ความรู้เกี่ยวกับเครื่องฉีดพลาสติกและงานฉีดพลาสติก

ความรู้เกี่ยวกับเครื่องฉีดพลาสติกและงานฉีดพลาสติก

ก่อนอื่นเลย บริษัทเราจำหน่ายเครื่องฉีดพลาสติกทุกชนิดตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ตั้งแต่ 50, 100, 200 ,400 ตัน หรือมากกว่านั้น อาจจะถึง 2,000 ตัน เราก็มีพร้อมจำหน่ายถ้าท่านสนใจ เอาล่ะครับผมจะเริ่มเขียนเกี่ยวกับเครื่องฉีดพลาสติกและงานฉีดพลาสติกแล้ว
การแปรรูปพลาสติกโดยวิธีการฉีดนั้น จะทำจากสารพลาสติกที่เป็นเม็ดหรือเป็นผง ซึ่งอาจจะเป็น เทอร์โมพลาสติก เทอร์โมเซตติ้งหรืออีลาสโตเมอร์ ก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของเครื่องฉีดที่จะดัดแปลงให้เหมาะสมกับ พลาสติกชนิดต่าง ๆ สำหรับเทอร์โมพลาสติก นั้นเมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและเหลวสามารถนำไปแปรรูปได้หลายครั้ง ตามท้องตลาด จะมีทั้งเป็นสีธรรมชาติของพลาสติกเองและแบบผสมสี ต่อไปผมจะพูดเกี่ยวกับประเภทของเครื่องฉีดพลาสติกที่ทางบริษัทเราจำหน่ายนะครับ

ประเภทของเครื่องฉีดพลาสติก

เครื่องฉีดพลาสติกโดยทั่วไป สามารถแบ่งตามลักษณะโครงสร้างของเครื่องได้เป็น 2 ประเภทดังนี้

1) เครื่องฉีดแนวนอน (Horizontal Injection Machine)

2) เครื่องฉีดแนวตั้ง (Vertical Injection Machine)

เครื่องจักรและอุปกรณ์พื้นฐานที่ทำงานร่วมกับเครื่องฉีดพลาสติก


โครงสร้างหลักของเครื่องฉีดพลาสติก

เครื่องฉีดพลาสติกโดยทั่วไป สามารถแบ่งหน่วยการทำงานหลักๆ ของเครื่องได้ดังต่อไปนี้
1. Injection unit (หน่วยการฉีด) : ทำหน้าที่ในการทำงานเกี่ยวกับการฉีดทั้งหมด
2. Clamping unit (หน่วยปากกาปิดแม่พิมพ์) : ทำหน้าในการติดตั้งและการทำงานเกี่ยวกับการเปิด-ปิดแม่พิมพ์
3. Control unit (หน่วยควบคุม) : ทำหน้าที่ในการควบคุมการทำงานทั้งหมดของเครื่องฉีด


1) Injection unit

Injection unit มีหน้าที่ตั้งแต่การรับเม็ดพลาสติกจาก Hopper มาแล้วทำการหลอมเหลว ก่อนที่จะทำการฉีดพลาสติกเหลวเข้าไปในช่องว่าง (cavity) ของแม่พิมพ์ (mold) ซึ่งมีชิ้นส่วนหลักๆ ดังรูป



 Hopper Throat (คอป้อน)

ที่บริเวณรูสำหรับป้อนเม็ดพลาสติก จะมีระบบน้ำหล่อเย็นเลี้ยงรอบๆ เพื่อที่จะควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมกับชนิดของเม็ดพลาสติก
เม็ดพลาสติกจะถูกลำเลียงจาก Hopper ผ่านรูป้อนเพื่อไหลผ่านไปยังกระบอกฉีด (Barrel) ซึ่งในช่วงที่เม็ดพลาสติกถูกป้อนลงมานั้น หากไม่มีระบบน้ำหล่อเย็นเลี้ยงที่บริเวณคอป้อน (Throat) ก็จะทำให้อุณหภูมิของรูป้อนเม็ดสูงขึ้นมากๆ จะทำให้เม็ดพลาสติกเริ่มหลอมละลายเกาะตัวกันมากยิ่งขึ้น เป็นเหตุทำให้ปริมาณการไหลลงของเม็ดพลาสติกไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องทำการตรวจสอบระบบหล่อเย็นอย่างสม่ำเสมอ ถ้าระบบของการหล่อเย็นของน้ำไม่มีหรือการไหลของน้ำเกิดการอุดตัน ก็จะเป็นเหตุทำให้อุณหภูมิของช่วงการป้อนเม็ดสูงขึ้นได้

ในทางตรงกันข้าม กรณีที่อุณหภูมิของคอป้อน (Throat) ต่ำมากๆ ในขณะที่มีการป้อนเม็ดพลาสติกก็จะทำให้เม็ดพลาสติกมีความชื้นเกิดขึ้น โดยเฉพาะเม็ดที่ผ่านขบวนการไล่ความชื้นมาแล้ว ซึ่งตรงนี้จะเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้การฉีดขึ้นรูปพลาสติกมีปัญหาได้เช่นกัน


