การคำนวณหาจำนวน Cavityของ แม่พิมพ์พลาสติก

ในการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกสิ่งที่ต้องคำนึงถึงเป็นอันดับต้นๆ คือเรื่องจำนวนของคาวิตี้ การกำหนดจำนวนของคาวิตี้ โดยทั่วๆไปที่ผู้ออกแบบแม่พิมพ์พลาสติกจะนิยมใช้กันคือ เมื่อทราบจำนวนของชิ้นงานที่ต้องผลิตต่อ 1 เดือน แล้วจึงประมาณรอบการทำงานของการฉีดชิ้นงาน (Cycle Time) เพื่อนำไปคำนวณหาเวลาที่ต้องใช้ในการฉีดชิ้นงานทั้งหมดที่ต้องการใน 1 เดือน จากนั้นก็หาเวลาที่เครื่องฉีดทำงานใน 1 เดือนจำนวนเท่าของเวลาที่ต่างกันทั้ง 2 ชุด ก็คือจำนวนคาวิตี้ที่ควรจะมีในแม่พิมพ์พลาสติก แต่วิธีนี้ไม่ได้พิจารณาถึงความเที่ยงตรงของการผลิตจำนวนคาวิตี้ที่มากกว่า 1 ดังนั้นจึงมักพบเสมอว่าใช้วิธีนี้แล้ว ชิ้นงานที่ฉีดได้จากคาวิตี้ตามจำนวนที่คิดไว้ มีบางส่วนที่มีขนาดผิดพลาดเกินพิกัดที่ยอมรับได้ อันเนื่องมาจาก Moulding Condition ที่ไม่เหมาะสม แต่การจะหาจุดที่เหมาะสมที่สุดนั้นเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก จากประสบการณ์ที่ได้ทำกันมาจำนวนชิ้นงานที่เสียน้อยที่สุดคือ 4% ของชิ้นงานที่ได้จากแม่พิมพ์หลายคาวิตี้ อย่างไรก็ดีควรคำนึงถึงสภาพเครื่องฉีดพลาสติกที่ใช้และสภาพของแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกที่ใช้ด้วย เนื่องจากทั้งสองอย่างนี้จะเป็นตัวแปรหลักในการทำให้ชิ้นงานที่ได้นั้นมีคุณภาพตรงตามแบบที่ต้องการหรือไม่

การคำนวณเพื่อกำหนดจำนวนคาวิตี้ของแม่พิมพ์พลาสติก จำเป็นจะต้องรู้เกี่ยวกับชนิดของพลาสติก ขนาดของเครื่องฉีดพลาสติกและการออกแบบแม่พิมพ์พลาสติก ค่าใช้จ่ายในการผลิตแม่พิมพ์พลาสติกนั้นจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มจำนวนคาวิตี้ แต่ความสัมพันธ์กับค่าใช้จ่ายของเครื่องจักรต่อคาวิตี้จะลดลง เวลาในการผลิตชิ้นงานฉีดจะขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงาน ความเร็วในการฉีดพลาสติก อัตราการเย็นตัว เวลาในการหล่อเย็นแม่พิมพ์ ความสามารถในการหล่อเย็นแม่พิมพ์ และเวลาที่เกี่ยวเนื่องเช่น เวลาที่ใช้ในการฉีดย้ำ ( Pressure holding  time ) และเวลาปลดชิ้นงาน ( Delay time)

การกำหนดจำนวนคาวิตี้จะขึ้นอยู่กับ

1.ปริมาณในการสั่งซื้อ (จำนวนของชิ้นงานต่อเวลาการส่งมอบ)

2.รูปร่างของชิ้นงานฉีด ขนาดของชิ้นงาน และคุณภาพของชิ้นงาน

3.เครื่องฉีดพลาสติก ( แรง Clamping ปริมาณการหลอมเหลวพลาสติก และความสามารถในการฉีดพลาสติก)

