หน้าหลัก > โรงงานพลาสติก > บทความงานพลาติก > ความดันในการฉีดและแรงปิดแม่พิมพ์พลาสติก

5. ความดันในการฉีดและแรงปิดแม่พิมพ์พลาสติก

5.1 บทนำ

ความดันในการฉีด คือ ความดันที่เกิดกับพลาสติกเหลวที่อยู่ในกระบอกฉีดหน้าปลายสกรูเนื่องจากแรงขับเคลื่อนของตัวสกรูฉีด ความดันในการฉีดจะต้องทำหน้าที่ขับดันพลาสติกเหลวให้ไหลออกจากกระบอกฉีด ผ่านหัวฉีดและเข้าไปในแม่พิมพ์พลาสติกจนเต็ม กล่าวคือจะมีหน้าที่หลักคือการเติมเนื้อพลาสติกเหลวให้เต็มในแม่พิมพ์ (Killing) พอดีและ/หรือการอัดเนื้อพลาสติกเหลวให้แน่นในแม่พิมพ์ (Packing) ด้วยก็ได้

5.2 แฟกเตอร์ที่มีผลต่อความดันฉีด

ความดันในการฉีดจะขึ้นอยู่กับแฟกเตอร์ต่าง ๆ ที่สำคัญ ๆ ซึ่งสามารถแบ่งออกได้ดังนี้ คือ
1. ความสามารถในการไหลของตัวพลาสติก เช่น ชนิดของพลาสติก ความหนืดของพลาสติกเหลวหรือค่าดัชนีการหลอมไหล (Melt Flow Index, MFI) อุณหภูมิของพลาสติกเหลว
2. อุปสรรคต่าง ๆ ในกระบอกฉีดและในหัวฉีด เช่น ขนาดรูของหัวฉีด ความยาวของหัวฉีด อุณหภูมิ หัวฉีด ระยะทางที่พลาสติกเหลวอยู่ในกระบอกฉีด
3. อุปสรรคต่าง ๆ ในแม่พิมพ์ เช่น ขนาดของช่องทางการไหลในแม่พิมพ์ในส่วนที่เป็นตัวชิ้นงาน (เช่นชิ้นงานบาง อธิ เช่น ตะกร้าผลไม้ ตะกร้าลำไย ตะกร้ามังคุด หรือชิ้นงานที่มีความหนา อธิ เช่น ถาดเพาะกล้า เก้าอี้พลาสติก อ่างผสมปูน ถังหิ้วปูน เกรียงถือปูน กระบะฉาบปูน) ขนาดของทางน้ำพลาสติกวิ่ง ขนาดของทางน้ำพลาสติกเข้าชิ้นงาน ระยะทางการไหลของพลาสติกเหลว อุณหภูมิ แม่พิมพ์ คุณภาพความเรียบของผิวหน้าแม่พิมพ์ จุดอับหรือมุมอับต่าง ๆ ในการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์

