การออกแบบแมพมพฉดขนรปผลตภณฑยาง Principle of the Rubber Injection Moulding Design

เสกสรรค วนยางคกล1

1คณะเทคโนโลยอตสาหกรรม มหาวทยาลยราชภฏเชยงราย โทร 0-5377-6000 ตอ 1262 โทรสาร 0-5377-6015 E-mail: seksanwin@hotmail.com1

Seksan Winyangkul1

1Faculty of Industrial Technology (In-Tec),Chaiangrai Rajabhat University, 80 Phahoyotin Rd., Muang District, Chaiangrai, 57000

บทคดยอ

ในการออกแบบแมพมพส าหรบกระบวนการฉดขนรปผลตภณฑยางนนจะตองค านงถงปจจยหลายอยางไดแก วสดทใชท าแมพมพ การใหความรอนแกแมพมพ ชองทางไหลเขาในแมพมพ ชองทางวงรอน ชองทางไหลแบบเยน แบบของแมพมพ รปทรงของชนงานภายในแมพมพ ชองลมภายในแมพมพ ซงจะสงผลตอการออกแบบแมพมพ โดยทวไปแลวการออกแบบแมพมพของผประกอบการภายในประเทศนนยงใชประสบการณ และใชการลองผดลองถกในการออกแบบ ซงจะสงผลใหเกดปญหากบชนงานในดานคณภาพและกระบวนการผลตเมอน าแมพมพไปใชงาน ในบทความนไดน าเสนอหลกของการออกแบบแมพมพฉดทถกตอง เพอแกไขปญหาทเกดขนในการออกแบบแมพมพฉดรวมทงลดปญหาการแกไขปญหาทเกดขนในกระบวนการฉดขนรปผลตภณฑยาง ค าส าคญ: แมพมพฉดยาง, การออกแบบแมพมพ Abstract In the Rubber injection moulding design to consideration for a important factor; Material, Mould Heating, Sprue, Hot runner, Cold Runner, Mould layout, Cavity layout and Mould Venting that to affect for Rubber injection moulding design. General for rubber injection mould design by a factory to use experience as Trial and Error. When used the mould that affect to the quality of product and process. In this article present a Principle of the Rubber Injection Moulding Design for moulding design is correct and to reduce a waste in process. Keywords: Rubber Injection Moulding, Mould design ทมาและความส าคญ

ในปจจบนทางภาคเหนอของประเทศไทยไดมการปลกยางพารากนอยางแพรหลาย ซงภายในจงหวดเชยงรายนนไดมพนทในการปลกมากเปนอนดบหนงของทางภาคเหนอ อยท 81,936 ไร [1] ในป 2550 และเมอพจารณาดการปลกยางพาราของประเทศไทยนนไดมการผลตและมปรมาณการสงออกยางธรรมชาตมากเปนอนดบตนๆของโลกโดยในป 2548 ประเทศไทยสงออกประมาณ 99,632,580 กโลกรม (ผลรวมจาก 3 แหง คอ หาดใหญ, สราษฎรธาน และนครศรธรรมราช) [2] ซงรวมเปนมลคาประมาณ 5,500 ลานบาท สวนการสงออกผลตภณฑส าเรจรปและผลตภณฑยางของไทยนนมแนวโนมเพมสงขนในทกๆปโดยสงเกตจากขอมลป 2544 – 2546 มมลคาการสงออกในป 2544 สงออก 48,484.18 ลานบาท ป 2545 สงออก 54,369.84 ลานบาท และในป 2546 สงออก 64,548.30 ลานบาท อยางไรกตามในป พ.ศ. 2544 - 2546 นนมปรมาณการใชยางธรรมชาตเพอน าไปแปรรปเปนผลตภณฑประมาณ 15% ของปรมาณยางธรรมชาตทผลตไดซงถอวานอยเมอเทยบกบผลผลตทผลตได ดงนนคณะกรรมการนโยบายยางธรรมชาตจงไดก าหนดยทธศาสตรการพฒนายางพาราครบวงจร [3] เพอใหการพฒนายางพาราของประเทศมทศทางทชดเจน โดยในสวนของยทธศาสตรดานอตสาหกรรมยางนน มมาตรการด าเนนการทงในระยะสนและระยะกลางทตองการพฒนาเทคโนโลยการแปรรปยางดบของประเทศเพอเพมมลคาและน ายางดบไปใชอยางมประสทธภาพ โดยมสดสวนการใชเพมเปน 20% ของปรมาณยางธรรมชาตทผลตไดของประเทศไทย

ในกระบวนการแปรรปยางพาราเพอเปลยนเปนผลตภณฑตาง ๆ ในปจจบน สามารถแบงได 3 แบบ [4] คอ แบบอด (Compression Moulding) แบบกงอด (Transfer Moulding) และแบบฉด (Injection Moulding) โดยแมพมพแบบอดเปนแมพมพทใชกนอยางแพรหลายและมราคาถกกวาแบบอนเหมาะส าหรบใชในการผลตผลตภณฑยางทไมมความซบซอนของรปรางมากนก ในขณะทแมพมพกงฉดนนจะใชกบผลตภณฑทมความซบซอนปานกลางและใชเวลาทสนกวาแบบอด สวนแบบฉดนนเหมาะกบอตราการผลตทสงและผลตภณฑทมความซบซอนสงแตมราคาของแมพมพทสงดวยเชนกน ในปจจบนดวยความตองการในดานรปรางความซบซอน คณภาพ และปรมาณทสงมสวนท าใหความตองการแปรรปผลตภณฑดวยการฉดขนรปมเพมมากขน อยางไรกตามความรดานการออกแบบและสรางแมพมพรวมทงการน าเทคโนโลยไปชวยเพอท าใหแมพมพทไดมประสทธภาพและใชงานไดตรงตามวตถประสงคทตองการยงมอยจ ากดจงมความจ าเปนอยางยงทตองมการพฒนาและน าเอาเทคโนโลยดานการออกแบบ และการผลตททนสมย เขาไปชวยในกระบวนการออกแบบและสรางแมพมพฉดของผลตภณฑยาง