มีวิธีการคำนวณจำนวนคาวิตี้ตามหลักเศรษฐศาสตร์

มีอยู่หลายวิธี ซึ่งการคำนวณแต่ละวิธีจะใช้วิธีการแตกต่างกันออกไป

วิธีที่ 1 การคำนวณโดยคำนึงความสามารถในการฉีด

จำนวนคาวิตี้ที่มากสุดตามทฤษฎีเป็น

N₁ =

N₂ =

N₂จะต้องน้อยกว่าหรือเท่ากับN₁

N1 เป็นจำนวนคาวิตี้ที่มากที่สุดที่จะทำให้ได้โรงสร้างของแม่พิมพ์อย่างง่าย ในทางปฎิบัติจะใช้พลาสติกในการฉีดต่อครั้งไม่เกิน 80%ของปริมาณสูงสุดที่เครื่องสามารถฉีดได้ เพราะมีผลต่อคุณภาพชิ้นงาน จำนวนคาวิตี้ที่เหมาะสมคือ

0.4N₁<N₂<0.8N₁

วิธีที่ 2 คำนวณจากแรงปิดแม่พิมพ์น้อยที่สุด

ใช้หลักการคำนวณจากแรงปิดแม่พิมพ์น้อยที่สุดที่ต้องการ ในการต้านทานแรงดันจากความดันของพลาสติกภายในคาวิตี้โดยคำนวนณจากพื้นที่ภาพฉายของคาวิตี้และทางวิ่ง คูณกับความสูงสุดภายในคาวิตี้ จากสูตรดังนี้

F=AxP

โดย  F = แรงต้านการเปิดแม่พิมพ์ (KN)

A=พื้นที่ภาพฉายของคาวิตี้และระบบทางวิ่ง (cm²)

P=ความดันภายในคาวิตี้ (Mpa)

ความดันภายในคาวิตี้จะนำความดันย้ำมาใช้ในการคำนวณ จะอยู่ระหว่าง20Mpa ถึง100Mpa ขึ้นอยู่กับพลาสติกและชิ้นงาน โดยใช้อุณหภูมิพลาสติกที่เหมาะสม

ในบางกรณีความผิดพลาดในการฉีด จะทำให้แรงดันนี้เพิ่มขึ้นจนถึงแรงดันฉีด กรณีนี้จึงควรคำนวณด้วยแรงดันฉีดสูงสุดของเครื่องฉีด และพื้นที่ภาพฉายที่น้ำพลาสติกไหลเข้าไป มิฉะนั้นจะเกิดครีบแลบที่ชิ้นงานและแม่พิมพ์เสียหายหรือ tiebar แตก

วิธีที่ 3 การคำนวณจำนวนคาวิตี้โดยพิจารณาจากความเที่ยงตรงของชิ้นงานและแม่พิมพ์พลาสติก

วิธีการนี้จะอาศัยการกำหนดจำนวนคาวิตี้ โดยพิจารณาจากความเที่ยงขนาดและจำนวนที่เสียจากการฉีดด้วย วิธีนี้เริ่มจากความคิดที่ว่า จำนวนคาวิตี้กับความเที่ยงขนาดของคาวิตี้ เป็นตัวกำหนดความเที่ยงขนาดของชิ้นงานฉีด

ถ้าให้

1. เป็นอัตราส่วนของชิ้นงานที่เสียจากการฉีดแม่พิมพ์หลายคาวิตี้
2. เป็นความเที่ยงขนาดของคาวิตี้
3. เป็นความเที่ยงขนาดของชิ้นงานที่ฉีด

 

 

ดังนั้นจำนวนคาวิตี้จะต้องน้อยกว่าค่าความเที่ยงขนาดของชิ้นงานหารด้วยความเที่ยงขนาดของคาวิตี้ แต่เพื่อให้จำนวนของชิ้นงานเสียเหลือน้อยที่สุด จึงควรปรับลดจำนวนคาวิตี้ลงอีก โดยการเผื่อค่าชิ้นงานเสียเป็นอัตราส่วน a

 

ตัวอย่างเช่น ถ้าต้องการชิ้นงานที่มีความเที่ยงขนาด มม. โดยให้แม่พิมพ์ที่ทำความเที่ยงขนาดคาวิตี้ได้ มม. จะใช้แม่พิมพ์ได้สูงสุดกี่คาวิตี้?

จากประสบการณ์ของการฉีดพลาสติกหลายคาวิตี้ มีชิ้นงานเสียที่ 4% ดังนั้น a=0.04

 

N<9.6

จำนวนคาวิตี้ที่เหมาะสมเป็นเลขคู่ คือเท่ากับ 8 ถ้าต้องการชิ้นงานที่มีความเที่ยงขนาดในพิกัดต่ำกว่านี้ จะต้องให้มีคำนวณคาวิตี้น้อยลง หรือในกรณีที่จำเป็นต้องผลิตให้ได้ตามจำนวนาวิตี้นั้น ก็จะต้องทำแม่พิมพ์ที่มีความเที่ยงขนาดพิกัดต่ำลงกว่านี้ โดยทั่วไปแม่พิมพ์ที่ต้องการความเที่ยงตรงสูง จะทำจำนวนคาวิตี้เพียง 1 หรือ 2 เท่านั้น

วิธีที่ 4 การหาจำนวณคาวิตี้โดยใช้คุณภาพเป็นหลัก

แม่พิมพ์ที่มีมากกว่าหนึ่งคาวิตี้ จะไม่มีเงื่อนไขการฉีดที่เหมาะสม จนทำให้ชิ้นงานทั้งหมดฉีดออกมาได้อย่างสมบูรณ์แบบ ในเวลาเดียวกัน ถ้าต้องการความแม่นยำและขนาดที่เหมือนกัน ต้องพิจารณาเพื่อหาจำนวณคาวิตี้ อาจเลือกใช้จำนวนคาวิตี้น้อย แม้จะฉีดชิ้นงานจำนวนมากก็ตาม หรือใช้เพียงคาวิตี้เดียวแต่ออกแบบเป็นแบบ hot runner

วิธีที่ 5 การหาจำนวนคาวิตี้โดยใช้วันกำหนดส่งเป็นหลัก

ถ้ากำหนดวันจัดส่งสินค้าเป็นที่แน่นอนแล้ว โดยทั่วไปจะใช้สมการคำนวณจำนวนคาวิตี้ดังนี้

โดยใช้ 6000ชม.การทำงานต่อปี และมี3กะทำงาน

1.05=ตัวประกอบสำหรับชิ้นงานที่เสีย (ในกรณีนี้คิดที่ 5%)

S=จำนวนชิ้นงานที่สั่งผลิตต่อแม่พิมพ์หนึ่งชุด

=รอบเวลาฉีด(วินาที)

=เวลาที่เริ่มสั่งผลิตจนผลิตเสร็จ(เดือน)

= เวลาในการทำแม่พิมพ์(เดือน)

จำนวนคาวิตี้ที่ใช้จริงต้องไม่น้อยกว่าที่คำนวณได้ หากแตกต่างกันมาก ก็ควรกำหนดเวลาจัดส่งใหม่ อาจต้องใช้ขั้นตอนการคำนวณซ้ำ เพราะเวลาที่ใช้ในการทำแม่พิมพ์อาจเปลี่ยนไปตามจำนวนคาวิตี้

วิธีที่ 6 การหาจำนวนคาวิตี้โดยการตัดสินใจของวิศวกร

เป็นวิธีการใช้การตัดสินใจของวิศวกรออกแบบ ว่าจะใช้จำนวนคาวิตี้เท่าใด จากการพิจารณา จากประสบการณ์ที่ผ่านมา ข้อมูลเดิม กลไกการทำงานของแม่พิมพ์ ความสามารถของโรงงานในการผลิต

