วันพุธที่ 29 ธันวาคม พ.ศ. 2553

เวลาในการฉีดขึ้นรูปและระยะสกรู





เม็ดพลาสติกที่หลอมละลายในกระบอกฉีดโดยใช้ความร้อนจากฮีทเตอร์จะถูกฉีดเข้าแม่พิมพ์โดยแรงดันของไฮดรอลิคผ่านปลายของหัวฉีด การที่จะให้สภาพการฉีดขึ้นรูปคงที่หรือสม่ำเสมอนั้น วัตถุดิบที่ถูกป้อนเข้าแม่พิมพ์จะต้องมีปริมาณคงที่ เมื่อคำนึงถึงปริมาณของวัตถุดิบกับระยะทางที่สกรูเคลื่อนที่ถ้าระยะทางการเคลื่อนที่ของสกรูสั้นปริมาณวัตถุดิบที่ป้อนเข้าสู่แม่พิมพ์จะมีปริมาณน้อยและถ้าระยะทางการเคลื่อนที่ของสกรูยาวปริมาณวัตถุดิบก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ซึ่งหมายถึงว่าถ้าต้องการควบคุมปริมาณวัตถุดิบที่ป้อนเข้าสู่แม่พิมพ์คงที่ส่วนสำคัญคือ ควบคุมระยะทางเคลื่อนที่ของสกรูให้คงที่ วิธีการควบคุมระยะทางการเคลื่อนที่ของสกรูมี 2 แนวทาง 1.ควบคุมเวลาที่จำเป็นในการเคลื่อนที่ของสกรู 2.ควบตำแหน่งของสกรูเมื่อสกรูเคลื่อนที่ไปแล้ว ถ้ากำหนดให้ระยะทางการเคลื่อนที่ของสกรูคงที่เวลาที่จำเป็นในการเคลื่อนที่ของสกรูจะขึ้นอยู่กับความเร็วของสกรู เช่น ถ้าใช้ความเร็วสูงการเคลื่อนที่ของสกรูจะใช้เวลาน้อยและถ้าใช้ความเร็วต่ำจะต้องใช้เวลามากขึ้น ถึงแม้ว่าจะสามารถควบคุมความเร็วในการเคลื่อนที่ของสกรูได้อย่างเที่ยงตรงแต่การควบคุมเวลาที่แน่นอนให้สัมพันธ์กับความเร็วจะทำได้ยากมาก หน่วยนับของความเร็วในการเคลื่อนที่ของสกรูกำหนดให้เป็น มิลลิเมตร/วินาที ( ขึ้นอยู่กับเครื่องฉีด ) ภายใต้สมมุติฐานที่ว่าความเร็วของวัตถุดิบที่ถูกป้อนเข้าสู่แม่พิมพ์เหมือนความเร็วของการเคลื่อนที่ของสกรู ตัวอย่างเช่น ถ้าระยะทางในการเคลื่อนที่ของสกรูเท่ากับ 300 ม.ม ความเร็วเท่ากับ 50ม.ม/วินาที เวลาที่ใช้จะเท่ากับ 6 วินาที


จากวิธีการคำนวณถึงแม้ว่าจะสามารถควบคุมความเร็วได้อย่างเที่ยงตรง แต่การควบคุมทั้งความเร็วและเวลาให้เที่ยงตรงทำได้ยากมากยกตัวอย่างเช่น ถ้าควบคุมความเร็วให้เที่ยงตรงและให้การควบคุมเวลามีเบี่ยงเบนได้ +_0.1 วินาที จะมีผลกระทบต่อระยะทางการเคลื่อนที่ของสกรู ดังนี้

ในการฉีดขึ้นรูปขึ้นรูปพลาสติกแบ่งการควบคุมเป็น 2 ช่วง 1.ช่วงควบคุมความเร็ว คือ ช่วงที่วัตถุดิบถูกป้อนเข้าสู่แม่พิมพ์จนเกือบเต็มแบบ 2.ช่วงควบคุมแรงดัน คือ ช่วงที่เปลี่ยนจากควบคุมความเร็วเป็นช่วงควบคุมแรงดัน ถ้าเราสามารถควบคุมจุดเปลี่ยนจากช่วงควบคุมความเร็วเป็นช่วงควบคุมแรงดันให้คงที่จะทำให้ฉีดขึ้นรูปชิ้นงานมีคุณภาพสม่ำเสมอ เครื่องฉีดบางรุ่นสามาถเลือกได้ว่าจะใช้ระยะหรือเวลาในช่วงควบคุมความเร็วและช่วงควบคุมแรงดัน โดยถ้าใช้เวลาเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ของสกรูอาจได้รับผลกระทบจากความเร็วของสกรูให้เกิดความเบี่ยงเบนได้มากหรือน้อยขึ้นอยุ่กับแรงดันในการฉีด ความเร็ว ระยะของสกรู ดังตัวอย่างการคำนวณตามตาราง