โดยทวไปแลวการผลตแมพมพในปจจบนจะใชผผลตภายนอกซงใชเครองมอและอปกรณในการผลตสมยเกา คอเนนการใชเครองจกรทควบคมดวยพนกงาน (Manual Machine) และใชทกษะความช านาญของพนกงานปฏบตงาน การออกแบบแมพมพท าโดยการลองผดลองถก (Trial and Error) จงมสวนท าใหเกดปญหากบชนงานในดานคณภาพและกระบวนการผลตเมอน าแมพมพมาใชงาน เชน ชนงานเกดครบซงท าใหตองมการแกไขงานและสญเสยตนทนดานวสดทไมตองการเปนอนมากชนงานไมไดรปรางตรงตามตองการอนเนองจาก การออกแบบแมพมพทผดพลาด และการผลตแมพมพทไมไดคณภาพเมอน าแมพมพไปใชจะท าใหแมพมพเสยหายหรอเปลยนรปหลงจากการใชงานในระยะเวลาไมนานเนองจากการเลอกใชวสดท าแมพมพไมเหมาะสมและสอดคลองกบการใชงาน ซงเปนผลท าใหตองใชระยะเวลาในการออกแบบและสรางแมพมพรวมทงการแกไขเปลยนแปลงแมพมพซ าไปซ ามาเพอใหสามารถน าแมพมพมาใชงานไดคอนขางลาชาท าใหสญเสยโอกาสทางการผลตและไมสามารถสนองความตองการของตลาดไดอยางทนทวงท

จากปญหาดงกลาวบทความนจงไดน าเสนอเพอทจะพฒนากระบวนการออกแบบแมพมพฉดผลตภณฑยาง เพอแกไขปญหาทเกดขนในการออกแบบแมพมพฉดรวมทงลดปญหาการแกไขปญหาทเกดขนในกระบวนการฉดขนรปผลตภณฑยาง งานวจยทเกยวของ

R. P. Brown [5] กลาวถงเหตผลและสาเหตการเสยหายของผลตภณฑยาง แนวทางการปองกนและตวอยางความเสยหายทเกดขน โดยเฉพาะกบผลตภณฑยางทเปนลอรถและซล โดยความเสยหายดงกลาวนนเกดจากการออกแบบทผดพลาด การเลอกวสดทไมเหมาะสม ความบกพรองในขนตอนการผลต การตดตงทไมถกตอง สภาพการใชงานทไมไดคาดการณไว การใชงานทผดวธหรอไมระมดระวง รวมไปถงการออกแบบในลกษณะทมจดบกพรอง (Strategic Weakness) J. A. Lindsay [6] ไดศกษาถงปจจยทมผลตอความสญเสยในกระบวนการฉดผลตภณฑยาง ตงแตชวงของการออกแบบผลตภณฑไปจนถงการปรบตงเงอนไขการฉดของเครองจกร อทธพลของสวนผสมและสารเตมเตม (Additives) บางตว ทมผลตอเศษตกคางในเบาแมพมพ รวมทงเกดต าหนในชนงานทฉด นอกจากน Lindsay ยงกลาวถงการน าระบบบรหารงานคณภาพ ISO 9001 มาใชในการเพมประสทธภาพการท างาน และใหตระหนกถงคาใชจายทเพมขนจากชนงานทมความซบซอนสงและพกดความคลาดเคลอนทต า รวมไปถงความรวมมอกนระหวางตวผผลตและลกคาในแตละขนตอนเพอใหผผลตสามารถผลตผลตภณฑทตรงตามความตองการของลกคา ทงในดานของคณภาพ ราคา ระยะเวลาในการสงมอบและจ านวนทตองการ

E. Bociaga [7] ไดศกษาปจจยทมผลกบคณภาพในงานฉดและใชในการอางองกระบวนการฉด คอ อณหภมของแมพมพ ความดนทใชในการฉด ความเรวฉด และรอบการฉด โดยทดลองชนงานตวอยางทเปน HDPE โดยก าหนดปจจยคงทในการฉด คอ อณหภมฉด ความดนฉด ความดนฉดย า ( Holding Pressure) เวลาฉดย า เวลาหลอเยน และรอบการฉด และปจจยแปรผนในการฉด คอ อณหภมแมพมพ และความเรวฉด นอกจากน E. Bociaga [8] ยงไดศกษาถงรปแบบของการฉดทไดจากวธการฉดเขาเบาทตางกน เชน ฉดเขาจดเดยวดานขาง ฉดเขาสองจดดานขาง ซงมอทธผลตอโครงสรางและการเกด Crystallinity ของโพลเมอร ลกษณะของรอยเชอมประสาน ( Weld Lines) ซงมผลตอคณสมบตทางกลของชนงาน รวมทงระดบการเกด Crystallinity ทต าแหนงตาง ๆ ของแมพมพ

D. E. Packham [9] ไดศกษาปญหาในระหวางกระบวนการฉดตางๆ ซงมสาเหตไดหลายประการ โดยไดศกษาปญหาการตดของหนาแมพมพ ( Mould Sticking) ปญหาเศษตกคาง ( Mould Fouling) และปญหาการท าความสะอาด ทเกดในงานแมพมพของวสดพอลเมอร โดยไดท าการศกษาถงกระบวนการปลดชนงานในแมพมพ (Mould Release) ปจจยจากชนดของวสดและเงอนไขการฉดทสงผลตอพฤตกรรมดงกลาว รวมทงความสมพนธของกรรมวธการปรบปรงผว (Surface Treatment) ของหนาสมผสแมพมพ การเลอกสารชวยปลดชนงาน ( Release Agents) วธการท าความสะอาดแมพมพ และการพจารณาการวดคาการปลดชนงานและการตกคางของเศษ (Fouling)