วิธีที่ 7 การหาจำนวนคาวิตี้โดยการใช้ข้อมูลทางเทคนิคเป็นหลัก

มีอยู่ 6 จำนวนคือ

=ใช้แรงประกบแม่พิมพ์เป็นหลัก

=ใช้ปริมาณพลาสติกน้อยที่สุดที่ฉีดได้ในแต่ละครั้งเป็นหลัก

=ใช้ปริมาณพลาสติกมากที่สุดที่ฉีดได้ในแต่ละครั้งเป็นหลัก

=ใช้อัตราการหลอมพลาสติกเป็นหลัก

=ใช้ขนาดหน้าแปลนจับยึดของเครื่องฉีดพลาสติกเป็นหลัก

=ใช้ข้อมูลการไหลของน้ำพลาสติกเป็นหลัก

ข้อมูลเหล่านี้สามารถคำนวณโดยการใช้ข้อมูลจากเครื่องฉีดพลาสติกและชิ้นงาน

ใช้แรงประกบแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดพลาสติกเป็นหลัก

 

โดย

f = ตัวประกอบป้องกันครีบแลบ (1.2-1.5)

=แรงประกบแม่พิมพ์สูงสุด (KN)

A= พื้นที่ภาพฉายของชิ้นงานและทางวิ่ง(ตร.ซม.)

=ความดันฉีดพลาสติกสูงสุด (Mpa) (ในทางปฎิบัตินำความดันย้ำมาคำนวณ)

ใช้ปริมาณพลาสติกน้อยที่สุดที่ฉีดได้ในแต่ละครั้งเป็นหลัก

 

=ปริมาตรของพลาสติกที่ฉีดได้ในแต่ละครั้งของชุดฉีด

=ปริมาตรของชิ้นงานและ runner

หลักเกณฑ์นี้ทำให้แน่ใจว่าพลาสติกเหลวไม่อยู่ในกระบอกฉีดนานเกินไป และคุณภาพของชิ้นงานฉีดที่ได้มีความสม่ำเสมอ

ใช้ปริมาณพลาสติกมากที่สุดที่ฉีดได้แต่ละครั้งเป็นเกณฑ์

 

หลักเกณฑ์นี้ทำให้แน่ใจว่าพลาสติกเหลวมีคุณสมบัติทางกลและความร้อนมีความสม่ำเสมอ อีกทั้งส่วนผสมเป็นเอกพันธ์ ( Homogenous)

ใช้อัตราการหลอมพลาสติกเป็นหลัก

 

โดย

=รอบเวลาการฉีด(วินาที)

=อัตราการหลอมพลาสติก(กก/ซม.)

=ปริมาตรของชิ้นงานและ runner (ลบ.ซม.)

=น้ำหนักจำเพาะของน้ำพลาสติก(กก/ลบ.ดม.)

จำนวนคาวิตี้สูงสุด  หาได้จากขนาดหน้าแปลนของเครื่องฉีดพลาสติก ที่เลือกสำหรับงานฉีด จำนวนคาวิตี้ซึ่งพื้นที่ภาพฉายทาบพอดีกับหน้าแปลนของเครื่องฉีด

จำนวนคาวิตี้ที่ใช้กานไหลของน้ำพลาสติก(ไหลเข้าสู่คาวิตี้) เป็นหลักเงื่อนไขสำหรับคำนวณค่าคือ สามารถประมาณค่าแรงดันที่คาวิตี้และทางเข้าต้องใช้ เมื่อน้ำพลาสติกไหลผ่านจากหัวฉีด ปลอกรูฉีด ทางวิ่งและทางเข้า เมื่อน้ำพลาสติกไหลเข้าสู่คาวิตี้ความดันจะต่ำกว่าความดันฉีด ดังนั้นจึงต้องควบคุมให้ความดันน้ำพลาสติกสูงพอที่จะไหลเข้าเต็มคาวิตี้ โดยมรการวางคาวิตี้ตามที่กำหนดไว้

**ที่มา : เอกสารออกแบบแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก สถาบันไทย-เยอรมัน **

 

 

 

Social tagging: คำนวณคาวิตี้ > ฉีดพลาสติก > ออกแบบแม่พิมพ์