วัตถุดิบจะถูกป้อนให้ไหลผ่านเกท ( Gate ) เข้าสู่แม่พิมพ์ด้วยความเร็วคงที่ระดับหนึ่งจนเต็มแม่พิมพ์ แต่เนื่องจากวัตถุดิบที่ถูกป้อนจากความเร็วของสกรูทำให้ไม่สามารถหยุดการไหลได้ทันทีจึงทำให้เกิดแรงดันภายในแม่พิมพ์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งเรียกว่า แรงดันส่วนเกิน ( Over pack ) ถ้าแรงดันสูงเกินไปจะเกิดครีบที่ชิ้นงานและยังเป็นสาเหตุของปัญหาอื่นๆอีก ในกรณีป้อนวัตถุดิบเข้าสู่แม่พิมพ์ด้วยความเร็วต่ำสามารถเปลี่ยนจุดควบคุมความเร็วเป็นการควบคุมแรงดันเมื่อวัตถุดิบมีปริมาณ 99 %ของแม่พิมพ์หรือเกือบเต็มแม่พิมพ์ แต่ถ้าใช้ความเร็วในการป้อนวัตถุดิบเข้าแม่พิมพ์สูงและเปลี่ยนจุดการควบคุมความเร็วเป็นการควบคุมแรงดันเมื่อวัตถุดิบเกือบเต็มแม่พิมพ์จะเกิดแรงดันส่วนเกิน ซึ่งหมายความว่าให้เปลี่ยนจุดควบคุมควบคุมความเร็วก่อนหน้านั้นเล็กน้อยจะช่วยแก้ปัญหาได้ แรงดันที่ควบคุมค่าความเร็วขณะที่สกรูเคลื่อนที่เป็นสิ่งที่จำเป็น ตัวอย่างเช่น เมื่อตั้งความเร็วของการฉีดไว้ที่ 100 ม.ม/วินาทีและตั้งค่าแรงดันฉีดต่ำ แต่ในความจริงความเร็วต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้ และเมื่อเพิ่มแรงดันอีกความเร็วก็อาจเพิ่มขึ้นเป็น 100 ม.ม/วินาทีและเมื่อความเร็วของสกรูเท่ากับค่าที่ตั้งไว้ถึงแม้จะเพิ่มแรงดันขึ้นอีกความเร็วก็จะไม่เปลี่ยนแปลงถ้าเป็นเครื่องฉีดรุ่นใหม่จะมีมอนิเตอร์แสดงเป็นกราฟ 2 เส้น คือ ค่าแรงดันที่ตั้งไว้และค่าแรงดันจริงในการทำงาน การควบคุมแบบนี้เรียกว่า แรงดันควบคุมความเร็ว เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจขอยกตัวอย่าง


ถ้ารูทางออกของถังน้ำมีขนาดเท่ากัน แรงดันของน้ำที่ไหลออกมาจะขึ้นอยู่กับปริมาณของน้ำในถังเปรียบปริมาณน้ำในถังเหมือนแรงดันฉีด ในกรณีทีแรงดันในการฉีดมีการเปลี่ยนแปลงจะทำให้ความเร็วเปลี่ยนแปลงไปด้วย จึงทำให้การขึ้นรูปไม่เที่ยงตรง ถ้าความเร็วในการฉีดเที่ยงตรงจะทำให้เวลาจากจุดเริ่มต้นฉีดจนถึงจุดควบคุมแรงดันคงที่จะทำให้คุณภาพของชิ้นงานสม่ำเสมอ

Gate Seal


การควบคุมสภาพหรือรักษาระดับแรงดัน ( Holding Pressure )เมื่อวัตถุดิบเกือบเต็มแม่พิมพ์จะไม่คำนึงถึงความ เร็ว ซึ่งหมายถึงว่า จะควบคุมเฉพาะแรงดันเท่านั้นแรงดันในช่วงนี้จะใช้ประมาณ 60-70 %ของดันฉีด แนวความคิดพื้นฐานของการรักษาสภาพแรงดันเกิดจากวัตถุดิบเกิดหดตัวเมื่อทำการหล่อเย็น ดังนั้นการรักษาสภาพแรงดันจะต้องทดแทนในส่วนที่วัตถุดิบหดตัวลง ถ้าแรงดันขณะรักษาสภาพแรงดันต่ำจะเกิดการไหลย้อนกลับของวัตถุดิบจากแม่พิมพ์ผ่านเกท (Gate)

เวลาที่ใช้ในการฉีดจะเริ่มจากการเคลื่อนที่ของสกรูจนถึงช่วงเกทซีล ถ้าเวลาฉีด( Injection time+Holding time ) ใช้มากเกินเวลาที่เกทซีลไปแล้วจะไม่ผลต่อน้ำหนักของชิ้นงาน ( รูปกราฟ )และทำให้สิ้นเปลืองค่าไฟฟ้า