M. J. Forrest [10] ศกษาสวนผสมและผลตภณฑยาง เพอชวยในงานควบคมคณภาพของผลตยาง รวมไปถงคนหาสาเหตการเสยหายทเกดขนในผลตภณฑยางและสวนผสมของยาง V. Goodship [11] ศกษาถงการเลอกใชวสดในกระบวนการฉดทใชวสดหลายชนด เชน เทคนค Coinjection, Bi-injection และ Interval Injection โดยเฉพาะคณสมบตดานการเชอมประสาน (Bonding Properties) ของวสด นอกจากนน S. L. Kushnarenko [12] ไดทดสอบเวลาในการบมยางใหสกของรองเทายางทมสวนผสมของโลหะ ซงวางในตวเบาขณะท าการฉด โดยเกดปญหาทางความรอนอนเนองจากวสดทไมใชเนอเดยว (Inhomogeneous) ซงสามารถแกปญหาดงกลาวโดยใชโปรแกรมคอมพวเตอรมาชวยวเคราะห ท าใหสามารถพยากรณเวลาทเหมาะสมในการบมยางใหสกของผลตภณฑยาง จากการตรวจเอกสารงานวจยทเกยวของกบการออกแบบ และการผลตผลตภณฑยางนนการออกแบบแมพมพจะมผลตอผลผลตทได อายการใชงานของแมพมพ รวมถงคณภาพของผลตภณฑ แนวทางในการน าเสนอบทความ ในบทความนไดน าเสนอการออกแบบแมพมพ จากการตรวจเอกสารงานวจย และหนงสอทเกยวกบการออกแบบแมพมพฉดยาง ไดแก การเลอกวสดทใชท าแมพมพ การใหความรอนแกแมพมพ ชองทางไหลเขาในแมพมพ ชองทางวงรอน ชองทางไหลแบบเยน แบบของแมพมพ รปทรงของชนงานภายในแมพมพ และชองลมภายในแมพมพ

ผลการตรวจเอกสารทเกยวของกบการออกแบบแมพมพฉดยาง การขนรปผลตภณฑยางโดยแมพมพ (Moulding)

การขนรปผลตภณฑยางโดยอดแมพมพ เปนกระบวนการทมผลทงขนรปผลตภณฑ และท าใหยางคงรป (shaping of forming and vulcanising) โดยอาศยความรอนและแรงอดยางทอยในสถานะทสามารถออนตวและไหลได (plastic state) ในแมพมพรปรางตามทตองการ วธการพนฐานของการขนรปโดยใชแมพมพม 3 แบบ คอ วธการใชแมพมพแบบอดธรรมดา (compression mould) แบบกงฉด (transfer mould) และแบบฉด (injection mould)

แมพมพแบบฉด (Injection Mould)

แมพมพแบบฉด นอาจถอวาพฒนามาจากแมพมพแบบกงฉด และภาพท 1 แสดงขนตอนของการอดยางโดยใชแมพมพแบบฉด เครองทใชอดยางเพอฉดเขาแมพมพ อาจใชชนดสกรหรอชนดลกสบ (piston) ซงลกษณะตวเครองฉดมทงแบบแนวตรง และแบบแนวราบ เปนเครองทมหลกการเชนเดยวกบเครองทใชฉดพวกพลาสตก ยางทจะปอนเขาเครองฉดอาจอยในรปลกษณะเมกเลก ๆ รว หรอชนเลก ๆ

ในการขนรปยางโดยใชแมพมพและอดดวยเครองอด press ธรรมดา (conventional press) นน ยางซงเปนตวน าความรอนทเลว จะถกท าใหคงรปโดยอาศยความรอนจากภายนอกแมพมพ แตในเครองอดยางแบบฉด (และแบบกงฉด) ยางจะถกหลอมดวยความรอนกอนอยางทวถง อณหภมของยางขณะทผานตามชองทางสชองของแมพมพ สงขนถง 70 องศาเซลเซยส ความรอนทเกดขนนเนองมาจากแรงเสยดส ปฏกรยาทท าใหยางคงรป จงอาศยความรอนทเกดขนอยางทวถงในยาง ดงนน จงกอใหเกดการคงรปทมความสม าเสมอและทวถง แมวาผลตภณฑจะมความหนามากกตาม และผลทได คอ ผลตภณฑมสมบตทางกายภาพด มการกลาวกนวา ผลตภณฑทท าจากเครองอดยางแบบฉดมทนทานตอการหกงอดกวาทท าจากการใชแมพมพธรรมดา และอดโดยเครองอดธรรมดา

ภาพท 1 ขนตอนการอดขนรปผลตภณฑยางโดยแมพมพแบบฉดชนดสกร (วราภรณ, [13] )

A สกรหมนไปขางหนา (จากขวาไปซาย)

B ยางถกฉดเขาแมพมพ-ซายมอ

C ยางคงรปแลว สกรหมนกลบและผลตภณฑหลดลอยออกจากแมพมพ

ตารางท1 ขอดและขอเสยของแมพมพแบบฉด

ขอด ขอเสย

1. เหมาะกบชนงานมความซบซอนและชนงานทบาง

2. ใชระยะเวลาสนในการอบยางใหคงรป

3. ยางเชอมกบโลหะไดด

4. ชนงานไดขนาดตามทตองการ

1. ราคาแพงมาก

2. การออกแบบทซบซอน

3. ใชความดนสงตอนขนรป

4. มกมชองอดยางนอยกวาแมพมพแบบอดธรรมดา

5. วางชนสวนโลหะทจะประกอบไดยาก

6. มยางเสยมาก

ทมา: Sommer [14]

วสดทใชท าแมพมพ ในการเลอกใชวสดทจะมาท าแมพมพฉดนนจะตองค านงถงจดวกฤตทมมากกวาแมพมพอดและแมพมพสงถาย ซง

