ตามสมาคมอุตสาหกรรมพลาสติก มีอยู่โดยทั่วไป 5 ประเภทของแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูป ซึ่งจัดประเภทตามอายุการใช้งานและวัสดุที่ใช้ในการผลิต ประเภทแรกที่เรียกว่าคลาส 101 สามารถทนต่อรอบการทำงานได้มากกว่าหนึ่งล้านรอบ เนื่องจากใช้วัสดุเหล็กเครื่องมือคุณภาพสูง เช่น เหล็ก H13 หรือ S136 แม่พิมพ์ประเภทนี้พบได้ทั่วไปในกระบวนการผลิตจำนวนมาก ที่ต้องการความสม่ำเสมอในการผลิตเป็นระยะเวลานานหลายปี โดยเฉพาะในอุปกรณ์ทางการแพทย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เราพกพาใช้งานในปัจจุบัน เมื่อลดระดับลงมา แม่พิมพ์คลาส 102 สามารถใช้งานได้ประมาณหนึ่งล้านรอบเช่นกัน แต่ใช้วัสดุที่ทนทานน้อยลงเล็กน้อย เช่น เหล็ก P20 หรือ 718 ผู้ผลิตมักเลือกใช้แม่พิมพ์ประเภทนี้ในการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ เนื่องจากให้ความสมดุลที่ดีระหว่างความทนทานและต้นทุน จากนั้นคือคลาส 103 ที่รองรับการทำงานได้ประมาณครึ่งล้านรอบ โดยใช้วัสดุเช่น NAK80 หรือแม้แต่เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำทั่วไป ซึ่งพบเห็นได้บ่อยในเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน สำหรับงานผลิตที่มีจำนวนรอบไม่ถึง 100,000 รอบ ส่วนใหญ่มักใช้แม่พิมพ์คลาส 104 ที่ทำจากอะลูมิเนียมเป็นหลัก และสุดท้าย ผู้ที่กำลังทดสอบการออกแบบใหม่ๆ มักจะเริ่มต้นด้วยต้นแบบคลาส 105 ที่สร้างจากโลหะอ่อนหรือวัสดุคอมโพสิต ซึ่งโดยทั่วไปจะมีอายุการใช้งานน้อยกว่า 500 รอบ ก่อนที่จะต้องเปลี่ยน
ประสิทธิภาพจริงต่ำกว่าเกณฑ์อ้างอิงทฤษฎี SPI อย่างต่อเนื่อง 15–30% เนื่องจากปัจจัยในการดำเนินงาน: เรซินขัดสูง เช่น โพลิเมอร์ที่เติมใยแก้ว จะเร่งการสึกหรอได้เร็วกว่าวัสดุทั่วไปถึง 40% และการควบคุมกระบวนการที่ไม่สม่ำเสมอทำให้อายุการใช้งานลดลงอีก
| ระดับ SPI | อายุการใช้งานโดยประมาณ (จำนวนรอบ) | วัสดุทั่วไป | การใช้งานในอุตสาหกรรม |
|---|---|---|---|
| 101 | >1,000,000 | H13, S136 แบบแข็ง | อุปกรณ์ทางการแพทย์, อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค |
| 102 | ≈ 1,000,000 | P20, 718 แบบพรีฮาร์ด | ชิ้นส่วนยานยนต์ |
| 103 | ≈ 500,000 | NAK80, เหล็กอ่อน | ตัวเรือนเครื่องใช้ไฟฟ้า |
| 104 | ≈ 100,000 | โลหะผสมอลูมิเนียม | การทดลองบรรจุหีบห่อ |
| 105 | ≈ 500 | โลหะอ่อน คอมโพสิต | การตรวจสอบต้นแบบ |
หลักการสี่ประการที่เกี่ยวข้องกันอย่างแน่นแฟ้น ซึ่งควบคุมอายุการใช้งานตามหน้าที่การงานที่เกินกว่าการจัดประเภท SPI:
การรักษาระดับอุณหภูมิให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างมากต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ เมื่อกระบวนการระบายความร้อนไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งแม่พิมพ์ จะก่อให้เกิดปัญหาขึ้น ตามรายงานการศึกษาทางด้านวิศวกรรมโพลิเมอร์เมื่อปีที่แล้ว การระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอนี้เป็นสาเหตุของปัญหาการบิดงอประมาณครึ่งหนึ่งของทั้งหมด และทำให้จุดบางตำแหน่งสึกหรอเร็วกว่าปกติในบริเวณที่มีแรงเครียดสะสม การออกแบบช่องระบายความร้อนที่ดีจะช่วยควบคุมอุณหภูมิให้มีความแตกต่างกันไม่เกินประมาณ 5 องศาเซลเซียสระหว่างส่วนต่างๆ ของแม่พิมพ์ในแต่ละรอบการทำงาน ซึ่งจะช่วยป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ จากความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงเกินไป การระบายอากาศอย่างเหมาะสมก็เป็นอีกปัจจัยสำคัญหนึ่ง เช่น ระบบระบายอากาศที่ออกแบบขนาดเหมาะสมกับงาน โดยทั่วไปอยู่ที่ความลึก 0.03 ถึง 0.05 มิลลิเมตรต่อตารางเซนติเมตร จะช่วยป้องกันไม่ให้อากาศเข้าไปติดอยู่ภายใน และลดการเพิ่มขึ้นของแรงดันอย่างฉับพลันภายในโพรงแม่พิมพ์ได้ถึง 30% ซึ่งหมายถึงแรงกดที่ลดลงต่อแกนหลัก (core pins) และเมื่อถึงเวลาที่ต้องดันชิ้นงานออก แผ่นดันที่ถูกออกแบบให้สมดุลจะทำงานได้ดีกว่าการพึ่งพาเฉพาะหมุดดันเพียงอย่างเดียว เพราะช่วยกระจายแรงได้อย่างสม่ำเสมอมากขึ้นทั่วทั้งผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ซึ่งจากการศึกษาพบว่าสามารถลดปัญหาการสึกหรอแบบกาลลิ่ง (galling) ได้เกือบสามในสี่ของการผลิตรถยนต์
ตำแหน่งการติดตั้งเกตมีอิทธิพลอย่างมากต่อพฤติกรรมการไหลและการกระจายแรงเครียดคงเหลือ เกตแบบแท็บให้ผลลัพธ์ดีกว่าเกตแบบขอบสำหรับชิ้นส่วนที่มีผนังหนา โดยลดการเสื่อมสภาพของโมเลกุลจากแรงเฉือนลงได้ 22% (Material Science Quarterly, 2024) การจัดแนวเรขาคณิตควรเป็นไปตามหลักการสำคัญสามประการ:
เหล็กที่เลือกใช้สำหรับแม่พิมพ์มีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงาน ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน และความถี่ของการบำรุงรักษา สำหรับการผลิตจำนวนน้อยกว่าประมาณ 50,000 รอบ P20 เหล็กสามารถใช้งานได้ดีในแง่งบประมาณ แม้ว่าจะทนสนิมได้ไม่ดีนัก เมื่อเข้าสู่ขั้นตอนการผลิตที่จริงจัง เช่น การใช้ระบบฮ็อตรันเนอร์ หรือเมื่อความต้องการการผลิตถึงระดับ 500,000 รอบ H13 จะกลายเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้มากที่สุด เนื่องจากความแข็งแรงและสามารถทนต่อการให้ความร้อนและทำให้เย็นซ้ำๆ ได้ดี S136 มีความโดดเด่นในสภาพแวดล้อมที่ใช้วัสดุกัดกร่อน เช่น PVC แต่ต้องอาศัยความระมัดระวังอย่างมากในกระบวนการอบความร้อนเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดี ทางเลือกระดับสูงเช่น 718 และ NAK80 สามารถคงรูปร่างได้ดีแม้ในอุณหภูมิสูง โดยเฉพาะ NAK80 ที่สามารถรักษาความแม่นยำได้ถึง 300 องศาเซลเซียส โดยไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการชุบแข็งเพิ่มเติม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งกับชิ้นส่วนที่ต้องการความทนทานต่อความคลาดเคลื่อนต่ำ อย่างไรก็ตาม เหล็กแต่ละประเภทมีอัตราการสึกหรอที่แตกต่างกันไปตามตำแหน่งที่ใช้งาน S136 มีความทนทานดีกว่าในบริเวณเกตที่เกิดการเฉือนวัสดุ ในขณะที่ H13 มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าในส่วนของรันเนอร์ที่ต้องเผชิญกับความเครียดจากความร้อนอย่างต่อเนื่อง อัตราการถ่ายเทความร้อนก็มีความสำคัญเช่นกัน H13 สามารถถ่ายเทความร้อนได้เร็วกว่า P20 ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ ทำให้ลดระยะเวลาไซเคิลได้ แต่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำตลอดกระบวนการ
การเลือกคุณสมบัติของเหล็กที่เหมาะสมให้สอดคล้องกับเงื่อนไขการแปรรูปเฉพาะนั้น จะช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพของวัสดุที่ไม่จำเป็นระหว่างกระบวนการผลิต เมื่อทำงานกับพอลิเมอร์ที่ผสมใยแก้ว จำเป็นต้องใช้เหล็กที่ผ่านการอบแข็ง โดยตัวอย่างเช่น เหล็กเกรด 718 มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็ก P20 มาตรฐานประมาณ 40% เมื่อใช้งานกับวัสดุที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในระยะยาว เรซินที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน เช่น PVC จำเป็นต้องใช้เหล็กกล้าไร้สนิม เช่น S136 เพื่อต้านทานปัญหาการกัดกร่อนแบบเป็นจุดและการออกซิเดชัน แม้แต่ในสภาพแวดล้อมที่การกัดกร่อนไม่ใช่ปัญหาหลัก ความชื้นในพื้นที่ผลิตก็ยังคงต้องการเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อน แม้ว่าการเคลือบผิวจะช่วยได้ในกรณีนี้ แต่มักจะส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาระยะยาวเพิ่มสูงขึ้น เรซินชนิดคริสตัลกึ่งผลึก เช่น โพลีโพรพิลีน ทำงานได้ดีที่สุดกับโลหะผสมทองแดงที่ไม่มีเบริลเลียมในช่องระบายความร้อนแบบคอนฟอร์มอล ในขณะที่วัสดุอะมอร์ฟัส เช่น ABS ไม่จำเป็นต้องใช้ระบบที่ซับซ้อนขนาดนั้น การมีสารเติมแต่งชนิดกันไฟเกิดขึ้นนำมาซึ่งความท้าทายอีกประการหนึ่ง เนื่องจากสารเหล่านี้มักมีสารประกอบกำมะถันที่ก่อให้เกิดปัญหาการแตกร้าวจากความเครียดเนื่องจากการกัดกร่อน โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้โลหะผสมที่มีส่วนประกอบของนิกเกิลเพื่อจัดการกับปัญหานี้อย่างมีประสิทธิภาพ การพิจารณาปริมาณการผลิตยังมีผลต่อความคุ้มค่าทางการเงินด้วย เหล็ก P20 ทั่วไปใช้งานได้ดีสำหรับงานต้นแบบ แต่เมื่อพิจารณาแม่พิมพ์ที่ต้องผลิตเกินครึ่งล้านรอบ การลงทุนเพิ่มเติมกับเหล็กเครื่องมือคุณภาพสูง เช่น S7 ก็ถือว่าคุ้มค่า แม้ราคาเริ่มต้นจะสูงก็ตาม
การมีแผนการบำรุงรักษาที่เหมาะสมสามารถทำให้แม่พิมพ์ใช้งานได้นานขึ้นถึง 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการซ่อมแซมเฉพาะเมื่อเกิดปัญหา การตรวจสอบแม่พิมพ์ทุกวันจะช่วยสังเกตปัญหาก่อนที่จะลุกลาม เช่น รอยขีดข่วนเล็กๆ หรือคราบที่เกิดขึ้นบนผิวหน้า ทุกสัปดาห์ควรทำความสะอาดเรซินที่สะสมอยู่ตามช่องระบายอากาศ ช่องระบายความร้อน และชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวอยู่เป็นประจำ ควรใช้สารทำความสะอาดชนิดอ่อนโยน เพราะสารที่รุนแรงอาจทำลายช่องระบายและรบกวนการถ่ายเทความร้อนในแม่พิมพ์ ทุกๆ สามเดือน ควรถอดชิ้นส่วนทั้งหมดออกเพื่อตรวจสอบขนาดอย่างถูกต้อง ขัดผิวให้กลับมาตามข้อกำหนด และเปลี่ยนชิ้นส่วนที่สึกหรอเร็ว เช่น เข็มดันชิ้นงานเก่าๆ ที่เสื่อมสภาพจากการใช้งาน ผู้ผลิตที่ปฏิบัติตามขั้นตอนเช่นนี้ จะเห็นการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดลดลงประมาณ 42% ตามมาตรฐานอุตสาหกรรมจากผู้ผลิตสัญญาชั้นนำ ซึ่งสมเหตุสมผลดี เพราะไม่มีใครอยากให้การผลิตหยุดชะงักในช่วงเวลาที่เลวร้ายที่สุด
การหล่อลื่นเสาคู่มือและแกนเลื่อนทุกๆ 5,000–8,000 รอบ จะช่วยป้องกันการเสียดสีของโลหะกับโลหะ — การยืนยันจากอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่าการหล่อลื่นอย่างเหมาะสมสามารถลดความล้มเหลวที่เกิดจากการขีดข่วนได้ถึง 68% การทำความสะอาดด้วยคลื่นความถี่สูงสามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนขนาดต่ำกว่าไมครอนออกจากพื้นผิวที่มีลวดลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งลมอัดไม่สามารถเข้าถึงได้ โปรโตคอลการตรวจสอบที่ได้รับการยืนยันแล้ว ได้แก่:
การควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ การรักษาระดับอุณหภูมิของวัสดุหลอมเหลวให้ใกล้เคียงกับค่าที่วัสดุกำหนด โดยทั่วไปไม่เกินหรือต่ำกว่าประมาณ 5 องศาเซลเซียส จะช่วยป้องกันการเปลี่ยนแปลงความหนืดที่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อช่องทางฉีด (gates) และ runner ตามกาลเวลา นอกจากนี้การออกแบบระบบระบายความร้อนก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน เมื่อแม่พิมพ์เย็นตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งผิว สภาพการทำงานจะราบรื่นขึ้น แต่หากการระบายความร้อนไม่สม่ำเสมอ อาจเป็นสาเหตุถึงประมาณหนึ่งในสามของความเสียหายล่วงหน้าของแม่พิมพ์ ตามรายงานจาก Plastics Technology เมื่อปีที่แล้ว ระบบที่สามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างรอบการผลิตได้ จะช่วยตรวจจับปัญหาแต่เนิ่นๆ ก่อนที่จะลุกลามจนทำให้เกิดความเสียหายต่อเหล็กแม่พิมพ์ และดูตัวเลขเหล่านี้: แม่พิมพ์ที่ทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่ มักต้องเข้ารับการซ่อมบำรุงน้อยลงประมาณ 40% เมื่อเทียบกับแม่พิมพ์ที่ไม่มีการจัดการอุณหภูมิอย่างเหมาะสม
การสตาร์ทเครื่องจักรอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยการเพิ่มอุณหภูมิการใช้งานอย่างช้าๆ ผ่านประมาณ 15 รอบ ช่วยป้องกันการช็อกจากความร้อน ซึ่งอาจก่อให้เกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ ที่รบกวนใจในวัสดุได้ เมื่อปิดอุปกรณ์ จำเป็นต้องล้างระบบให้สะอาดและปล่อยให้เย็นตัวอย่างควบคุม เพื่อไม่ให้เรซินที่เหลืออยู่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนในขณะที่อุปกรณ์หยุดทำงาน การตั้งค่าแรงหนีบ (clamp tonnage) ให้ถูกต้องมีความสำคัญมากเช่นกัน แรงดันจะต้องคงอยู่ภายในระยะประมาณ 5% ของค่าที่เรซินชนิดนั้นต้องการ หากคลาดเคลื่อนเพียงเล็กน้อย ก็จะเริ่มเกิดปัญหา เช่น รอยแตกร้าวเล็กๆ จากการโก่งตัว หรือปัญหาการสึกหรอที่รบกวนใจตามแนวแยกชิ้นส่วน เซ็นเซอร์อัตโนมัติเหล่านี้ที่ใช้ตรวจสอบแรงหนีบก่อนการผลิตจำนวนมากนั้นมีประโยชน์อย่างยิ่ง เพราะสามารถตรวจจับปัญหาการจัดแนวที่ผิดเพี้ยนเล็กน้อย ซึ่งไม่มีใครสังเกตเห็นในการตรวจสอบตามปกติ แต่อาจนำไปสู่การเกิดรอยแตกร้าวที่รุนแรงขึ้นในระยะยาว ข้อมูลอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่า หนึ่งในสี่ของการล้มเหลวของแม่พิมพ์ที่ไม่คาดคิดนั้น สามารถสืบย้อนไปได้โดยตรงถึงแรงหนีบที่ใช้ไม่ถูกต้องในระหว่างการผลิต
SPI Class หมายถึง การจัดประเภทตามที่สมาคมอุตสาหกรรมพลาสติก (Society of the Plastics Industry) กำหนด ซึ่งบ่งบอกถึงอายุการใช้งานและวัสดุที่ใช้ในการผลิตแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูป อายุการใช้งานตามรอบ คือ จำนวนครั้งโดยประมาณที่แม่พิมพ์สามารถใช้งานได้ก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่
การเลือกวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะต้องสอดคล้องกับชนิดของเรซินและสารเติมแต่งที่ใช้ในการผลิต เพื่อป้องกันการกัดกร่อน ความสึกหรอ และความล้าจากความร้อน
การบำรุงรักษาเชิงป้องกัน ซึ่งรวมถึงการทำความสะอาด การหล่อลื่น และการตรวจสอบเป็นประจำ จะช่วยระบุและแก้ไขปัญหาก่อนที่จะนำไปสู่ความเสียหายร้ายแรงของแม่พิมพ์
การออกแบบให้มีประสิทธิภาพ การเลือกวัสดุ การบำรุงรักษาเชิงป้องกัน และการควบคุมกระบวนการ คือ ปัจจัยหลักที่มีผลต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์
ข่าวเด่น2024-04-25
2024-03-06
2024-03-06
2024-03-06
2024-03-06
2024-08-09