ชิ้นส่วนพลาสติกฉีดขึ้นรูป: คู่มือการออกแบบและการผลิตที่สมบูรณ์แบบ

ในอุตสาหกรรมการผลิตสมัยใหม่ที่สลับซับซ้อน มีกระบวนการเพียงไม่กี่กระบวนการที่เปลี่ยนโฉมโลกของวัสดุอย่างลึกซึ้งพอๆ กับการสร้างชิ้นส่วนฉีดพลาสติก- ตั้งแต่เครื่องมือผ่าตัดที่มีความแม่นยำสูงที่ใช้ในขั้นตอนการช่วยชีวิตไปจนถึงส่วนประกอบภายนอกของยานยนต์ที่ทนทานและทนต่อสภาพอากาศ ชิ้นส่วนที่ฉีดขึ้นรูปถือเป็นกระดูกสันหลังที่เงียบและแพร่หลายของเศรษฐกิจโลก เทคนิคการผลิตนี้โดดเด่นด้วยความสามารถในการจำลองรูปทรงที่ซับซ้อนด้วยความแม่นยำระดับไมครอนในระดับการผลิตจำนวนมาก ถือเป็นข้อพิสูจน์ถึงการหลอมรวมของวิศวกรรมเครื่องกล เคมีโพลีเมอร์ และพลศาสตร์ของไหล¹

อย่างไรก็ตาม กระบวนการที่ดูเหมือนเรียบง่าย เช่น การหลอมพลาสติก การฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ และการขับชิ้นส่วนที่เป็นของแข็ง ปฏิเสธความซับซ้อนเชิงลึกที่ท้าทายแม้แต่วิศวกรผู้ช่ำชอง การเดินทางจากไฟล์ CAD ดิจิทัลไปยังส่วนประกอบทางกายภาพและการทำงานนั้นเต็มไปด้วยข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น การตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ในมุมร่างอาจทำให้ชิ้นส่วนไม่สามารถดีดออกได้ การคำนวณความหนาของผนังที่ผิดพลาดเล็กน้อยสามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของโครงสร้างที่รุนแรงหรือความเสียหายทางสุนทรียศาสตร์จากรอยยุบและการบิดงอ นอกจากนี้ ผลกระทบทางเศรษฐกิจยังน่าตกใจ ด้วยต้นทุนเครื่องมือที่มักจะสูงถึงหกหลัก บทลงโทษสำหรับข้อผิดพลาดในการออกแบบไม่ใช่แค่เวลา แต่เป็นเงินทุนจำนวนมาก³

รายงานนี้ทำหน้าที่เป็นบทสรุประดับผู้เชี่ยวชาญที่ละเอียดถี่ถ้วน ซึ่งออกแบบมาเพื่อจัดการกับความซับซ้อนเหล่านี้ มันไม่ได้เป็นเพียงการตรวจสอบ "อย่างไร" อย่างเข้มงวด แต่เป็นการสำรวจ "ทำไม" อย่างลึกซึ้ง เราจะสำรวจพฤติกรรมรีโอโลยีของโพลีเมอร์หลอมเหลว วิเคราะห์อุณหพลศาสตร์เชิงความร้อนของการทำความเย็นของแม่พิมพ์ และวิเคราะห์ปัจจัยทางเศรษฐกิจที่ขับเคลื่อนการกำหนดราคาชิ้นส่วน ด้วยการสังเคราะห์ข้อมูลจากมาตรฐานอุตสาหกรรม การวิจัยทางเทคนิค และวิธีการแก้ไขปัญหาเชิงปฏิบัติ คู่มือนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ผู้เชี่ยวชาญมีความเข้าใจที่เหมาะสมยิ่งซึ่งจำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพชิ้นส่วนฉีดพลาสติกเพื่อประสิทธิภาพ คุณภาพ และความสามารถในการผลิต⁵

ฟิสิกส์และกลศาสตร์ของชิ้นส่วนฉีดพลาสติก

เพื่อเชี่ยวชาญการออกแบบอย่างแท้จริงชิ้นส่วนฉีดพลาสติกก่อนอื่นเราจะต้องมีความเข้าใจอย่างละเอียดเกี่ยวกับระบบนิเวศที่พวกมันถือกำเนิดขึ้นมา เครื่องฉีดพลาสติกไม่ใช่แค่ปั๊มเท่านั้น มันเป็นเครื่องยนต์ทางอุณหพลศาสตร์ที่ซับซ้อนที่จัดการการเปลี่ยนแปลงเฟสภายใต้ความกดดันที่รุนแรง

เครื่องฉีดพลาสติก: กายวิภาคแห่งความแม่นยำ

เครื่องจักรเป็นเวทีที่ดราม่าของการปั้นเกิดขึ้น ประกอบด้วยหน่วยการทำงานหลักสองหน่วย โดยแต่ละหน่วยมีบทบาทที่แตกต่างกันแต่ประสานกัน: หน่วยฉีดและหน่วยจับยึด