ในแมพมพฉดนนจะถกก าหนดโดยเงอนไขของการควบคม ซงจะมความดนทสง, อณหภมทสงและความถของไซเคลการท างาน ซงเงอนไขดงกลาวนจะท าใหเกดอตราการสกหรอทสง โดยเฉพาะจดวกฤตของขอบแมพมพทมาเชอมตอกน (Parting line) ดงนนในการเลอกเหลกทจะน ามาท าแมพมพนนจะตองมคณภาพทสงซงจะท าใหเกดความคมคาในการลงทน ในการสรางแมพมพจากวสดทมคณภาพในตอนตนอาจจะเปลยนบางแมพมพทมจดวกฤตสงๆ กอน และตอจากนนท าการเปลยนทงหมด ซงจะท าใหคณภาพของแมพมพสงขนและจะท าใหผลตชนงานไดนานขน

เหลกทใชท าแมพมพฉดยางนนตองการเนอเหลกทสะอาดและปราศจากสงปลอมปน รพรนเลกๆทเนอเหลก (porosity) และความบกพรองอน ๆ ซงจะมผลตอการสรางแมพมพเปนอยางมาก ซงจะขนอยกบการเลอกเหลกทใชผลต เหลกทผานกระบวนการท าใหแขงนนจะขนรปไดยากกวาเหลกออน ซงจะตองการเวลามากกวาการขนรปเหลกออน ประมาณ 28% เหลกทผานกระบวนการท าใหแขงนนจะนยมใชสรางแมพมพฉดเพราะจะใหความทนทานทสง ในกระบวนการสรางในปจจบนและการปรบปรงคณภาพของเหลกนนตางจากสมยกอน ซงจะมความยากมากกวาโดยมความยากในการขนรปเหลกทน ามาใชท าแมพมพซงตองการลกษณะจ าเพาะของเหลกทจะน ามาสรางแมพมพโดยตองการความมนคงและความงายในการเชอมประสานเหลก เหลก NAK 55, นนจะครอบคลมคณลกษณะทตองการของเหลกทใชท าแมพมพ ซงจะใชแทนเหลก 4140 และ P 20

เหลกบางชนด สามารถน าผานกรรมวธทางความรอน (การปรบปรงทางความรอน) ซงจะท าใหความแขงเพมขน แตการเพมขนของความแขงนนจะเกดขนจากบรเวณผวทลกลงไปภายในผวของแมพมพ ซงจะตองการความแขงทมลกษณะ

คงทเทา ๆ กนตลอดในทกระดบของความลก ความแขงสงของแมพมพนน จะชวยใหบรเวณพนทภายในของแมพมพจะทนตอแรงกดทเกดขนซงจะท าใหเกดรอยวาวขน ซงจะเกดจากการท างานของวงจรการท างานของแมพมพ รอยกดทจะท าใหเกดการสกหรอทมรอยวาวนนสวนมากจะเกดในจดทเปนรอยกดของบรเวณพนท ๆ เปนจดวกฤตในแมพมพ ทใชเหลกออนในการท า ในการทจะลดรอยวาวทเกดจากการกดนนจะส าคญมาก ซงจะท าใหอายการใชงานของแมพมพนนสงขนสวนใหญแลวจะใชชนดของเหลกในการท าแมพมพฉดตาม American National Standards Institute (ANSI)

- 4140 และ 4130 alloy steel ส าหรบตวแมพมพทตองการความทนทาน

- 420 และ P 10 tool steel ส าหรบรปทรงของชนงานในแมพมพ

- H13 hot - rolled steel ส าหรบตวดนชนงานออก (ejectors)

- 6150 alloy steel ส าหรบหวฉด (nozzles)

ขอมลเกยวกบการเลอกใชเหลกในการผลตแมพมพสามารถทจะเลอกไดจากผจดจ าหนายและมาตรฐานตาง ๆ ของแมพมพ และการสรางแมพมพ ตวอยางในเหลกคารบอน สามารถทจะแบงกลมออกเปน 3 กลม ไดแก

- กลมทมคารบอนต า (Low Carbon (มคารบอนไมเกน 0.35%)) จะมราคาถกทสด และสามารถเพมความแขงไดโดยการเพมคารบอน (Carburizing) เทานน

- กลมทมคารบอนปานกลาง (Medium Carbon (0.35% ถง 0.5%)) สามารถทจะท าใหแขงไดประมาณ 54 Rc ซงจะขนอยกบคารบอนทมอย

- กลมทมคารบอนสง (Carbon (0.5 ถง 1%)) สามารถทจะท าใหความแขงทสงได

คารบอนทมอยประมาณ 0.3% สามารถทจะท าใหความแขงเพมขนได โดยปรมาณคารบอนทมอยสงจะท าใหผลกระทบในการปรบปรงความแขงนนนอยลง ซงระบบ ANSI จะอธบายไดดงน ตวอยางเหลก 4140 , 41 เปนตวเลขทบอกชนดของโลหะผสมทมอย ซงในทนจะไดแก Chromium และ Molybdenum, และ 40 จะบอกถงเปอรเซนตของคารบอน คอ มคารบอนอย 0.4%

การสกหรอทเกดขนนนโดยทวไปแลวจะอยในรปของการสกหรอของการขดขด (abrasive (crosive) Wear) และการสกหรอโดยการยดตด (adhesive wear) การสกหรอโดยการขดขดนนจะเกดเมอสวนทแขงกดลงไปบนบรเวณของแมพมพ โดยสงเกตไดจากบรเวณทโดดกดนนจะมลกษณะเปนรอยมนวาวเกดขนในลกษณะทเพมขน การสกหรอโดยการยดตด (adhesive wear) ลกษณะการเกดจะเกดขนคลายกนทงในวสดทมความแขงและออน ซงจะเกดทหนาสมผสของแมพมพทมความแขงทแตกตางกน 4 ถง 8 จดในความแขง Rc ซงจดทจะเกดการสกหรอนนจะเกดกบเหลกทมความแขงแรงทต ากวา

โดยทวไปแลวทความเคนทเกดขน 10,000 ปอนดตอตารางนว (psi) จะนยมใชความแขงท 44 Rc และใชเหลกทมความแขงสง ซงโดยทวไปในการควบคมการท างานทอณหภมต านนจะส าคญมากส าหรบวสดทเปนยาง (TSEs) คา Young’s Modulus ส าหรบเหลกคารบอนจะลดลงประมาณ 10% เมออณหภมเพมขนจากอณหภมปกตไปเปน 250C หรอ 400 F และส าหรบแมพมพทท ามาจากเหลกสแตนเลส คาจะเพมเปน 10.9% ทอณหภม 68F ไปเปน 400 F สงส าคญคออณหภมนนจะท าใหเหลกเกดการขยายตวซงจะเปนสวนส าคญในการออกแบบทงแมพมพตวบนและตวลาง

สวนใหญแลวแมพมพทท าจากเหลกหลอจะมคา yield strengths จะอยประมาณ 50,000 ปอนดตอตารางนว (psi) ซงจะมคาความปลอดภยอยท 7 โดยความเคนทใชในการท างานโดยทวไปแลวจะอยในประมาณ 700 ปอนดตอตารางนว (psi) ควรทจะท าหนาสมผสของแมพมพตวบนใหมหนาสมผสทนอยในการทจะสมผสกบแมพมพตวลางเพอทจะหลกเลยงความเสยหายหนาสมผสของแมพมพตวลางพนสวนใหญจะเกดการสกหรอเมอมการใชงานไปแลวระยะหนง

ทส าคญตองพจารณาดวาการเลอกยางนนเลอกชนดไหนและมสวนผสมอะไรบางแลวจงพจารณาในการทจะเลอกวสดทจะน ามาใชท าแมพมพและดความสะดวกในการขนรปและความแตกตางในระดบของการขดเงา (polishing) ในเหลก P20 และการดแลรกษาแมพมพ การออกแบบแมพมพ (Mould design)

ในการออกแบบแมพมพสงส าคญทจะตองพจารณาคอเมอมการออกแบบแมพมพฉดนนจะตองพจารณาทจดการ

เชอมโยงกนขององคประกอบตางๆทงหมดในการท างานและควบคมแมพมพโดยทวไปแลวในการเปลยนชนงานไปจากเดมนนจะตองค านงถงความเปนไปไดซงจะตองดถงจ านวนของผลกระทบของสวนผสมของยางทไหลไปในชองทางไหลในชองรทจะเขาแมพมพ (sprue) และตลอดทางเดนของยางภายในเครองฉดยางตลอดจนทเนอยางไหลเขาไปในแมพมพจนเตมแมพมพ

ในการฉดยางนนจะตองพจารณาถงปจจยทเกดขนทงกระบวนการ ซงจะมความส าคญมากเพราะในการออกแบบแมพมพจะตองออกแบบระยะเวลาในการท างานของขนตอนตาง ๆ ของแมพมพฉดจนเสรจกระบวนการ ในความส าเรจของการควบคมแมพมพฉดนนจะขนอยกบการออกแบบแมพมพทด

ในชวงแรกนนจะพจารณาเรมตนทเครองจกรกอนวาเปนเครองทฉดในแนวตงหรอแนวนอนเพราะจะตองพจารณาในการเปดแมพมพออก เครองทเปดแมพมพในแนวนอนจะไดเปรยบโดยทเมอขณะทแมพมพเปดออก แมพมพจะแยกจากกนไดงายโดยน าหนกของตวมนเองหรอจะใชกลไกอตโนมตในการแยกออกจากกนโดยอปกรณในการเคลอนทขนลง แมพมพทเปดในแนวตงโดยปกตจะจายเนอยางไปในชองทางทเชอมตอกนเขาไปในผวของรปทรงชนงานโดยจะเขาไปพบกนทกงกลางของแมพมพ แมพมพทเปดในแนวนอนโดยปกตจะจายเนอยางผานเขาไปในชองทางจายผานชองทางไหลซงจะสรางขน จะตดกนทครงของแมพมพ

ในการพจารณาทความตองการโดยใหขนาดของเรองฉดในการใชขนอยกบ

1) ขนาดและปรมาตรขององคประกอบในการสราง

2) จ านวนของแมพมพในการสรางตอครง

3) พนทของชนงานภายในแมพมพและแรงทใชในการเลอกแมพมพ

4) การฉดหรอการสงถายความดนนนจะส าคญตอเนอยางทจะไหลเขาไปภายในแมพมพซงจะขนอยกบธรรมชาตของแมพมพและตวเนอยาง

ทเหนไดชดเจนแบบคราว ๆ คอ ความจของเนอยางภายในรปทรงชนงาน (shot capacity) แรงดนในการกด และแรงดนในการฉดของเครองจกร กฎในการออกแบบแมพมพ ผลทเกดจากแรงดนในการฉด และพนทผวของแมพมพรวมกบชองทางไหลนอยกวาแรงปดของแมพมพมาก

การออกแบบแมพมพฉดส าหรบยางนนส าคญทจะตองค านงถง

(1) การควบคมอณหภมสงในการท างานบอยครง 200-230 C (392-446F)