5.3 การหาความดันในการฉีด

ข้อมูลความดันในการฉีดโรงงานพลาสติกสามารถหาได้จากบริษัทผู้ขายเม็ดพลาสติกโดยตรงตามชนิดของพลาสติก ซึ่งจะมีความผิดพลาดค่อนข้างมาก เนื่องจากค่าความดันฉีดที่ให้มาจะไม่ได้คำนึงถึงอุปสรรคต่าง ๆ ในหัวฉีดและในแม่พิมพ์ แต่ถ้าต้องการได้ค่าความดันฉีดที่ผิดพลาดน้อยลง จะสามารถคำนวณหาได้ดังนี้
เมื่อ P₂ = ความดันฉีดของพลาสติกเหลวในหัวฉีด (bar)
P₂ = PF + 200 bar หรือ 400 bar โดยความดัน 200 bar หรือ 400 bar นี้จะเป็นความดันที่ต้องใช้ในการขับดันให้พลาสติกเหลวไหลผ่านทางน้ำพลาสติกวิ่ง (Runner) ถ้าทางน้ำพลาสติกวิ่งมีขนาดช่องทางการไหลกว้างหรือไม่ยาวมากจะใช้ค่าความดัน 200 bar แต่ถ้าทางน้ำพลาสติกวิ่งมีขนาดช่องทางการไหลแคบหรือ ยาวมาก จะใช้ค่าความดัน 400 bar แต่โดยทั่วไปจะใช้ค่าความดัน 200 bar ก็เพียงพอแล้ว
PF = ความดันฉีดของพลาสติกเหลวที่ตำแหน่งทางน้ำพลาสติกเข้า (Gate)
Pp = K_F K_S f_W
K_F = แฟกเตอร์เกี่ยวกับการไหลของพลาสติก (bar/mm)
K_S = แฟกเตอร์เกี่ยวกับความหนาของช่องทางการไหลหรือความหนาชิ้นงาน
f_W = ความยาวของช่องทางการไหลหรือระยะทางการไหลของพลาสติกเหลว (mm)
ฉะนั้นจะได้ P₂ = (K_F K_S f_W) + 200 bar (เป็นความดันที่เผื่อเอาไว้สำหรับการสูญเสียใน Runner)

ตารางที่ 5.1 แฟกเตอร์การไหลของพลาลติก (K_F)

รูปที่ 5.1 กราฟแฟกเตอร์ค่า Ks

5.3.1 ตัวอย่างการคำนวณหาความดันฉีด

เพื่อให้เกิดความเข้าใจได้ดีขึ้น จึงขอยกตัวอย่างแบบง่าย ๆ ในการคำนวณหาความดันในการฉีดดังนี้

ตัวอย่างที่ 1 ในการฉีดชิ้นงานพลาสติก HDPE หนา 0.8 มิลลิเมตร ยาว 100 มิลลิเมตร จะต้องใช้ความดันในการฉีดที่หัวฉีด เท่ากับเท่าไร
จาก P₂ = (K_F K_S f_W) + 200 bar
K_F = 1.8 bar/mm
K_S = 4.5 (จากกราฟ)
f_W = 100 mm
ดังนั้น P2 = (1.8 bar/mm 4.5 100 mm) + 200 bar
จะได้ P2 = 1,010 bar
ตอบ จะต้องใช้ความดันในการฉีดที่หัวฉีดเท่ากับ 1,010 บาร์

หมายเหตุ ความดันในการฉีดที่กล่าวมาข้างต้นเป็นความดันที่พลาสติกเหลวในหัวฉีด ไม่ใช่ความดันที่น้ำมันไอดรอลิก เครื่องฉีดบางรุ่นจะสามารถปรับตั้งค่าความดันฉีดที่ต้องการที่พลาสติกเหลวในหัวฉีดได้โดยตรง ในขณะที่เครื่องฉีดบางรุ่นจะปรับตั้งความดันฉีดที่น้ำมันไฮดรอลิกเท่านั้น ดังนั้นการปรับตั้งค่าความดันฉีดที่น้ำมัน ไอดรอลิกให้ได้ตรงกับค่าความดันฉีดที่พลาสติกเหลวที่หัวฉีดตามที่ต้องการ จะต้องดูจากกราฟที่ติดอยู่ที่ตัวเครื่องฉีด ซึ่งเป็นกราฟแสดงความสัมพันธ์ของความดันน้ำมันไฮดรอลิกกับความดันพลาสติกเหลวที่หัวฉีดตามขนาดความโตของสกรูฉีด ส่วนเครื่องฉีดรุ่นใหม่ที่เป็นระบบไฟฟ้าจะปรับตั้งค่าความดันในการฉีดที่พลาสติกเหลวที่หัวฉีดได้เพียงอย่างเดียวเท่านั้น