หน่วยฉีด: กระแสวิทยาในการทำงาน

หน่วยฉีดมีหน้าที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนเฟสของวัตถุดิบ เม็ดพลาสติกที่มักผสมกับสารแต่งสีหรือสารเติมแต่ง จะถูกป้อนลงในถังและลงไปในถัง ภายใน สกรูแบบลูกสูบจะหมุน ทำหน้าที่สำคัญสามประการ:

1. พาหนะ:การบินด้วยสกรูจะเคลื่อนเม็ดไปข้างหน้า

2. พลาสติ:ด้วยการผสมผสานระหว่างแถบทำความร้อนภายนอกและที่สำคัญกว่านั้นคือความร้อนแรงเฉือนภายในที่เกิดจากแรงเสียดทาน เม็ดจะละลาย เป็นความเข้าใจผิดทั่วไปที่ว่าเครื่องทำความร้อนทำหน้าที่ทั้งหมด ในความเป็นจริง ประมาณ 60-70% ของพลังงานที่ใช้ในการหลอมพลาสติกมาจากแรงเฉือนเชิงกลที่เกิดจากการหมุนของสกรู⁷

3. การฉีด:สกรูทำหน้าที่เป็นตัวแกะ เช็ควาล์ว (วาล์วกันกลับ) ที่ส่วนปลายป้องกันไม่ให้พลาสติกหลอมเหลวไหลย้อนกลับ สกรูจะพุ่งไปข้างหน้า บังคับให้สารหลอมเหลวผ่านหัวฉีดและเข้าไปในแม่พิมพ์⁷

พฤติกรรมของพลาสติกที่นี่ถูกควบคุมโดยพลศาสตร์ของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตัน ต่างจากน้ำซึ่งมีความหนืดคงที่ พลาสติกหลอมเหลวจะ "ทำให้ผอมบาง" เมื่อความเร็วในการฉีดเพิ่มขึ้น อัตราแรงเฉือนจะเพิ่มขึ้น และความหนืดลดลง ช่วยให้วัสดุไหลเข้าสู่ส่วนที่ซับซ้อนและมีผนังบางได้ง่ายขึ้น คุณสมบัติทางกายภาพนี้มีความสำคัญต่อการออกแบบชิ้นส่วนฉีดพลาสติกด้วยคุณสมบัติอันซับซ้อน⁶

หน่วยจับยึด: ต้านทานแรง

ในขณะที่ชุดหัวฉีดดัน ชุดหนีบจะต้องต้านทาน ความดันภายในโพรงแม่พิมพ์ระหว่างการฉีดอาจมีช่วงตั้งแต่ 3,000 ถึงมากกว่า 20,000 psi (20-140 MPa) หากแรงจับยึดไม่เพียงพอ ครึ่งหนึ่งของแม่พิมพ์จะแยกตัวออกเล็กน้อย ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การหายใจของเชื้อรา" ซึ่งจะทำให้พลาสติกหลุดออกมาและก่อตัวเป็นรูปร่างแฟลชข้อบกพร่องหยักบาง ๆ ที่ขอบของชิ้นส่วน⁹

โดยทั่วไประบบจับยึดจะแบ่งออกเป็นกลไกไฮดรอลิกและกลไกสลับ แคลมป์ไฮดรอลิกให้การควบคุมน้ำหนักที่แม่นยำและง่ายต่อการติดตั้ง ในขณะที่แคลมป์แบบสลับใช้การเชื่อมต่อทางกลเพื่อสร้างแรงล็อคอันมหาศาลด้วยความเร็วและประสิทธิภาพในการใช้พลังงานสูง การเลือกน้ำหนักเครื่องจักรเป็นการคำนวณที่สำคัญในระหว่างการวางแผนการผลิต โดยทั่วไปจะประมาณแรงยึดไว้ที่ 2 ถึง 5 ตันต่อตารางนิ้วของพื้นที่คาดการณ์ของชิ้นส่วน⁷

แม่พิมพ์: การลงทุนด้านเครื่องมือ

แม่พิมพ์หรือ "เครื่องมือ" คือหัวใจสำคัญของกระบวนการ เป็นชุดประกอบที่ออกแบบเป็นพิเศษ โดยทั่วไปจะกลึงจากเหล็กกล้าเครื่องมือ (เช่น P20, H13 หรือ S7) หรืออะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูง แม่พิมพ์ไม่เพียงแต่กำหนดรูปร่างของชิ้นส่วนเท่านั้น แต่ยังกำหนดผิวสำเร็จ ความคงตัวของมิติ และอัตราการผลิตอีกด้วย