(2) การเปนของเหลวของเนอยาง

(3) การเปลยนแปลงโครงสรางของเหลว (เนอยาง) โดยรวดเรว

เมอแมพมพมความรอนเกนกวา 200C (392F) แมพมพจะเกดจากการขยายตวใหมการเคลอนตวทสง ท าใหต าแหนงตาง ๆ นไมไดแนวตามเดมซงไมเปนทตองการ ชนสวนทเคลอนท ใชหมดเหลกในการน ารองเครองขบออก (ejectors) จะตองท าใหมความหนา ถาไปขดขวางการเคลอนของแมพมพในการปดควรทจะแกไขใหถกตอง ในกรณทไมไดขนาดของแมพมพตามทก าหนด อาจจะท าใหเกด flash ขนอยางมากได แทงเหลกในการก าหนดระยะการท าเปนแทงเรยงเพอทจะท าใหต าแหนงนนแมนย า และจะตองพจารณาถงความแตกตางกนของการขยายตวระหวางวตถทงสอง ซงจะตองสรางชองทสรางขนระหวางแทงใหเรยวขน ซงอาจจะสญเสยแนวเสนในการปด ตวแทงเหลกก าหนดระยะตวเมยนนจะสวมอยรอบตวผเนอยางจะไหลเขาไปในชอง วธการในการก าหนดต าแหนงจะท าการก าหนดทสต าแหนงทมมดานขวาของแตละชน และท าการจ ากดการขยายตวใหหมดไปในทศทางการเคลอนท ไดแนะน าใหใชพนพและมดในการใหต าแหนงทถกตองโดยจะมลกษณะทเดยวในการสวมกน และทส าคญจะตองมความแขงเพอทจะรกษาขนาดเดมไวเมอมการขยายตวเนองจากความรอน

ระดบของเหลกทใชจะตองดกวาโดยปกตทวไปทใชท าแมพมพอด เชน ตองการ stainless เพอปองกนสนม มความแขง มการท าใหแขงและเหลกนนจะตองเรยบ เหลกทมความทนทานสงนนจะชวยใหระยะเวลาในการใชแมพมพนานขนโดยเฉพาะในพนทสมผสกบเนอยาง ในการเพมขนของอายการใชงานของพนทสมผสกบยางนนควรทจะท าการขดใหมความมนวาวทสง และควรท าในชด Pins และตวแผนประกบดวยการขดใหมนวาวขนจะท าใหคณสมบตในการไหลดขนในชองทางไหล

การใหความรอนแกแมพมพ (Mould Heating)

ในการใหความรอนแกแมพมพโดยทวไปแลว จะเลอกใชแบบการใชไฟฟาโดยใชขดลวดใหความรอนเปนแผนหรอแบบปลอกในการใหความรอน ซงจะเปลยนจากพลงงานไฟฟาเปนพลงงานความรอน ปญหาทเกดขนบอย ๆ คอการใหความรอนแกแมพมพทมพนททกวาง และการท าใหอณหภมคงทในการจะสงถายความรอนใหแกแมพมพเครองจายความรอนทบดตวตามรปทรงภายในชนงานสามารถทจะท าใหเกดจดความรอนทบรเวณตาง ๆ ได การระบายความรอนสามารถทจะลดอณหภมทจะผานไปยงผวของแมพมพทจะไหลผานเขาไปในแมพมพ

การใหความรอนโดยกระแสไฟฟาโดยความตานทานหรอการน าปกตจะใชแหลงจายใหกบตวรบประมาณ 1.22 w/cm3 (20 w/in3) ชดโทโมคบเปลจะเปนตวทใชควบคมอณหภมในการเปดและปด ขดลวดใหความรอนทอยรอบ ๆ แมพมพจะท าใหความรอนทจายคงท และจะคอย ๆ จายความรอนนอยลง และตดการจายไฟเพอปองกนการสญเสยความรอน ในการสญเสยนนต าแหนงทเกดจะเกดกบแมพมพทมความยาว การจายความรอนโดยใชขวคารโทดจะใชคลนความถในแมพมพทมความบาง (หนาสงสดประมาณ 7.6 ซม. (3 นว) ตอหนงดาน) ความรอนภายในแมพมพนนไมจ าเปนโดยจะจายความรอนโดยใชแผนประกบใหความรอนแทน

ของเสยทเกดจากเนอวสดในขนตอนในการฉดจะเกดขนในชองทางไหลและชองทางจาย ซงของเสยนนจะท าใหน าหนกของชนงานเพมขนเมอเสรจกระบวนการ

ระบบชองทางไหลเยนไดคดขนมาเพอทจะลดของเสยทเกดจากการไหลของเนอยางภายในระบบชองทางไหล โดยทวไปจะท าใหเยนชองภายในแมพมพโดยการขยายกระบอกฉดของเครองจกร โดยจะท าการฉดเนอยางเขาไปในรปทรงชนงานโดยตรงในแตละชนขณะทเปดแมพมพออก แมพมพจะแยกเนอยางทไหลไปในชองและจะมระยะทางทสนในแตละชน

แมพมพจะประกอบดวย

1) พนทของรปทรงภายในแมพมพฉด

2) มบรเวณฉนวนกนความรอน

3) มบรเวณทกกเกบเนอยางทมอณหภมต ากวาจดทจะท าเนอยางเกดปฏกรยา

ในการทจะท าใหปลอดภยของความหลากหลายของอณหภมทจะท าใหต ากวาจดทจะท าใหเนอยางเกดปฏกรยา (Vulcanisation) อณหภมจะอยทประมาณ 120 – 130 C (248 - 266F) ในการทจะตรวจเชคดอาจจะท าไดจากการดเนอยางทเกบไวภายในหวฉดของเครองฉดหลงจากการหนวงเวลาการหมนของสกร โดยจะดไดจากลกษณะของยางวาเกด fresh และสงเกตจากสทเกดขน

การใชระบบชองทางไหลแบบเยนนนจะท าใหประหยดเนอยางในการฉดแตจะตอง stripped ในแตละชนของชนงานภายในแมพมพ ซงจะเปนสวนทส าคญทจะตองพจารณาส าหรบการออกแบบทด ในการออกแบบชองทางไหลของเนอยางทดนนจะตองดนอกเหนอจากการคมทนดวยซงจะตองพจารณาถงการชวยในการควบคมชนงานทจะออกมาจากแมพมพ