5.4 แรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์

แรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์ คือ แรงที่ต้องใชในการปิดล็อกแม่พิมพ์เพื่อป้องกันไม่ให้แม่พิมพ์เผยอและเปิดอ้าออกเนื่องจากแรงที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์ ซึ่งมาจากความดันของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์กระทำกับพื้นที่ภาพ ฉายซึ่งเป็นพื้นที่ที่ตั้งฉากกับทิศทางการปิดเปิดของแม่พิมพ์ (เมื่อเปิดแม่พิมพ์ออกแล้วมองตั้งฉากกับผิวหน้าแม่พิมพ์ที่เปิดออกนั้น พื้นที่ภาพฉายก็คือพื้นที่ผิวที่พลาสติกเข้าไปอยู่ทั้งหมด ทั้งที่เป็นตัวชิ้นงานและระบบทางน้ำพลาสติก) ดังรูปที่ 5.2

รูปที่ 5.2 ที่มาของแรงในแม่พิมพ์และแรงปิดล็อกแม่พิมพ์และลักษณะพื้นที่ภาพฉาย

5.4.1 วิธีการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์

สามารถหาได้หลายวิธี เช่น
1. หาได้จากสูตร
แรงปิดล็อกแม่พิมพ์ (F₃) =1.2 เท่าของแรงในแม่พิมพ์ (F₂)
= 1.2ความดันพลาสติกในแม่พิมพ์ {P₂/ 2} พื้นที่ภาพฉาย (A_{ภาพฉาย})

จากสูตรในการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ จะพบว่าค่าพารามิเตอร์ที่สำคัญที่ต้องทราบ คือ ความดัน พลาสติกในแม่พิมพ์และพื้นที่ภาพฉาย การหาค่าความดันของพลาสติกในแม่พิมพ์จะสามารถหาได้จากครึ่งหนึ่งของความดันฉีดที่หัวฉีด {P₂/ 2} ซึ่งค่า P₂ หาได้จาก P₂ = (K_Fx K_sx f_W)+200 bar (ตามตัวอย่างที่ 1) และสามารถหาได้โดยตรงจากตารางค่าความดันของพลาสติกในแม่พิมพ์ตามชนิดของพลาสติกในตารางที่ 5.2

ตารางที่ 5.2 ค่าประมาณความดันในแม่พิมพ์ของพลาสติกแต่ละชนิด

หมายเหตุ ความดันในแม่พิมพ์จากตารางที่ 5.2 จะมีวิธีการเลือกใช้ดังนี้ ในกรณีที่ฉีดชินงานทั่ว ๆ ไป ที่ไม่ต้องการเนื้อแน่นมาก จะใช้ค่าต่ำสุดในตาราง แต่ถ้าเป็นการฉีดชินงานที่มีความแข็งแรงมากขึ้น เนื้อแน่นขึ้น ให้ใช้ค่ากลางในตาราง และถ้าเป็นการฉีดชิ้นงานที่ต้องการความเที่ยงตรงสูง มีเนื้อแน่นมาก ๆ ให้ใช้ค่าสูงสุดในตาราง ส่วนพลาสติกที่เป็นเกรดแตกต่างกันให้เลือกใช้ตามความเหมาะสม เช่น พลาสติกที่เป็นเกรดไหลตัวดีให้ใช้ ค่าต่ำสุดถึงปานกลาง ส่วนการตั้งค่าความดันฉีดที่ตัวเครื่องฉีดจะต้องคูณด้วย 2 เนื่องจากความดันในการฉีดของพลาสติกเหลวที่หัวฉีดจะสูญเสียไปประมาณครึ่งหนึ่ง เช่น ในการฉีดพลาสติก PS ต้องการความดันในแม่พิมพ์ 300 bar จะต้องตั้งความดันฉีดที่พลาสติกเหลวในหัวฉีดเท่ากัน 600 bar
2. หาได้แบบง่าย ๆ จากตาราง โดยคิดพื้นที่ภาพฉายเป็นตารางนิ้วแล้วคูณด้วยตัวเลขในตารางตามชนิดของพลาสติก (ตามตารางที่ 5.3) ผลคูณที่ได้ก็คือแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ ซึ่งมีหน่วยเป็นตัน (ton)
แรงปิดล็อกแม่พิมพ์ (ตัน) = ตัวเลขในตาราง (ton/in²) พื้นที่ภาพฉาย (in²)