• แกนกลางและโพรง:แม่พิมพ์แบ่งออกเป็นสองซีก ที่โพรง(ด้าน A) โดยทั่วไปจะสร้างรูปลักษณ์ภายนอกของชิ้นส่วนและตั้งอยู่กับที่ ที่แกนกลาง(ด้าน B) สร้างลักษณะภายในและเคลื่อนที่ด้วยแคลมป์ ชิ้นส่วนได้รับการออกแบบให้ติดกับด้าน Core เมื่อเปิดเพื่อให้ระบบดีดออกซึ่งอยู่ในด้าน B สามารถดันออกได้²

• ระบบฟีด:พลาสติกหลอมเหลวจะเดินทางจากหัวฉีดของเครื่องจักรผ่านสปรู ไปยังรางน้ำ (ช่อง) และสุดท้ายผ่านประตูเข้าไปในช่องชิ้นส่วน การออกแบบระบบนี้เป็นการสร้างสมดุล รางขนาดใหญ่ลดการสูญเสียแรงดัน แต่เพิ่มการสิ้นเปลืองวัสดุและรอบเวลา ระบบทางไหลร้อนซึ่งเก็บพลาสติกที่หลอมละลายไว้ในท่อร่วม ช่วยลดของเสียจากทางไหล แต่ต้องใช้การลงทุนล่วงหน้าที่สูงกว่ามาก¹⁰

• ช่องระบายความร้อน:โครงเหล็กที่ฝังอยู่ภายในนั้นเป็นโครงข่ายช่องทางที่ซับซ้อนซึ่งน้ำหรือน้ำมันไหลเวียนอยู่ เหล่านี้คือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนของระบบ ประสิทธิภาพการกำจัดความร้อนเป็นตัวกำหนดรอบเวลาซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของต้นทุนชิ้นส่วน "การระบายความร้อนตามแบบแผน" ซึ่งการแทรกแม่พิมพ์ที่พิมพ์แบบ 3 มิติช่วยให้ช่องระบายความร้อนเป็นไปตามรูปทรงที่ซับซ้อนของชิ้นส่วน เป็นเทคนิคล้ำสมัยที่ใช้เพื่อลดเวลารอบและปรับปรุงคุณภาพโดยรับประกันการทำความเย็นที่สม่ำเสมอ¹¹

วงจรกระบวนการ: การเต้นรำของเวลาและอุณหภูมิ

การผลิตทุกๆชิ้นส่วนฉีดพลาสติกเป็นไปตามวงจรสี่ขั้นตอนแยกกัน:

1. การทำให้เป็นพลาสติกและการเติม:สกรูหมุน ทำให้พลาสติกละลายและสร้าง "ช็อต" ที่ด้านหน้าปลายสกรู

2. การฉีด:สกรูจะพุ่งไปข้างหน้า เติมโพรงแม่พิมพ์ (Fill Phase) จากนั้นจึงรักษาแรงดัน (Pack & Hold Phase) เพื่อดันวัสดุเข้ามามากขึ้นในขณะที่พลาสติกหดตัว การชดเชยนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรลุความแม่นยำของมิติ¹²

3. คูลลิ่ง:ชิ้นส่วนจะถูกยึดไว้ในแม่พิมพ์ปิดจนกว่าจะมีความแข็งพอที่จะดีดออกได้โดยไม่บิดเบี้ยว ซึ่งมักจะเป็นส่วนที่ยาวที่สุดของวงจร¹²

4. การดีดออก:แม่พิมพ์จะเปิดออก หมุดจะขยายออกเพื่อดันชิ้นส่วนออก และแม่พิมพ์ปิดเพื่อทำซ้ำ⁷

การเลือกวัสดุสำหรับชิ้นส่วนฉีดพลาสติก

การเลือกเรซินเป็นการตัดสินใจที่สำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพทางกล ความร้อน และทางเคมีของส่วนประกอบสุดท้าย ด้วยตัวเลือกเชิงพาณิชย์มากกว่า 85,000 รายการ ภูมิทัศน์ของวัสดุฉีดพลาสติกกว้างใหญ่¹วัสดุเหล่านี้แบ่งกว้าง ๆ เป็นเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซ็ต โดยเทอร์โมพลาสติกครองอุตสาหกรรมการฉีดขึ้นรูปเนื่องจากความสามารถในการรีไซเคิลและความคล่องตัวในการประมวลผล

การแบ่งอสัณฐานและกึ่งผลึก

เทอร์โมพลาสติกแบ่งออกเป็นสองตระกูลตามสัณฐานวิทยาของโมเลกุลในสถานะของแข็ง ความแตกต่างนี้เป็นปัจจัยเดียวที่สำคัญที่สุดในการทำนายว่าวัสดุจะหดตัวและบิดงออย่างไร