ชองทางไหลเขาในแมพมพ (Sprue) ตวชองทางไหลนนจะเปนตวเชอมตอระหวางเครองฉดกบแมพมพฉดยางซงสามารถทจะพจารณาไดจากชนงานและแมพมพลกษณะทางเขาจะมลกษณะทเขาไปในชองรทเลกแลวขยายออกไปจนใหญ มลกษณะเปนรทเรยว (taper) ซงจะมลกษณะเปนทางเขาและออกหลงจากเสรจ วงจรการท างานซงบางทเราสามารถทจะออกแบบชองทางเขาใหตรงกบตวโพรงของชนงานไดเลย ถาอยในลกษณะของชนงานเดยวแตโดยปกตแลวชนงานจะมอยหลายชนซงจะตองท าชองทางวงใหเนอยางไหลเขาไปในตวแมพมพ การออกแบบชองทางไหล (Runner Design) โดยทวไปแลวการออกแบบชองทางวงนนจะออกแบบเปนทรงกลมซงจะท าใหงายตอการไหลของเนอยางและงายตอการเปลยนทศทางแตจะท าใหตนทนของการท าแมพมพสงขนโดยทวไปจะออกแบบทงเปนแบบชองทางวงทรอนหรอชองทางวงทเยน (hot or Cold runner)

ในการออกแบบแมพมพฉดยาง เนอยาง ( Compound) ในชองทางวงทรอนจะเกดการยดตวกนภายในเนอยางเมอโดนความรอน (Cross links) และทอยในกระบวนการท างาน แตในระบบทางวงเยนนนจะไมเกดขน ในการพจารณาระยะทางระหวางหวฉดจะถงตวชนงานตองมการออกแบบทเหมาะสม โดยปกตขนการไหลของเนอยางจะไหลออกจากหวฉดเขาไปในชองทางจายยางผานเขาไปในชองทางไหลผาน ชองทางไหลเขาไปในทางเขาและจะไหลผานเขาไปในรปชนงานในแมพมพ ชองทางไหลมลกษณะเปนชองภายในแมพมพโดยจะไดรบเนอยางจากชองทางจายทจดศนยกลาง ชองทางไหลนนจะตองพจารณาถงฉนวนทอยรอบ ๆ ชองทางไหลตองการออกแบบใหมระยะทางสนและตรงกบรปทรงชนงานภายในแมพมพมากทสดเพอทจะเปนการลดของเสยจากเนอยางใหนอยทสด ซงจะท าใหระยะเวลาในการฉดเนอยางเขาไปในแมพมพนนสนลง ในการเลอกชองทางไหลทดนนจะตองเหมาะสมทจะใชหนาตดของชองทางไหลแบบไหน ซงจะแบงเปนแบบหนาตดสเหลยม เปนทรงกลม และครงวงกลม ในการไหลนนจะตองไหลผานโดยงายและ ทมมจะตองท าเปนแนวโคงเพอลดความดนทสญเสยไป ความดนทสญเสยไปหรอความตานทานของการไหลจะเกดทบรเวณรอบ ๆ ทอซงจะขนานไปกบทอซงจะเปนไปตามสดสวนของความยาวจะเปนเหตผลทจะตองออกแบบใหชองทางไหลทมความยาวนอยทสดเทาทจะเปนไปได ความดนทใชในการฉดจะสญเสยไปโดยไมมประโยชนส าหรบชองทางทยาวและแคบ ความดนของเครองฉดจะมขอก าหนดโดยความดนทลดลงขณะทไหลไปในชองทางไหล แตถาใชความดนสงสดของเครองในการฉดเนอยางเขาไปในตวแมพมพแลวยงไมสามารถทจะชนะแรงดนทสญเสยไปนน ควรทจะแกไขทการเพมขนาดของเสนผานศนยกลางชองทางไหลและชองทางไหล เขาแมพมพ และจะตองพจารณาถงขนาดทใหญขน ชองทางวงรอน (Hot runner) ในการใหความรอนแกเนอยาง (compound) ในชองทางวงรอนโดยทวไปแลวจะทงยางสวนนออกไปเมอเสรจกระบวนการแตบางเวลาจะท าใหเกดการตดของเศษชนยางทตายแลวผสมกบเนอยางทเขามาใหมในการผลครงตอไปเศษชนยางทตดเขาไปจากชองทางวงรอนจะเปนขอเสยเปรยบหลก ๆ เพราะจะท าใหเกดการเสยตนทนในมลคาของเมอยางทเสยไปแตจะแกไดโดยการก าจดเนอยางทตดอยออกไปกอนทจะท าการผลตครงตอไป ในระบบทางวงสามารถเปรยบเทยบไดกบการกระจายแจกจายน าในทอประปาโดยการไหลของน าทมาก ๆ จะไหลภายในทอหลกซงมขนาดใหญ (เปรยบไดกบชองทางไหลเขา) และทอหลกทเลกลงมาอกทจะจายใหกบแตละบาน (ทางวงหลก (primary runner)) และแจกจายไปตามทอรอบ ๆ เพอทจะจายใหบานแตละหลง (ทางวงรอง (secondary runner)) และทอทางวงภายในบาน (ชองทางเขา (gates)) เปนล าดบตอมา ชองทางเขาทปรบได (adjustable gates) ในแตละแมพมพฉดนนจะเปนตวควบคมการไหลของยางทจะเขาไปในรปทรงชนงานเปรยบเสมอนกอกน าทควบคมการไหลของน าดงแสดงตวอยางไวในภาพท 2 ในสวนผสมของยางนนจะมความหนดทสงซงจะมลกษณะเปนของไหลแบบนอนนวโตเนยน (non-Newtonian) ซงหลกของการไหลจะมความซบซอนมากกวาน าซงจะตองท าการออกแบบชองทางวงทซบซอนกวา ซงโดยทวไปจะออกแบบชองทางวงเปนลกษณะวงกลมหรอโคง ซงจะท าใหการเปลยนทศทางของการวงดกวาแบบอน แตกจะท าใหมราคาทสงขนซงในหนาตดนนไมสามารถทจะท าใหเลกลงไดเพราะจะมลกษณะการท างานโดยการประกบกนทงสองสวน

