผลิตที่ไม่เหมาะสม ยกตัวอย่างเช่น เกิดการปนเปื้อนของผงสีหรือ เม็ดสี (Pigments) และเม็ดพลาสติกประเภทอื่น ในเม็ดพลาสติกที่ต้องการฉีด ซึ่งเกี่ยวข้องกับ ระบบการเก็บวัสดุโดยตรง นอกจากน้ีการล้างสกรู (Purging) โดยใช้พลาสติกชนิดท่ีสองภายหลังจาก การฉีดพลาสติกชนิดแรกเป็นสิ่งท่ีสําคัญ ซึ่งอาจ เป็นสาเหตุที่ทําให้เกิดการปนเปื้อนบนผิวของชิ้นงานได้ หากการปนเปื้อนที่เกิดข้ึนบนผิวของ ช้ินงานมีสีดําหรือสีน้ําตาล อาจไม่ใช่รอยไหม้ (Burn marks) ซึ่งหากเป็นรอยไหม้จะเกิดท่ี ตําแหน่งเดิมหรือใกล้เคียงกับตําแหน่งเดิมเสมอ ในขณะท่ีหากเป็นรอยปนเปื้อน จะเกิดที่ตําแหน่ง ใดๆ ก็ได้บนหรือภายในชิ้นงาน เช่น รอยไหม้บน สกรูที่หลุดออกมาบนผิวของช้ินงาน หรืออาจเป็น เพียงแค่คราบน้ํามันท่ีเกิดข้ึนบนผิวของแม่พิมพ์ เป็นต้น

แนวทางการแก้ ไข

  1. ตรวจสอบความสะอาดของเม็ด พลาสติกและสถานที่เก็บ และทําความสะอาด กรวยเติม (Hopper) ทุกคร้ังเมื่อเปลี่ยนสีหรือชนิด ของพลาสติกที่ใช้
  2. ทําการล้างสกรู (Purging) ด้วย พลาสติกเกรดล้างเครื่องที่เหมาะสม หรือถอดสกรู ออกมาจากเครื่องฉีดเพื่อขัดทําความสะอาด
  3. หากมีการนําพลาสติกที่ผ่านการบด ย่อยเพื่อลดขนาด (Regrind) มาผสมกับพลาสติก ด้ังเดิม (Virgin) ควรทําความสะอาดเครื่องบด (Crusher) ด้วย
  4. ลดอุณหภูมิฉีดของพลาสติหลอมเหลว และ/หรือลดความเร็วในการฉีดและ/หรือลด ความเร็วรอบการหมุนสกรูและ/หรือลดแรงดัน ต้านการหมุนสกรูถอยหลังกลับ ในกรณีท่ีฉีด พลาสติกท่ีเสื่อมสภาพ เนื่องจากความร้อนได้ง่าย ยกตัวอย่างเช่น Polyvinyl Chloride (PVC)
  5. ตรวจสอบส่ิงปนเปื้อนท่ีบริเวณด้าน หน้าของแม่พิมพ์ และทําความสะอาดแม่พิมพ์ซึ่ง อาจมีคราบน้ํามันติดอยู่

รอยฝ้าบริเวณใกลท้างเข้า (Blushmarks)

BlushOpt

โดยท่ัวไปแล้วการมีรอยฝ้าที่บริเวณใกล้ทางเข้า มีสาเหตุหลักมาจากความเร็วในการฉีดที่ สูงเกินไปหรือทางเข้าที่มีขนาดเล็กเกินไป ทําให้ พลาสติกหลอมเหลวไม่สามารถไหลติดที่บริเวณ ผนังของแม่พิมพ์

แนวทางการแก้ ไข

  1. ลดความเร็วในการฉีดในช่วงแรกหลัง จากนั้นค่อย ๆ เพิ่มความเร็วในการฉีดตามลําดับ
  2. เพิ่มขนาดของทางเข้าและ/หรือเพิ่ม ขนาดของ Cold slug
  3. หากรอยฝ้าเกิดที่บริเวณมุมของชิ้นงาน ให้ปรับความโค้งของมุมภายในแม่พิมพ์ฉีด