เทอร์โมพลาสติกอสัณฐาน

ในโพลีเมอร์อสัณฐาน โซ่โพลีเมอร์จะพันกันแบบสุ่ม เหมือนกับชามสปาเก็ตตี้ปรุงสุก

• ลักษณะเฉพาะ:พวกมันจะค่อยๆ อ่อนตัวลงเมื่อถูกความร้อน โดยทั่วไปจะมีความโปร่งใส และมีความทนทานต่อสารเคมีต่ำกว่า สิ่งสำคัญที่สุดคือ พวกมันหดตัวน้อยลงและมีไอโซโทรปิคอล (สม่ำเสมอในทุกทิศทาง) ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำซึ่งต้องการพิกัดความเผื่อที่แคบ⁵

• ตัวอย่างที่สำคัญ:

  • อะคริโลไนไตรล์ บิวทาไดอีน สไตรีน (ABS):มีชื่อเสียงในด้านความเหนียวและทนต่อแรงกระแทก เป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับตัวเรือนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ตกแต่งภายในรถยนต์ และตัวต่อ LEGO ให้ผลลัพธ์พื้นผิวที่ยอดเยี่ยมแต่มีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพจากรังสียูวี เว้นแต่จะคงตัว¹

  • โพลีคาร์บอเนต (พีซี):ความมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมที่โปร่งใส พีซีมีความทนทานต่อแรงกระแทกและทนต่ออุณหภูมิเป็นพิเศษ มันถูกใช้ในกระจกกันกระสุน อุปกรณ์ทางการแพทย์ และเลนส์ไฟหน้ารถยนต์ อย่างไรก็ตาม อาจเสี่ยงต่อการแตกร้าวจากความเครียดและการโจมตีทางเคมีได้¹³

  • อะคริลิก (PMMA):PMMA เป็นที่รู้จักในด้านความชัดเจนของแสงซึ่งเทียบได้กับกระจก ใช้ในท่อแสง เลนส์ และหน้าจอแสดงผล มันเปราะเมื่อเทียบกับพีซี แต่มีความทนทานต่อรังสียูวีและสภาพอากาศได้ดีกว่า¹³

เทอร์โมพลาสติกกึ่งผลึก

โพลีเมอร์เหล่านี้มีบริเวณที่มีโครงสร้างโมเลกุลเป็นผลึกที่มีการเรียงลำดับสูงซึ่งกระจายตัวอยู่ภายในบริเวณที่ไม่มีรูปร่าง

• ลักษณะเฉพาะ:มีจุดหลอมเหลวที่คมชัด โดยทั่วไปจะทึบแสง และมีความทนทานต่อสารเคมีและความเหนื่อยล้าได้ดีกว่า อย่างไรก็ตาม กระบวนการตกผลึกทำให้เกิดการหดตัวอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมักจะเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก (หดตัวในทิศทางของการไหลมากกว่าการหดตัว) นำไปสู่แนวโน้มที่จะเกิดการบิดเบี้ยวที่สูงขึ้น⁵

• ตัวอย่างที่สำคัญ:

  • โพรพิลีน (พีพี):การทำงานของอุตสาหกรรม ทนทานต่อความเมื่อยล้า (เหมาะสำหรับ "บานพับมีชีวิต") เฉื่อยทางเคมี และราคาไม่แพง ใช้ในบรรจุภัณฑ์ ถังยานยนต์ และภาชนะทางการแพทย์¹

  • โพลีเอไมด์ (ไนลอน/PA):ได้รับการยกย่องว่ามีความแข็งแรงเชิงกลสูง ทนทานต่อการสึกหรอ และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ มันถูกใช้ในเกียร์ บูช และชิ้นส่วนใต้ฝากระโปรงรถยนต์ ข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับไนลอนคือธรรมชาติของการดูดความชื้น มันดูดซับความชื้นจากอากาศ ซึ่งส่งผลต่อความเสถียรของมิติและคุณสมบัติทางกล¹⁴

  • โพลีเอทิลีน (PE):มีจำหน่ายในรูปแบบความหนาแน่นสูง (HDPE) และความหนาแน่นต่ำ (LDPE) มีความเหนียว ทนความชื้น และมีต้นทุนต่ำ ใช้กันอย่างแพร่หลายในสินค้าอุปโภคบริโภคและท่อ¹⁶

วิศวกรรมและเรซินประสิทธิภาพสูง

สำหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพที่เหนือกว่าพลาสติกในสินค้าโภคภัณฑ์ วิศวกรหันมาใช้เรซินขั้นสูง

• โพลีออกซีเมทิลีน (POM/อะซีตัล):วัสดุกึ่งผลึกที่มีความแข็งสูง แรงเสียดทานต่ำ และมีความคงตัวของขนาดที่ดีเยี่ยม เป็นมาตรฐานสำหรับเฟืองความแม่นยำและตัวยึดเชิงกล¹³