 Barrel

Barrel หรือกระบอกฉีด เป็นชิ้นส่วนที่สำคัญมากอีกชิ้นหนึ่งของเครื่องฉีดพลาสติก กระบอกฉีดจะมีลักษณะเป็นท่อทรงกระบอก ที่ติดตั้งอยู่กับ Hopper Throat ผิวด้านนอกของกระบอกฉีดจะติดตั้ง Band Heater เพื่อใช้ในการให้ความร้อนเพื่อใช้ในการหลอมเหลวเม็ดพลาสติก ส่วนปลายของกระบอกจะต่อเข้ากับหัวฉีด (Nozzle) และภายในของกระบอกฉีดก็จะมีชุด Screw สวมอยู่ เพื่อช่วยในการหลอมเหลวเม็ดพลาสติก และฉีดอัดพลาสติกเหลวเข้าไปในแม่พิมพ์


 Band Heater

ปลอกหรือแถบทำความร้อน (Band Heater) มีหน้าที่ทำความร้อนและส่งถ่ายไปยังกระบอกฉีด (Barrel) เพื่อใช้ในการหลอมละลายเม็ดพลาสติก โดยทั่วไป Band Heater จะติดตั้งไว้โดยการห่อหุ้มอยู่ภายนอกของกระบอกฉีด (Barrel) โดยแยกการควบคุมอุณหภูมิออกเป็นส่วนๆ

 Thermo Couple
Thermo Couple เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจวัดอุณหภูมิโดยใช้คุณสมบัติของโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน ซึ่งความต่างศักย์ที่วัดได้จากปลายทั้งสองข้างของ Thermocouple นั้นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่จุดต่อระหว่างสองโลหะ Thermo Couple มีอยู่มากมายหลายชนิดแต่ที่ใช้กับเครื่องฉีดทั่วไปมีอยู่ 2 ชนิด คือ Type J และ Type K



 Screw
โดยทั่วไปสกรูที่ใช้กับเครื่องฉีดพลาสติกนั้น มีการออกแบบที่แตกต่างกันไปเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งาน ซึ่งโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลัก คือ Feed Zone, Compression Zone และ Metering Zone
-Feed Zone ของ Screw จะเป็นช่วงที่ทำหน้าที่ในการลำเลียงเม็ดพลาสติกที่ไหลลงมาจาก Hopper Throat เพื่อที่จะส่งต่อไปยังช่วง Compression Zone ซึ่งความลึกของร่องเกลียวช่วงนี้จะเท่ากันทุกร่องเกลียว การเปลี่ยนแปลง ความร้อนในช่วงนี้จะเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยจากการเสียดสีกันของเม็ดพลาสติก เพราะฉะนั้นความร้อนที่มาจาก Band Heater ในช่วงนี้ต้องไม่สูงมากจนเกินไป เพราะจะทำให้พลาสติกหลอมเหลวหรือเกาะกันเป็นก้อน และเพื่อป้องกัน การลำเลียงเม็ดพลาสติกไม่ให้ขาดช่วงหรือขาดความต่อเนื่อง

– Compression Zone ของ Screw จะเป็นช่วงที่ทำให้พลาสติกเกิดการหลอมเหลวและผสมผสานกันได้ดียิ่งขึ้น โดยจะทำให้เกิดการเสียดสีกันของเม็ดพลาสติกเองและทำให้เกิดความร้อนสะสมภายในเม็ดพลาสติก ทำให้เกิดการหลอมเหลวและอัดแน่นกันมากยิ่งขึ้น ตรงช่วงบริเวณนี้ขนาดความลึกของร่องเกลียวจะค่อยๆ ลดลงไปเรื่อยๆ เพื่อทำให้เกิดการอัดตัวของการหลอมเหลวของเม็ดพลาสติก ซึ่งข้อแตกต่างของความลึกของร่องเกลียวช่วงนี้เราเรียกว่า Compression Ratio โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 2 : 1 จากช่วงของ Compression Zone ปริมาณพลาสติกที่
ถูกหลอมละลายจะถูกส่งไปยังส่วนสุดท้ายของ Screw ที่เรียกว่า Metering Zone ต่อไป
– Metering Zone ของ Screw จะเป็นช่วงที่มีการเฉือนกันของพลาสติกมากที่สุดและจะเพิ่มมากขึ้นระหว่างBarrel กับ Screw และเพิ่มการหลอมละลายของพลาสติกบางส่วนที่ยังหลอมละลายไม่ดีพอ เพื่อที่จะทำการฉีดต่อไป การหลอมละลายในช่วงนี้จะเริ่มมีการสะสมกำลังและแรงดันเพิ่มมากขึ้นที่ด้านปลายของ Barrel ในช่วงของ Metering Zone นี้จะทำหน้าที่นำพาพลาสติกที่หลอมละลายดีแล้วผ่านทะลุ Non-Return Valve ไปยังด้านหน้าสุดของ Screw และไปสะสมกันอยู่ปลายสุดของ Barrel และในขณะเดียวกันในการสะสมกันของพลาสติกเหลวนี้ก็จะมีกำลังเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่สกรูหมุน กำลังหรือแรงดันนี้จะเป็นตัวที่ดันให้สกรูถอยหลังไปจนถึงระยะของ SM (ตำแหน่งหยุดการหมุนของ Screw) ตามที่ตั้งค่าไว้ ซึ่งเป็นการสะสมปริมาณพลาสติกเหลวให้ได้ตามที่ต้องการเพื่อที่จะทำการฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ในแต่ละรอบการทำงาน