ตารางที่ 5.3 การคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์แบบง่าย

5.4.2 ตัวอย่างการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์

เพื่อให้เกิดความเข้าใจในการประยุกต์การหาความดันในการฉีดที่ได้กล่าวมาแล้วมาดำเนินการต่อ เพื่อหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ได้ดียิ่งขึ้น จึงขอยกตัวอย่างที่สามารถนำไปใช้งานได้จริงในการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ และขนาดเครื่องฉีด ดังนี้
ตัวอย่างที่ 2 ในการฉีดชิ้นงานดังรูปด้วยพลาสติก ABS ให้มีขนาดความยาว 120 มิลลิเมตร ความกว้าง 100 มิลลิเมตร หนา 1.2 มิลลิเมตร จะต้องใช้ความดันในการฉีดที่หัวฉีดและแรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์เท่ากับเท่าไร

รูปที่ 5.3 ลักษณะชิ้นงานฉีดสำหรับการคำนวณตัวอย่างที่ 2

ตัวอย่างการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ วิธีที่1

การแก้ปัญหาด้วยการไม่มีการหน่วงการหมุนสกรูแต่ไม่มีการใช้ความดันย้ำช่วยประคองการถอยสกรู

ตัวอย่างการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ วิธีที่3

สรุป จากผลการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ทั้ง 3 แบบนั้น พบว่าวิธีแรกมีความน่าเชื่อถือได้มาก แต่จะต้องจำสูตรและค่าต่าง ๆ มาก ส่วนวิธีที่สองจะให้ผลของแรงปิดมากที่สุดแต่ก็ไม่เสมอไปกับพลาสติกชนิดอื่น ซึ่งช่วยสร้างความมั่นใจให้กับผู้เลือกใช้เครื่องฉีดว่ามีขนาดพอเพียงกับงานที่จะฉีดได้แน่นอน แต่อาจจะเป็นข้อเสียได้ คือทำให้เลือกใช้เครื่องฉีดขนาดใหญ่เกินความจำเป็น ส่วนวิธีที่สามอาจจะมีข้อผิดพลาดมากกว่า แต่ก็เหมาะในการใช้ตรวจสอบการปรับตั้งเครื่องฉีดของช่างฉีดว่าใช้แรงปิดล็อกแม่พิมพ์ที่มากเกินไปหรือไม่ (เวลาที่อยู่หน้าเครื่องฉีด) เนื่องจากตัวเลขที่ต้องจำมีไม่มาก

ตัวอย่างที่ 3 จากตัวอย่างที่ 2 ถ้าให้ชิ้นงานมีขนาดความยาว 120 มิลลิเมตร ความกว้าง 100 มิลลิเมตร แต่ที่ความยาว 60 มิลลิเมตร แรก ชิ้นงานมีความหนา 1.2 มิลลิเมตร และที่ความยาว 60 มิลลิเมตร สุดท้าย ชิ้นงานมีความหนา 0.8 มิลลิเมตร อยากทราบว่าจะต้องใช้ความดันในการฉีดที่หัวฉีดและแรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์เท่ากับเท่าไร

รูปที่ 5.4 ลักษณะชิ้นงานฉีดสำหรับการคำนวณตัวอย่างที่ 3

การคำนวนลักษณะชิ้นงานฉีดสำหรับการคำนวณตัวอย่างที่ 3

ตอบ จะต้องใช้ความดันในการฉีดที่หัวฉีด 1,068 บาร์ และใช้แรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์ 78.4 ตัน
สรุป เมื่อชิ้นงานตัวเดิม แต่มีความหนาเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งในส่วนที่บางกว่าจะต้องใช้ความดันพลาสติกมากกว่า ดังนั้นการคำนวณด้วยวิธีนี้จะมีความถูกต้องมากกว่า เพราะความดันฉีดจะเปลี่ยนแปลงไปตามความหนาของชิ้นงาน ในขณะที่การคำนวณด้วยวิธีที่ 2 และ 3 (ใช้ค่าความดันในแม่พิมพ์จากตารางและค่าแรงปิดล็อกแม่พิมพ์จากตาราง) จะเกิดความผิดพลาดเนื่องจากจะพิจารณาจากชนิดของพลาสติกและพื้นที่ภาพฉายเท่านั้นโดยไม่มีการคำนึงถึงความหนาชิ้นงานและระยะทางการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์