• แอบมอง :ที่จุดสูงสุดของปิรามิดโพลีเมอร์ PEEK มีเสถียรภาพทางความร้อนเป็นพิเศษ (สูงถึง 260°C) ทนทานต่อสารเคมี และความแข็งแรงทางกล มันถูกใช้ในการบินและอวกาศและการปลูกถ่ายทางการแพทย์เพื่อทดแทนโลหะ¹⁶

• อัลเต็ม (PEI):เรซินอสัณฐานที่ขึ้นชื่อเรื่องการทนความร้อนสูง สารหน่วงการติดไฟ และความเป็นฉนวน ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้าและการตกแต่งภายในเครื่องบิน¹⁷

คุณสมบัติเปรียบเทียบวัสดุสำหรับการฉีดขึ้นรูป

ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบคุณสมบัติหลักเพื่อช่วยในการเลือก¹³-

การออกแบบเพื่อการผลิต (DFM): วิศวกรรมเพื่อความสำเร็จ

Design for Manufacturability (DFM) เป็นสาขาวิชาวิศวกรรมเชิงรุกของการออกแบบชิ้นส่วนฉีดพลาสติกในลักษณะที่สอดคล้องกับความสามารถและข้อจำกัดของกระบวนการผลิต เป็นเครื่องมือเดียวที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดต้นทุน รอบเวลา และอัตราข้อบกพร่อง ชิ้นส่วนที่ออกแบบโดยไม่มีหลักการ DFM คือชิ้นส่วนที่ถูกกำหนดไว้สำหรับความล้มเหลว โดยไม่คำนึงถึงคุณภาพของแม่พิมพ์หรือความซับซ้อนของเครื่องจักร⁵

กฎสำคัญ: ความหนาของผนังสม่ำเสมอ

หากมีบัญญัติประการหนึ่งในการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก ก็คือ:รักษาความหนาของผนังให้สม่ำเสมอ

• ฟิสิกส์:พลาสติกหลอมเหลวไหลเหมือนแม่น้ำ มันชอบช่องคงที่ ความหนาที่แปรผันทำให้เกิดความลังเลในการไหลและแรงดันลดลง ที่สำคัญกว่านั้นคือพลาสติกจะเย็นลงจากด้านนอกเข้าสู่ด้านใน ในส่วนที่มีความหนา แกนกลางจะยังคงหลอมเหลวนานขึ้น เมื่อแกนกลางนี้เย็นลงและหดตัวในที่สุด มันจะดึงผิวหนังชั้นนอกที่แข็งตัวอยู่แล้วเข้าด้านใน ทำให้เกิดภาวะซึมเศร้าที่เรียกว่าเครื่องหมายจม- หากผิวหนังมีความแข็งพอที่จะต้านทาน การหดตัวจะสร้างสุญญากาศภายใน เกิดเป็นเป็นโมฆะ-⁹

• การแปรปรวน:อัตราการทำความเย็นที่แตกต่างกันระหว่างส่วนที่หนาและบางจะทำให้เกิดความเครียดภายใน เมื่อชิ้นส่วนถูกดีดออก ความเครียดนี้จะคลายออก ส่งผลให้ชิ้นส่วนบิดหรือโค้งงอ¹⁵

• แนวทางแก้ไข:ออกแบบชิ้นส่วนให้มีความหนาของผนังสม่ำเสมอ หากจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนภาพ ควรค่อยๆ เป็นทางลาด ไม่ใช่ขั้นบันได โดยปกติจะเป็นระยะทาง 3 เท่าของความหนาที่แตกต่างกัน

• คว้านออก:บล็อกพลาสติกแข็งขนาดใหญ่ควร "คว้านออก" โดยเหลือเปลือกที่มีความหนาสม่ำเสมอโดยรองรับด้วยซี่โครง สิ่งนี้ไม่เพียงป้องกันข้อบกพร่อง แต่ยังช่วยลดการใช้วัสดุและเวลาในการทำความเย็นลงอย่างมาก¹⁹

คำแนะนำเกี่ยวกับความหนาของผนังเฉพาะวัสดุ ¹⁸-

มุมร่าง: เรขาคณิตของการปลดปล่อย

ต่างจากชิ้นส่วนกลึงที่สามารถมีผนังแนวตั้งได้อย่างสมบูรณ์แบบ ต้องใช้ชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูปร่าง- เมื่อพลาสติกเย็นตัวลง มันจะหดตัวลงบนแกนแม่พิมพ์ หากไม่มีความเรียว (มุมร่าง) แรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนกับแม่พิมพ์ในระหว่างการดีดออกจะมีขนาดใหญ่ ส่งผลให้เกิดรอยลาก การครูด หรือหมุดอีเจ็คเตอร์เจาะผ่านชิ้นส่วน²³