 Nozzle

หัวฉีด (Nozzle) เป็นส่วนประกอบหนึ่งของชุดฉีดพลาสติก มีไว้เพื่อทำหน้าที่เป็นทางผ่านของพลาสติกเหลวจากกระบอกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ ซึ่งหัวฉีดจะเป็นตัวเชื่อมต่อระหว่างปลายกระบอกฉีดกับ Sprue Bush ของแม่พิมพ์ในขณะทำการฉีดพลาสติกเข้าไปในแม่พิมพ์ ขนาดรัศมีของปลายหัวฉีด (Nozzle) ต้องมีขนาดพอดีที่จะสวมหรือสัมผัสกับขนาดรัศมีของ Sprue Bush ของแม่พิมพ์ และต้องไม่มีรอยยุบรอยกระแทกที่บริเวณใกล้กับรูฉีดของ Nozzle เพราะอาจทำให้การฉีดมีปัญหาได้โดยทั่วไปหัวฉีด (Nozzle) แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้
– หัวฉีดแบบเปิด (Open Nozzle) เป็นหัวฉีดแบบที่ใช้กับพลาสติกที่มีความหนืดค่อนข้างสูง ซึ่งไหลได้ยากเมื่อถึงจุดหลอมเหลว เป็นแบบที่นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางมากเพราะมีราคาถูก, มีความเสียดทานในการไหลน้อยมาก และทำให้เกิดการสูญเสียแรงดันน้อยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับหัวฉีดแบบปิด เนื่องจากหัวฉีดแบบเปิดไม่มีระบบเปิด-ปิดรูของ Nozzle ซึ่งอาจทำให้เกิดการไหลย้อยของพลาสติกที่ปลายหัวฉีดได้ จึงต้องใช้วิธีการป้องกันด้วยการดึงกลับของสกรู (Suck Back) เป็นมาตรฐานการใช้งานหัวฉีดแบบ Open Nozzle

– หัวฉีดแบบปิด (Shut-off Nozzle) เป็นหัวฉีดแบบที่นิยมใช้กับพลาสติกที่มีความหนืดต่ำ ซึ่งไหลได้ง่ายเมื่อถึงจุด
หลอมเหลว หัวฉีดแบบนี้จะมีกลไกหรือระบบควบคุมการเปิด-ปิดรูฉีดเพื่อป้องกันไม่ให้พลาสติกเหลว ไหลย้อยออกมาที่ปลายหัวฉีด ซึ่งกลไกหรือระบบควบคุมการเปิด-ปิดรูฉีดนั้นมีอยู่มากมายหลายแบบ ดังรูป


2) Clamping unit

Clamp unit เป็นชุดอุปกรณ์มีหน้าที่ในการติดตั้งแม่พิมพ์, เปิด-ปิดแม่พิมพ์ (mold) และกระทุ้งชิ้นงานที่ฉีดเสร็จแล้วออกจากแม่พิมพ์ โดยเฉพาะการปิดแม่พิมพ์นั้น Clamp unit จะต้องมีแรงในการปิดที่สามารถต้านทานแรงดันของพลาสติกเหลวในขั้นตอนการฉีดได้ โดยทั่วไป Clamp unit จะมีอยู่ 2 ระบบใหญ่ๆ ดังนี้
– Direct Clamp เป็นระบบการเปิด-ปิดแม่พิมพ์โดยตรงผ่านต้นกำลัง ซึ่งก็คือลูกสูบไฮดรอลิก (Hydraulic Cylinder) ระบบนี้เป็นระบบที่นิยมใช้ในเครื่องฉีดระบบไฮดรอลิก ซึ่งมีข้อดีก็คือสามารถ set-up ได้ง่าย
– Toggle Clamp เป็นระบบการเปิด-ปิดแม่พิมพ์ผ่านกลไกหรือระบบ Mechanic ซึ่งสามารถใช้ได้กับต้นกำลังจาก Servo Motor และ Hydraulic ซึ่งมีข้อดีก็คือแรงในการปิดแม่พิมพ์จะเที่ยงตรงและสม่ำเสมอ



 รายละเอียดของ Clamping unit


3) Control unit

Control unit มีหน้าที่ในการควบคุมการทำงานทุกระบบของเครื่องฉีด เช่น การควบคุมอุณหภูมิของกระบอกฉีด (Barrel), การควบคุมแรงดันและความเร็วในการฉีด, การควบคุมความเร็วในการเปิด-ปิดแม่พิมพ์, การควบคุมเวลาการทำงานในขั้นตอนต่างๆ ของเครื่องฉีด เป็นต้น


(แผงควบคุมอันนี้เป็นแค่ตัวอย่าง)
เรียบเรียงโดย : https://www.cctgroup.co.th