ตัวอย่างที่ 4 จากตัวอย่างที่ 2 ถ้าให้ชิ้นงานมีขนาดความยาว 120 มิลลิเมตร ความกว้าง 100 มิลลิเมตร ความหนา 1.2 มิลลิเมตร เท่าเดิม แตให้จุดฉีดเข้าตรงกลางชิ้นงาน อยากทราบว่าจะต้องใช้ความดันในการฉีดที่ หัวฉีดและแรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์เท่ากับเท่าไร

รูปที่ 5.5 ลักษณะชิ้นงานฉีดสำหรับการคำนวณตัวอย่างที่ 4

การคำนวนลักษณะชิ้นงานฉีดสำหรับการคำนวณตัวอย่างที่ 4

ตอบ จะต้องใช้ความดันในการฉีดที่หัวฉีด 528 บาร์ และใช้แรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์ 38.8 ตัน
สรุปตำแหน่ง Gate จะมีผลต่อความดันในการฉีดและแรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์ เนื่องจากการ ปรับเปลี่ยนตำแหน่งของ Gate จะทำให้ระยะทางในการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์เปลี่ยนแปลงไป
จากการคำนวณหาแรงปิดล็อกแม่พิมพ์แบบง่าย ๆ ในตารางที่ 5.3 นั้น ถ้าต้องการให้ค่าที่ได้มีความถูกต้องมากขึ้น โดยการคำนึงถึงอัตราส่วนของระยะทางในการไหลต่อความหนาชิ้นงาน (Flow Path Ratio) ก็มีผู้แนะนำไว้สำหรับพลาสติกในกลุ่มของพอลิโอเลฟินและพอลิสไตรีน ดังในตารางที่ 5.4

ตารางที่ 5.4 แรงปิดล็อกแม่พิมพ์ของพอลิโอเลฟีนและพอลิสไตรีน

ตัวอย่างที่ 5 จากตัวอย่างที่ 2 ถ้าให้ชิ้นงานมีขนาดเท่าเดิมทุกอย่าง แต่เปลี่ยนวัสดุพลาสติกจาก ABS เป็น PS อยากทราบว่าจะต้องใช้แรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์เท่ากับเท่าไร

การคำนวน การปิดล็อกแม่พิมพ์พลาสติก ตัวอย่างที่5

ตอบ จะต้องใช้แรงในการปิดล็อกแม่พิมพ์ประมาณ 46.13 ตัน
ข้อสังเกต ถ้าต้องการใช้ข้อมูลแรงปิดล็อกแม่พิมพ์ในตารางที่ 5.4 (ซึ่งเป็นของพอลิโอเลฟีนและพอลิสไตรีน) กับพลาสติกชนิดอื่นก็สามารถทำได้ โดยการประมาณค่าแฟกเตอร์ที่ต้องเพิ่มชิ้นจากตารางที่ 5.3 เช่น ถ้าโจทย์ข้อนี้ใช้พลาสติก ABS เหมือนกับตัวอย่างที่ 2 ทุกประการ ค่าแรงปิดล็อกแม่พิมพ์จะได้เท่ากับ 1.2 46.128 = 55.35 ตัน เนื่องจาก ABS จะต้องใช้แรงปิดล็อกแม่พิมพ์มากกว่า PS ประมาณ 20% (จากข้อมูลตารางที่ 5.3)

	169/47 ถ.พุทธมณฑลสาย 4 ต.กระทุ่มล้ม อ.สามพราน จ.นครปฐม 73220
	086-070-0007
	ananindustry@gmail.com
	https://www.ananindustry.com