• แนวปฏิบัติมาตรฐาน:ขั้นต่ำของ1 ถึง 2 องศาแนะนำให้ใช้ร่างสำหรับพื้นผิวแนวตั้งทั้งหมด สม่ำเสมอ0.5 องศาดีกว่าศูนย์

• พื้นผิวที่มีพื้นผิว:พื้นผิวทำหน้าที่เหมือนรอยบากขนาดเล็กมาก หากต้องการปลดชิ้นส่วนที่มีพื้นผิว จำเป็นต้องมีร่างเพิ่มเติมอย่างมาก กฎมาตรฐานอุตสาหกรรมคือการเพิ่มแรงลม 1.5 องศา ทุกๆ 0.001 นิ้ว (0.025 มม.) ของความลึกของพื้นผิว-²⁵หากไม่ทำเช่นนั้นจะส่งผลให้เกิด "การลากพื้นผิว" ซึ่งแม่พิมพ์จะขูดพื้นผิวออกจากชิ้นส่วนเมื่อเปิด

• มุมปิด:สำหรับพื้นที่ที่โลหะเลื่อนไปชนโลหะ (ปิด) เพื่อสร้างรูหรือคลิป อย่างน้อยที่สุด3 องศามีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการสึกหรอและการแฟลชของเชื้อรา²⁴

ซี่โครงและบอส: ความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

นักออกแบบมักหันไปใช้ผนังที่หนาขึ้นเพื่อเพิ่มความแข็งแรง แต่ตามที่ระบุไว้ สิ่งนี้ทำให้จมได้ วิธีแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ถูกต้องคือการใช้ซี่โครง-

• ความหนาของซี่โครง:ฐานของซี่โครงเป็นตัวกำหนดว่าจะมีรอยยุบปรากฏบนพื้นผิวด้านตรงข้ามของเครื่องสำอางหรือไม่ หลักทั่วไปคือความหนาของซี่โครงที่ฐานควรเป็น40% ถึง 60% ของความหนาของผนังที่ระบุที่อยู่ติดกัน-¹⁵

• ความสูงของซี่โครง:ซี่โครงควรมีความสูงไม่เกิน 3 เท่าของความหนาของผนังที่ระบุ ซี่โครงลึกเติมได้ยาก (กับดักก๊าซ) และดีดออกยาก (แรงเสียดทานพื้นที่ผิวสูง)²²

• การออกแบบบอส:บอสเป็นคุณสมบัติที่ใช้สำหรับยึดตัวยึดหรือรับเม็ดมีด เช่นเดียวกับซี่โครง บอสหนาที่แยกออกมาจะทำให้เกิดการจม ควรติดกับผนังหลักด้วยเป้าเสื้อกางเกงหรือโครง แทนที่จะรวมเป็นก้อนแข็ง ตัวบอสควรคว้านแกนออก และความลึกของรูควรลึกกว่าสกรูเล็กน้อยเพื่อป้องกันการแตกร้าว¹⁹

บั่นทอนและการจัดการความซับซ้อน

การตัดด้านล่างคือคุณลักษณะใดๆ ที่ป้องกันไม่ให้แม่พิมพ์เปิดเป็นเส้นตรง เช่น รูด้านข้าง สลัก หรือเกลียว

• การกระทำของสไลด์:วิธีการแก้ปัญหาแบบดั้งเดิมคือ "การกระทำด้านข้าง" หรือ "การเลื่อน" ซึ่งเป็นส่วนประกอบของแม่พิมพ์ที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งจะดึงออกไปด้านข้างก่อนที่แม่พิมพ์หลักจะเปิดขึ้น แม้ว่าสไลด์จะมีประสิทธิภาพ แต่สไลด์ก็เพิ่มต้นทุนอย่างมาก (มักจะอยู่ที่ 1,000-5,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อสไลด์) และความซับซ้อนในการบำรุงรักษาให้กับเครื่องมือ⁵

• แกนส่งผ่าน:กลยุทธ์ DFM ที่ชาญฉลาดคือการออกแบบชิ้นส่วนใหม่เพื่อสร้างคุณลักษณะโดยใช้รูปทรงเรขาคณิต "ส่งผ่าน" หรือ "ปิด" ด้วยการประสานแม่พิมพ์ A และ B ครึ่งหนึ่งผ่านรูที่พื้นของชิ้นส่วน จึงสามารถขึ้นรูปคลิปหรือแบบ snap-fit ​​ได้โดยไม่ต้องมีกลไกเคลื่อนที่ใดๆ ซึ่งช่วยลดต้นทุนเครื่องมือและเพิ่มความน่าเชื่อถือ⁵

