ตารางเหล็กสำหรับงานแม่พิมพ์พลาสติก
ในงานสร้างแม่พิมพ์พลาสติกผู้ออกแบบสามารถเลือกใช้วัสดุที่มีจำหน่ายในท้องตลาดเพื่อจัดสร้างแม่พิมพ์ขึ้นมา วัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์มีอยู่ด้วยกันมากมายหลายชนิด ทั้งที่เป็นเหล็ก และโลหะนอกกลุ่มเหล็ก เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าผสมเหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กหล่อ และอลูมินั่มอัลลอย การเลือกใช้วัสดุให้ถูกต้องกับการสร้างแม่พิมพ์แต่ละประเภท ถือว่าเป็นสิ่งที่สำคัญเป็นอย่างยิ่ง แม่พิมพ์จะมีอายุการใช้งานที่ยาวนานหรือไม่นั้น คุณภาพของวัสดุที่นำมาใช้เป็นสิ่งสำคัญมาก
ตามที่เคยได้กล่าวมาแล้วในบทความก่อนๆ แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกจะต้องรับภาระความเค้นที่มากระทำในหลากหลายรูปแบบ ชิ้นส่วนที่ได้ออกแบบจะต้องรับภาระความเค้นที่มากระทำได้ แรงที่ใช้ปิดแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดพลาสติกจะส่งผลโดยตรงต่อความแข็งแรงของโครงสร้างแม่พิมพ์ และส่วนประกอบต่าง ๆ ของแม่พิมพ์ ซึ่งแต่ละชิ้นส่วนจะรับภาระไม่เท่ากันบางชิ้นรับความเค้นดึง tensile stress บางชิ้นรับภาระอัด compressive stress บางชิ้นต้องต้องทนการเสียดสีสูง friction และต้องทนกับสภาพอุณหภูมิที่เป็นวัฎจักร ดังนั้น ผู้ออกแบบแม่พิมพ์จึงควรศึกษาถึงวัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์
แม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูปโลหะโดยส่วนใหญ่จะนิยมใช้เหล็กหล่อเป็นฐานรองแม่พิมพ์ เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการสร้างแม่พิมพ์ เนื่องจาก เหล็กเครื่องมือที่ใช้ทำแม่พิมพ์จะมีราคาสูง ในแม่พิมพ์ที่มีขนาดใหญ่ หากเราใช้เหล็กแม่พิมพ์ทั้งหมด แม่พิมพ์จะมีราคาแพงมาก ซึ่งในบางจุดไม่มีความจำเป็นต้องใช้เหล็กเครื่องมือ ผู้ออกแบบส่วนใหญ่จึงนิยมใช้เหล็กหล่อเป็นฐานของแม่พิมพ์
การหล่อโลหะจะทำการอบด้วยความร้อน เพื่อให้เหล็กหลอมละลายจากนั้นจึงปล่อยให้เย็นตัวในแบบ จากนั้นนำชิ้นงานที่ได้ไปอบคลายความเค้น จะทำให้เหล็กมีรูปร่างที่แน่นอนไม่บิดงอในขณะที่ใช้งาน ซึ่งเป็นเรื่องที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับแม่พิมพ์ เมื่ออบอ่อนเพื่อคลายความเค้นเรียบร้อยแล้ว จากนั้นจึงนำฐานแม่พิมพ์เหล็กหล่อไปขึ้นรูปตามที่ได้ออกแบบไว้ เพื่อให้ตัวแม่พิมพ์ฝัง (Insert) อยู่บนฐานเหล็กหล่ออย่างถูกต้องเหมาะสม
เหล็กหล่อที่มักใช้หล่อเป็นฐานของแม่พิมพ์จะเป็นเหล็กหล่อสีเทา (Gray Cast Iron) เหล็กหล่อสีเทาจะเป็นเหล็กหล่อที่มีราคาไม่สูงนัก เนื่องจากไม่มีธาตุผสมที่มีราคาแพงเติมลงไป เหล็กหล่อสีเทายังมีสมบัติทางกลที่เหมาะสมกับการใช้เป็นฐานรองแม่พิมพ์