จากรูปกราฟแกน X = น้ำหนักของชิ้นงาน แกน Y = เวลาของช่วง Holding Time ถ้าเวลาเกิน 9 วินาทีไปแล้วจะผลต่อน้ำหนักของชิ้นงานและจะคงที่ที่น้ำหนัก43กรัม แต่ถ้าเวลาฉีดน้อยเกินไปจะทำให้ชิ้งานน้ำหนักน้ำหนักน้ำหนักไม่คงที่ นอกจากนั้นวิธีการกำหนดเวลาการฉีด ( Injection Time ) และการรักษาสภาพแรงดัน ( Holding Time ) ขึ้นอยู่กับผุ้ผลิตเครื่องจักร แต่โดยทั่วไปแล้วการป้อนวัตถุให้เต็มแม่พิมพ์คือ เวลาที่ใช้ในการฉีด
เวลาที่ใช้ในการฉีด = เวลาที่ใช้ในการป้อนวัตถุดิบ + เวลารักษาสภาพแรงดัน
ซึ่งเป็นสาเหตุของรอยบุ๋ม ( Shink mark) ฉีดไม่เต็ม ( Short Shot) รอยประสาน (Weld Line) เป็นต้น แต่ถ้าแรงดันสูงเกินไปจทำให้เกิดครีบ (Flash) รอยร้าว (Crack) ในชิ้นงานได้ เมื่อทำการรักษาสภาพแรงดันวัตถุดิบเกือบจะไม่มีการไหลจึงทำให้เกทเกิดการแข็งตัว บริเวณชิ้นงานที่บางกว่าจะเริ่มแข็งตัวก่อนและหลังจากนั้นจะใช้เวลาแข็งตัวในส่วนที่หนากว่า โดยปกติบริเวณที่บางที่สุดจะอยู่บริเวณเกท เมื่อเกทแข็งตัวแล้วไม่ว่าจะเพิ่มหรือลดแรงดันก็จะไม่มีผลกับชิ้นงาน ในสภาพที่เกทแข็งตัวเรียกว่า เกทซีล ( Gate Seal)

วันอาทิตย์ที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2553

รอยประสานของเนื้อพลาสติก Weld line ตอนที่2


Weld line กล่าวทางหลักวิชาการคือ จุดประสานของเนื้อพลาสติกที่มาประสานกันที่อุณหภูมิที่แตกต่าง
Weld line จะเกิดจาก ชิ้นงานมีหลาย gate, ความหนาชิ้นงานที่แตกต่าง Weld line ไม่สามารถทำให้หายได้ 100% แต่สามารถลดการมองเห็นด้วยสายตาได้ และ สามารถย้ายไปในจุดที่มองเห็นได้ยาก Weld line จะเป็นสาเหตุของชิ้นงานอ่อนแอตรงรอย Weld line ในการออกแบบชิ้นงานและแม่พิมพ์จะต้องคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้เพื่อขจัดปัญหาก่อนที่จะต้องมาเสียเวลาแก้ไขภายหลัง

สาเหตุการเกิด Weld line
-ด้านการออกแแบบชิ้นงาน
- มีรูกลมหรือร่องสี่เหลี่ยมที่ชิ้นงาน
- ชิ้นงานมีความหนาที่แตกต่างกันมากในแต่ละจุด
-ด้านวัสดุพลาสติก
- อุณหภูมิหลอมละลาย
- ความหนืดผิวของพลาสติก
-ด้านแม่พิมพ์
- อุณหภูมิแม่พิมพ์
- จำนวนของ Gate ที่มากเกินไปเป็นสิ่งที่ทำให้เกิน Weld line
- Air venting บริเวณเกิดรอยประสาน ต้องกำหนดให้มีจุด Air vents
- ระบบการหล่อเย็นของแม่พิมพ์ ควรออกแบบให้ระบบสามารถควบคุมอุณหภูมิได้เท่ากันทั้งแม่พิมพ์
-ด้านเครื่องฉีด
- คุณภาพเครื่องฉีด
- เครื่องฉีดสามารถใช้กับชนิดของพลาสติกที่มีหลากหลายชนิด เช่น PP+GF ต้องการเครื่องฉีดที่มี Screw ขนาดใหญ่กว่าเครื่องฉีดทั่วๆไป ให้คำนึงถึงสิ่วเหล่านี้ด้วยในการแก้ปัญหา
การแก้หรือลด Weld lines
-ใช้อุณหภูมิฉีดสูงในการหลอมละลายพลาสติก
-อุณหภูมิแม่พิมพ์ต้องสุงจึงจะช่วยลดการเกิด Weld lines
-ใช้ความเร็วในการฉีดช้า
-Hold pressure สูง

ตัวอย่างชิ้นงานก่อนแก้ไข Weld line ถ่ายจากกล้องจุลทัศน์จะเห็น weld line อย่างชัดเจน

รูปนี้เป็นรูปที่ได้ทำการแก้และลด Weld line ด้วยวิธีที่แนะนำข้างต้น สิ่งที่สำคัญในการทอลองครั้งนี้คือ อุณหภูมิแม่พิมพ์ได้