ตำแหน่งประตู: จุดเริ่มต้น

ที่ประตูคือจุดทางกายภาพที่พลาสติกเข้าสู่โพรงแม่พิมพ์ ตำแหน่งของมันไม่ได้เป็นไปตามอำเภอใจ โดยจะกำหนดรูปแบบการไหล ตำแหน่งของรอยเชื่อม และความแม่นยำด้านมิติของชิ้นส่วน

• ทิศทางการไหล:พลาสติกควรไหลจากส่วนที่หนาไปยังส่วนที่บาง การกั้นเข้าไปในส่วนที่บางซึ่งป้อนส่วนที่หนาจะทำให้ส่วนที่บางแข็งตัวก่อนเวลา เพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนที่หนาห่อตัว ทำให้เกิดรอยยุบ¹⁵

• เครื่องสำอาง:เกตส์ทิ้ง "ร่องรอย" หรือรอยแผลเป็นเล็กๆ ควรวางไว้บนพื้นผิวที่ไม่ใช่เครื่องสำอาง

• เส้นเชื่อม:เมื่อส่วนหน้าของกระแสพลาสติกแยกออกจากสิ่งกีดขวาง (เช่น รู) และกลับเข้ามาใหม่ สิ่งเหล่านั้นจะก่อตัวเป็น "เส้นถัก" หรือ "เส้นเชื่อม" เส้นนี้มักจะอ่อนกว่าและชัดเจนทางสายตา ตำแหน่งของประตูสามารถปรับได้เพื่อย้ายเส้นเหล่านี้ไปยังบริเวณที่มีความเค้นต่ำหรือทัศนวิสัยต่ำ⁹

การควบคุมกระบวนการผลิตและการแก้ไขปัญหา

เมื่อการออกแบบเสร็จสิ้นและสร้างแม่พิมพ์แล้ว โฟกัสจะเลื่อนไปที่ส่วนการผลิต "หน้าต่างกระบวนการ" คือช่วงการตั้งค่า (อุณหภูมิ ความดัน เวลา) ในการผลิตชิ้นส่วนที่ยอมรับได้ การทำงานนอกหน้าต่างนี้ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง

ตัวแปรควบคุม

เครื่องฉีดขึ้นรูปสมัยใหม่ถือเป็นผลงานชิ้นเอกของวิศวกรรมควบคุม ซึ่งช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมพารามิเตอร์ได้หลายร้อยตัว อย่างไรก็ตาม ตัวแปรสำคัญสี่ประการมีอิทธิพลต่อผลลัพธ์:

1. อุณหภูมิ:ซึ่งรวมถึงทั้งอุณหภูมิละลาย(ความร้อนของพลาสติก) และการอุณหภูมิแม่พิมพ์(ความร้อนของเหล็ก)

   • อุณหภูมิละลาย:หากต่ำเกินไป พลาสติกจะไม่เต็มแม่พิมพ์ (ช็อตสั้น) หากสูงเกินไปจะเสื่อมสภาพ (ไหม้/ไหม้)²⁷

   • อุณหภูมิแม่พิมพ์:แม่พิมพ์ร้อนช่วยปรับปรุงผิวสำเร็จและลดความเครียดภายใน แต่เพิ่มรอบเวลา เชื้อราที่เย็นเร็วกว่าแต่สามารถกักความเครียดและทำให้เครื่องสำอางไม่ดีได้²⁸

2. ความดัน:

   • แรงดันฉีด:แรงที่ต้องใช้ในการดันวัสดุเข้าไปในโพรง

   • แรงกดดันในการถือครอง:แรงกดที่ใช้ในขณะที่ชิ้นส่วนเย็นลงเพื่อบรรจุวัสดุเข้ามามากขึ้น แรงกดยึดที่ไม่เพียงพอเป็นสาเหตุหลักของการเกิดรอยยุบและการแปรผันของขนาด¹²

3. เวลา:

   • ความเร็ว/เวลาในการฉีด:การฉีดยาอย่างรวดเร็วเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับผนังบาง แต่อาจทำให้เกิดการพ่นน้ำหรือการเผาไหม้ (ดีเซล) การฉีดช้าๆ จะทำให้ได้คุณภาพพื้นผิวที่ดีขึ้น แต่อาจส่งผลให้เกิดช็อตสั้นหรือแนวการไหลได้²⁷

   • เวลาทำความเย็น:ระยะเวลาที่ชิ้นส่วนอยู่ในแม่พิมพ์ นี่เป็นหน้าที่ของความหนาของผนังและการแพร่กระจายความร้อนของวัสดุอย่างเคร่งครัด

4. ขนาดช็อต:ปริมาณการฉีดวัสดุที่แม่นยำ รูปแบบต่างๆ ในที่นี้จะทำให้เกิด "แฟลช" (เติมมากเกินไป) หรือ "ช็อตช็อต" (เติมน้อยเกินไป)⁹