– สามารถตกแต่งด้วยเครื่องมือกลได้ง่าย
-จุดหลอมเหลวต่ำ ทำให้สามารถหล่อได้ง่าย ความหนืดต่ำทำให้ไหลเข้าโพรงแบบได้ดี จึงสามารถหล่อชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ง่าย
-ต้านทานแรงอัด compressive stress และสามารถรับแรงสั่นได้ดี vibration ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ดีในการใช้เป็นฐานรองแม่พิมพ์ รวมทั้งฐานรองเครื่องจักรกลต่าง ๆ
เหล็กกล้าทั่วไป (Mild Steels)
เหล็กแผ่นรีดร้อน, เหล็กกล้าทั่วไปจะจัดอยู่ในกลุ่มของเหล็กล้าคาร์บอนต่ำ (Low Carbon Steels) โดยมีคาร์บอนสูงสุดไม่เกิน 0.25% โดยน้ำหนัก เป็นเหล็กที่มีราคาถูก ขึ้นรูปได้ง่าย เนื่องจากมีความแข็งต่ำ นอกจากนี้ ยังสามารถทำการเชื่อมได้ดี จึงใช้ทำโครงสร้างทั่วไปของแม่พิมพ์ ในส่วนที่ไม่ต้องการความแข็งแรงมากนัก เกรดที่นิยมใช้งานจะเป็นเกรด SS 40 และ SS 41 เหล็กประเภทนี้ไม่สามารถชุบแข็งได้
เหล็กชุบผิวแข็ง (Case Hardening Steels)
เหล็กชุบผิวแข็งที่มักใช้ทำแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกได้แก่ เกรด AISI P2 และ P4 (ไม่สามารถเทียบเกรดได้ตาม JIS) แม่พิมพ์จะถูกนำไปทำการเสริมคาร์บอนที่ผิว (Carburizing) ทำให้แม่พิมพ์มีความแข็งผิวสูงประมาณ 58-62 HRC ส่วนแกนในจะมีความแข็งประมาณ 25-35 HRC คุณสมบัติผิวแข็งแกนเหนียวนี้ จะทำให้แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกทนทานต่อการสึกหรอได้ดี และยังคงความเหนียวของแกนใน ทำให้รับแรงอัด และแรงกระแทกได้ดีด้วย ผิวที่แข็งนี้ จะทำให้การขัดเงาแม่พิมพ์ทำได้ดี แต่การนำแม่พิมพ์ไปชุบผิวแข็งจะมีข้อเสียคือ หลังการชุบแข็งที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง และบังคับให้ชิ้นงานเย็นตัวอย่างรวดเร็วในสารชุบ จะทำให้เกิดการเสียรูป และเปลี่ยนขนาดได้ง่าย ดังนั้น ต้องมีการเผื่อขนาดเพื่อนำมาเจียรนัยตกแต่งภายหลังด้วย
เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (Medium Carbon Steels)
เหล็กกลุ่มนี้ที่มักใช้ ในงานแม่พิมพ์จะเป็นเกรด S 45 C หรือ S 50 C โดยทั่วไป จะนิยมใช้ทำโครงแม่พิมพ์ เช่น แผ่นประกบหน้า-หลัง ขารอง (Spacer Block) แผ่นรองรับ (Backing Plate หรือ Retaining Plate) นอกจากนี้ เหล็กในกลุ่มนี้ยังสามารถใช้ทำตัวแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก ที่ใช้ฉีดชิ้นงานจำนวนไม่มากนัก โดยสามารถขึ้นรูปเป็นแม่พิมพ์ แล้วนำไปชุบเคลือบผิวแข็งฮาร์ดโครมก่อนนำไปใช้งาน นอกจากนี้ ยังสามารถใช้เป็นแผ่นโครงสำหรับใช้เป็นฐานฝัง (Insert) ตัวแม่พิมพ์ได้ ในทางการค้ามักเรียกเหล็กพวกนี้ว่า “เหล็กหัวแดง”เหล็กกล้าคาร์บอนเครื่องมือ (Carbon Tool Steels)เหล็กใน กลุ่มนี้ จะมีคาร์บอนผสมอยู่ระหว่าง 0.60-1.40 % เป็นเหล็กชุบแข็งด้วยน้ำ ภายหลังการชุบแข็งที่ผิวชิ้นงานจะมีความแข็งสูงระหว่าง 65-68 HRC แต่เนื่องจากเหล็กเกรดนี้มีความสามารถในการชุบแข็งต่ำ จึงทำให้ภายในชิ้นงานจะมีความแข็งไม่สูงนัก ลักษณะเช่นนี้ ชิ้นงานจะมีผิวแข็ง แต่แกนในยังคงมีความเหนียวอยู่ ชิ้นงานจะทนการเสียดสีได้ดี และรับแรงกระแทกได้ดีด้วย แม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กกลุ่มนี้ จะทนการเสียดสีได้ดี แต่ไม่สามารถใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ มักใช้ทำแม่พิมพ์ปั๊มโลหะ เช่น แม่พิมพ์ ตัด เจาะ โลหะบาง ๆแม่พิมพ์ที่ใช้ในงานขึ้นรูปเย็นที่ใช้ผลิตชิ้นงานจำนวนไม่มากนัก เป็นต้น และเนื่องจากเป็นเหล็กที่ชุบแข็งด้วยน้ำ ทำให้ชิ้นงานมีโอกาสที่จะเกิดการคดงอ และแตกร้าวภายหลังการชุบแข็งได้ ตามมาตรฐานของ JIS จะอยู่ในกลุ่มเหล็กเกรด SK 1 ถึง SK 7 แต่ที่นิยมใช้ และสามารถหาซื้อได้ง่ายภายในประเทศจะเป็นเกรด SK 3 และ SK 5
เหล็กทำแม่พิมพ์พลาสติก (Plastic Mold Steels)
เป็นเหล็กที่ผู้ออกแบบผลิตแม่พิมพ์จะนิยมใช้กันมาก เนื่องจากเป็นเหล็กที่ผ่านการชุบแข็ง และอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง (Pre-hardened Steels) เพื่อปรับให้ความแข็งลดลงเหลือประมาณ 28-40 HRC เหมาะสำหรับขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกล และมีคุณสมบัติในการขัดเงาได้ดี เมื่อผ่านการตัดเฉือนขึ้นรูปแล้ว สามารถนำไปใช้งานได้เลย โดยไม่ต้องนำมาชุบแข็งอีก ทำให้ไม่เกิดปัญหาด้านการบิดงอ และเสียรูป แต่อย่างไรก็ดี เนื่องจากแม่พิมพ์ผ่านการขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลมาก่อนอาจทำให้มีความเค้นตกค้าง residual stress ในเนื้อวัสดุ ซึ่งจะทำให้ชิ้นงานหลังจากตัดเฉือนขึ้นรูปบิดงอได้ ดังนั้น จึงควรนำไปอบคลายความเค้นก่อนใช้งาน เพื่อป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเกิดการบิดตัว เหล็กในกลุ่มนี้ที่นิยมใช้จะเป็นเกรด AISI P21, P20, P20 + S อักษรS หมายถึงเติมซัลเฟอร์ลงไปด้วยเพื่อให้ขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลง่ายขึ้น เหล็กในกลุ่มนี้จะยิยมใช้ทำอินเสริท์สำหรับแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกเป็นส่วนมากเนื่องจากวัสดุมีราคาแพง
Social tagging: เหล็กแม่พิมพ์พลาสติก > แม่พิมพ์ฉีดพลาสติก > แม่พิมพ์พลาสติก