ชิ้นงานหดตัว (Shrinkage)

โดยปกติแล้วการหดตัวของช้ินงานเทอร์โมพลาสติก จะเกิดข้ึนมากหรือน้อยข้ึนอยู่กับ โครงสร้างของพลาสติกชนิดน้ัน ๆ (0.1-2.5%) โดยพลาสติกท่ีมีโครงสร้างเป็นกึ่งผลึก (Semi- crystalline) จะเกิดการหดตัวท่ีมากกว่าพลาสติก ที่มีโครงสร้างแบบอสัญฐาน (Amorphous) ซึ่งปริมาณการหดตัวของช้ินงานที่ผ่านกระบวนการ ฉีดข้ึนรูปสามารถพิจารณาได้จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง ความดัน (Pressure) ปริมาตร (Volume) และอุณหภูมิ (Temperature) หรือที่ เรียกว่า PVT diagram [2]

แนวทางการปรับต้ังค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. เพิ่มระยะหรือปริมาตรของครูชั่น และ/หรือเพิ่มความดันคงค้างและ/หรือเวลาใน การให้ความดันคงค้าง
  2. เพิ่มอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือเพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีดและ/ หรือเพิ่มความดันต้านการหมุนถอยหลังกลับ ของสกรู
  3. เพิ่มเวลาในการเย็นตัวของชิ้นงาน ภายในแม่พิมพ์ฉีด

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. เพิ่มขนาดของช่องทางวิ่งและช่องทางเข้า เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งถ่ายความดันคงค้าง เพื่อชดเชยการหดตัวของช้ินงานและ/หรือ ออกแบบแม่พิมพ์เพื่อชดเชยการหดตัวของชิ้นงาน

ชิ้นงานบิดเบี้ยว (Warpage/Distortion)

warp

การเกิดการบิดเบี้ยวหรือโก่งงอของ ชิ้นงาน มีสาเหตุหลักมาจากการหดตัวของชิ้นงาน ที่ไม่เท่ากันในทุกทิศทาง เนื่องจากอัตราการเย็น ตัวของชิ้นงานภายในแม่พิมพ์ฉีดที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดการบิดเบี้ยวและมีรูปร่างไม่ตรงตามต้องการ

แนวทางการปรับตั้งค่าที่เครื่องฉีดพลาสติก

  1. เพิ่มเวลาในการเย็นตัวของชิ้นงานภาย ในแม่พิมพ์ฉีด
  2. เพิ่มระยะหรือปริมาตรของครูชั่นและ/ หรือเพิ่มความดันคงค้างและ/หรือเวลาในการให้ ความดันคงค้าง
  3. เพิ่มอุณหภูมิฉีดของพลาสติกหลอมเหลวและ/หรือเพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีด และ/หรือเพิ่มความดันต้านการหมุนถอยหลังกลับ ของสกรู

แนวทางการปรับแก้ที่แม่พิมพ์ฉีด

  1. ตรวจสอบตําแหน่งและขนาดของช่อง น้ําหล่อเย็นภายในแม่พิมพ์ (Cooling path) เพื่อ ให้อัตราการเย็นตัวของช้ินงานเป็นไปอย่าง สม่ำเสมอ
  2. ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ช่วยในการ วิเคราะห์การบิดเบี้ยวของช้ินงานที่เกิดขึ้นจากการ ออกแบบช่องทางของน้ําหล่อเย็นก่อนทําการผลิต แม่พิมพ์จริง
  3. เพิ่มขนาดของช่องทางวิ่งและช่องทาง เข้า เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งถ่ายความดัน คงค้างเพื่อชดเชยการหดตัวของช้ินงาน
  4. หลีกเลี่ยงการออกแบบชิ้นงานที่มีมุม แหลม และมีความหนาของผนังที่แตกต่างกันมาก

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.