คู่มือการแก้ไขปัญหาข้อบกพร่องที่ครอบคลุม

แม้แต่ในโรงงานที่บริหารงานอย่างดี ก็ยังมีข้อบกพร่องเกิดขึ้น ความสามารถในการวินิจฉัยสาเหตุที่แท้จริง ไม่ว่าจะเป็นปัญหาด้านการออกแบบ เชื้อรา หรือกระบวนการ เป็นสิ่งสำคัญ

1. รอยจมและช่องว่าง

• อาการ:การยุบตัวของพื้นผิวหรือฟองอากาศกลวงภายในในส่วนที่หนา

• สาเหตุหลัก:การหดตัวตามปริมาตร ศูนย์กลางของผนังหนาจะเย็นลงและดึงวัสดุเข้าด้านใน

• การแก้ไขกระบวนการ:เพิ่มแรงกดดันในการถือ; ขยายเวลาการถือครอง; อุณหภูมิหลอมละลายต่ำลง

• แก้ไขการออกแบบ:ลดความหนาของผนัง ตัดส่วนที่หนาออก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าซี่โครง <60% ของความหนาของผนัง⁹

2. แฟลช

• อาการ:พลาสติกบางส่วนเกินที่ยื่นออกมาจากเส้นแยกหรือหมุดดีดตัว

• สาเหตุหลัก:ความดันภายในโพรงเกินแรงยึดของเครื่อง บังคับให้แม่พิมพ์เปิด

• การแก้ไขกระบวนการ:เพิ่มน้ำหนักหนีบ; ลดแรงดันการฉีด ชะลอความเร็วการฉีด

• แก้ไขแม่พิมพ์:ตรวจสอบความเสียหายของเชื้อราหรือเศษชิ้นส่วนบนเส้นแยกส่วน ปรับปรุงการระบายอากาศ⁹

3. ช็อตสั้น

• อาการ:ส่วนที่ไม่สมบูรณ์ ขอบหรือมุมหายไป

• สาเหตุหลัก:พลาสติกแข็งตัวก่อนเติมคาวิตี้ หรือฉีดพลาสติกไม่เพียงพอ

• การแก้ไขกระบวนการ:เพิ่มขนาดช็อต เพิ่มความเร็ว/แรงดันในการฉีด เพิ่มอุณหภูมิหลอมเหลว/แม่พิมพ์

• แก้ไขการออกแบบ:ผนังหนาเพื่อปรับปรุงการไหล เพิ่มผู้นำการไหล²⁷

4. รอยไหม้ (ดีเซล)

• อาการ:รอยคาร์บอไนซ์สีดำหรือสีน้ำตาล โดยทั่วไปจะอยู่ที่ส่วนท้ายของรูปแบบการเติม

• สาเหตุหลัก:อากาศที่ติดอยู่ภายในแม่พิมพ์ถูกอัดด้วยพลาสติกที่เข้ามา การบีบอัดแบบอะเดียแบติกนี้จะทำให้อากาศร้อนยวดยิ่งจนถึงจุดที่เกิดการเผาไหม้

• แก้ไขแม่พิมพ์:เพิ่มหรือเจาะช่องระบายอากาศในแม่พิมพ์ให้ลึกขึ้นเพื่อให้อากาศระบายออก⁹

• การแก้ไขกระบวนการ:ลดความเร็วการฉีดเพื่อให้มีเวลาระบายอากาศ

5. Splay (เส้นสีเงิน)

• อาการ:มีเส้นคล้ายสีเงินพัดออกมาจากประตู

• สาเหตุหลัก:

  • ความชื้น:วัสดุเปียกจะกลายเป็นไอน้ำในถัง (พบได้ทั่วไปในไนลอน/ABS)

  • การกระจายความร้อน:การเสื่อมสภาพของวัสดุเนื่องจากความร้อนแรงเฉือนที่มากเกินไปหรืออุณหภูมิของถัง

• การแก้ไขกระบวนการ:ทำให้วัสดุแห้งสนิท (เพื่อความชื้น) ลด RPM ของสกรูหรือแรงต้านย้อนกลับ (สำหรับความร้อนเฉือน)⁹

6. เจ็ทติ้ง

• อาการ:มี "หนอน" คดเคี้ยวอยู่บนพื้นผิวใกล้ประตู

• สาเหตุหลัก:พลาสติกความเร็วสูงจะยิงข้ามช่องเปิดโดยไม่เกาะผนัง และระบายความร้อนขณะบิน

• แก้ไขการออกแบบ:ย้ายตำแหน่งประตูเพื่อไปชนกับหมุดหลักหรือผนังเพื่อทำลายความเร็ว

• การแก้ไขกระบวนการ:ใช้โปรไฟล์ความเร็วที่เพิ่มขึ้น: ฉีดช้าๆ ในตอนแรก จากนั้นจึงเร็ว¹⁵

7. เส้นถัก (เส้นเชื่อม)

• อาการ: