คู่มือการออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพการฉีดขึ้นรูป

ลองจินตนาการถึงชิ้นส่วนพลาสติกที่ออกแบบมาอย่างประณีตซึ่งควรจะพอดีกันอย่างสมบูรณ์แบบ แต่กลับพบปัญหาบ่อยครั้งในระหว่างการผลิตจำนวนมาก: การบิดเบี้ยว การแตกหัก ความคลาดเคลื่อนของมิติ... ปัญหาเหล่านี้ไม่เพียงแต่สิ้นเปลืองเวลาและเงิน แต่ยังอาจส่งผลกระทบต่อกำหนดการเปิดตัวผลิตภัณฑ์อีกด้วย นักออกแบบจะหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไปเหล่านี้ในการฉีดขึ้นรูปเพื่อสร้างชิ้นส่วนพลาสติกที่สวยงามและทนทานได้อย่างไร

ในวงการผลิตชิ้นส่วนพลาสติก การฉีดขึ้นรูปถือเป็นกระบวนการที่นิยมอย่างไม่มีข้อโต้แย้ง เนื่องจากมีความแม่นยำสูง ประสิทธิภาพ และความหลากหลายของวัสดุ ตั้งแต่โครงเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์ ไปจนถึงภายในรถยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ ไปจนถึงสินค้าอุปโภคบริโภคในชีวิตประจำวัน การฉีดขึ้นรูปมีการใช้งานอย่างแพร่หลายแทบทุกที่

ด้วยการใช้แม่พิมพ์หลายโพรง การฉีดขึ้นรูปสามารถผลิตชิ้นส่วนได้หลายชิ้นในรอบการผลิตเดียว ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดต้นทุนการผลิตต่อหน่วยได้ ข้อดีเพิ่มเติม ได้แก่:

• ความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำสูง: บรรลุความแม่นยำของมิติและความซับซ้อนของรูปทรงที่ยอดเยี่ยม ในขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพที่สม่ำเสมอในแต่ละชุดการผลิต
• การเลือกวัสดุที่หลากหลาย: เข้ากันได้กับเทอร์โมพลาสติกหลากหลายชนิด (ไนลอน โพลีเอทิลีน โพลีสไตรีน) และเทอร์โมเซต/อีลาสโตเมอร์บางชนิด
• ลดแรงงานและของเสีย: กระบวนการอัตโนมัติสูงช่วยลดการแทรกแซงด้วยมือและของเสียจากวัสดุ
• การตกแต่งหลังการผลิตน้อยที่สุด: ชิ้นส่วนโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องมีการตกแต่งเพิ่มเติมก่อนการประกอบหรือการขาย

การทำความเข้าใจคำศัพท์สำคัญเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบที่มีประสิทธิภาพ:

• Boss: ส่วนที่ยื่นออกมาเป็นทรงกระบอกสำหรับยึดหรือจัดตำแหน่ง
• Cavity: ส่วนบนของแม่พิมพ์ที่เป็นรูปเว้า สร้างพื้นผิวที่มองเห็นได้ของชิ้นส่วน
• Core: ส่วนล่างของแม่พิมพ์ที่พลาสติกไหลเข้า
• Draft: พื้นผิวที่ลาดเอียงเพื่อช่วยในการถอดชิ้นส่วน
• Gate: จุดที่พลาสติกหลอมเหลวเข้าสู่โพรงแม่พิมพ์
• Ribs: โครงสร้างรองรับบางๆ ที่เสริมความแข็งแรงให้กับผนังและ Boss
• Undercuts: คุณสมบัติที่ต้องใช้การทำงานด้านข้างหรือส่วนประกอบแม่พิมพ์แบบแมนนวล
• Warpage: การเสียรูปที่เกิดจากการเย็นตัวไม่สม่ำเสมอหรือความหนาของผนัง

กระบวนการนี้รองรับเทอร์โมพลาสติกเกือบทุกชนิดและอีลาสโตเมอร์บางชนิด การเลือกวัสดุขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการใช้งาน โดยพิจารณาถึง:

• คุณสมบัติทางกล
• ความทนทานต่อความร้อน
• ความเข้ากันได้ทางเคมี
• คุณสมบัติทางสุนทรียศาสตร์

ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน:

1. กรวยป้อนวัสดุ
2. กลไกการฉีดแบบลูกสูบ/สกรู
3. ห้องทำความร้อน

ความจุของเครื่องมีตั้งแต่ต่ำกว่า 5 ตัน ถึง 6000 ตันของแรงจับยึด ซึ่งกำหนดโดยพื้นที่ฉายของชิ้นส่วนและข้อกำหนดของวัสดุ

แม่พิมพ์มักทำจาก:

• เหล็กชุบแข็ง (ความทนทานสูงสุด)
• เหล็กอบคืนตัว (การผลิตจำนวนปานกลาง)
• อลูมิเนียม (การสร้างต้นแบบ/การผลิตจำนวนน้อย)
• ทองแดงเบริลเลียม (การใช้งานพิเศษ)

กระบวนการเป็นรอบประกอบด้วย:

1. การปิดแม่พิมพ์
2. การฉีดโพลีเมอร์
3. การรักษาแรงดัน
4. การเย็นตัว
5. การถอดชิ้นส่วน

เทคนิคพิเศษรวมถึง:

• การฉีดขึ้นรูปด้วยแก๊สช่วย
• การฉีดขึ้นรูปแบบใส่ชิ้นส่วน/การฉีดทับ
• การขึ้นรูปโฟมจุลภาค
• การขึ้นรูปผนังบาง
• การขึ้นรูปยางซิลิโคนเหลว

ความเค้นภายในก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมาก ซึ่งอาจทำให้เกิด:

• การบิดเบี้ยว
• รอยบุ๋ม
• การเสียหายก่อนเวลาอันควร

กลยุทธ์การออกแบบเพื่อลดความเค้น ได้แก่:

• การเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่นระหว่างส่วนต่างๆ
• การใช้ Fillets และ Radii ที่เหมาะสม
• การเปลี่ยนแปลงความหนาของผนังอย่างค่อยเป็นค่อยไป

การเลือก Gate ส่งผลต่อ:

• ลักษณะการเติมชิ้นส่วน
• ลักษณะพื้นผิว
• ความเสถียรของมิติ

ความหนาผนังที่เหมาะสม:

• ช่วงมาตรฐาน: 2-4 มม. (0.080-0.160")
• ผนังบาง: ต่ำถึง 0.5 มม. (0.020")
• ความสม่ำเสมอช่วยป้องกันการบิดเบี้ยว
• การเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป (แนะนำอัตราส่วน 3:1)

เกิดจากการเย็นตัวที่แตกต่างกันในส่วนที่หนา วิธีแก้ไข ได้แก่:

• การเจาะโพรงเพื่อลดมวล
• รูปแบบ Rib แบบไขว้
• ความหนาของ Boss/Rib ≤60% ของความหนาปกติ
• พื้นผิวที่มีลวดลายเพื่อปกปิดรอยบุ๋มเล็กน้อย

การใช้งานลวดลายมีทั้งประโยชน์ใช้สอยและสุนทรียศาสตร์:

• เพิ่มการยึดเกาะ
• ทนทานต่อการสึกหรอ
• การเสริมความสวยงาม
• การปกปิดตำหนิ

ความลึกของลวดลายส่งผลต่อมุม Draft ที่ต้องการ (1.5° ต่อความลึก 0.001")

เส้นแบ่งแม่พิมพ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เหล่านี้ส่งผลต่อ:

• การถอดชิ้นส่วน
• การระบายอากาศ
• คุณภาพพื้นผิว