ภาพท 2 แสดงถงระบบการไหลของแมพมพแบบฉด (Summer: 2003)

วตถประสงคในการออกแบบระบบชองทางไหลเพอทจะท าใหเนอยางไหลเขาไปในรปทรงชนงานของแมพมพฉดในลกษณะทพรอมกนเพอทจะท าใหเนอยางนนมสภาวะทเหมอนกนทกๆ สวนในชวงเวลาทใหความรอน ในออกแบบระบบทางไหลใหสมดลยกนของการไหลของเนอยางนนเปนขอก าหนดทส าคญและเปนวตถประสงคหลกในการออกแบบชองทางเขาและองคประกอบอน ๆ เชน อณหภมนนจะมผลกระทบตอพฤตกรรมการไหลของเนอยาง

ในการออกแบบชองทางวงจะมลกษณะทคลาย ๆ กนของทง TSEs และ TPEs ซงในการออกแบบนนจะตองเขาใจในพฤตกรรมการไหลของระบบและตวเนอยางและดทความสมดลยของการไหลทจะเขาไปในแมพมพของแตและชนดของตวเนอยาง

โดยปกตแลวการออกแบบชองทางวงนนเราจะออกแบบตามหลกเกณฑการออกแบบทก าหนดไวและบอยครงทจะออกแบบตามรปทรงของแมพมพโดยการใชประสบการณเพราะบางทการออกแบบโดยการใชหลกเกณฑนนอาจจะไมพอเพยงในการออกแบบทจะท าแมพมพทจะท าแมพมพฉดนนจะออกแบบใหชองทางวงนนมขนาดเลกกวาขนาดธรรมดาเพอทจะดลกษณะการไหลกอนแตกสามารถทจะท าใหชองทางของทางไหลมขนาดใหญขนตามทตองการได เปนการงาย ทจะท าการขนรปชองทางไหลใหมโดยท าการเชอมโลหะเขาไปในชองทางไหลและน ามาท าการขนรปชองทางไหลใหม ดงภาพท 3 ซงจะแสดงใหเหนหนาตดของชองทางไหลในรปแบบตาง ๆ ในการออกแบบ

ภาพท 3 ภาพหนาตดของชองทางไหล ‘a’ รปครงวงกลม, ‘b’, วงกลม ‘c’ ครงทรงกลมทมการขยายแนวยาว และ ‘d’ รปทรงสเหลยม (Summer: 2003)

ในรปแบบความแตกตางกนของพนทหนาตดของชองทางไหลจะมทงขอไดเปรยบและเสยเปรยบซงชองทางไหลแบบครงวงกลมดงรป ‚a‛ จะท าการขนรปทแมพมพทแมพมพอนเดยว ตวอยางเชน การใชหวกดเปนรปทรงกลม (ball-shaped end mill) ซงการขนรปแบบนจะไมคอยไดความแมนย าในการสรางแนวเสนตรงเทาไร, ในการใหความรอนกบชองทางไหลนนจะมความสมพนธกนของการเคลอนทกบการเขาและออกของเนอยางทอยภายใน

ในแมพมพซงมขนาดทเลกนนจะตองออกแบบแมพมพไมใหอตราสวนของปรมาตรของชองทางไหลสงเมอเทยบกบปรมาตรของแมพมพและในชองทางไหลทเลกภายในแมพมพทมสวนผสมของยางทไหลมความหนดสง (high Viscosity) อาจจะท าใหยางนนไหลชากอนทจะไปถงภายในเปาของแมพมพซงจะตองดชองทางไหลใหเหมาะสมกบเวลาในการสกตวของยางภายในแมพมพชองทางไหลแบบทรงครงวงกลมจะท าใหการสกตวของยางนนเรวกวาแบบทรงกลมเมอมขนาดของเสนผาศนยกลางเดยวกนในการใหความรอนแกยางในเวลาทเรวของหนาตดแบบครงวงกลมนนจะไดเปรยบกวาแบบวงกลมถาไมคดถงความดนทเพมขนอยางสงของชองทางไหลแบบครงวงกลม

คาขอมลของรโอมเตอรนนจะใชค านวณคาความดนทสญเสยไป (pressure drop) ทขนาดของความแตกตางของขนาดชองทางการไหลในหนาตดแบบครงวงกลม, วงกลม และแบบสเหลยมส าหรบยางนโอพรน (neoprene elastomer) ดงตวอยางความดนทตกลงของชองทางไหลแบบครงวงกลมและแบบวงกลมทมเสนผาศนยกลาง 0.25 นว จะอยท 13,827 และ 11,686 ปอนดตอตารางนว (psi) เมอเปรยบเทยบกนดแลวทเสนผานศนยเทากนแบบครงวงกลมนนจะมความดนทตกลงนอยเมอเปรยบเทยบกบดานเดยว และความดนจะลดลง 14,124 ปอนดตอตารางนว (psi) ทชองทางไหลแบบสเหลยม ความกวาง 0.2 นว และลก 0.133 นว

ในชองทางไหลแบบวงกลม ‚b‛ ดงแสดงในภาพท 3 นนจะตองขนรปในแมพมพทงตวลางและตวบนใหมแนวเดยวกนซงในปจจบนพนทสามารถทจะท าการขนรปชองทางไหลใหตรงกนไดอยางแมนย า, ชองทางไหลแบบ ‚b‛ สามารถทจะใหการไหลไดงายกวาแบบ ‚a‛ ซงจะเหมอนเอาแบบ ‚a‛ มาปะกบกนสองดาน

ในการปรบปรงชองทางไหลแบบครงวงกลมแบบ ‚c‛ นนจะท าใหลกลงไปอก โดยการสรางนจะท าไดยากกวาชองทางไหลแบบ ‚a‛ หรอ ‚b‛ เพราะความลกของชองทางไหล ‚c‛ นนจะลกเกนกวาเสนผาศนยกลางหรอเทากบพนทฉายของวงกลม ซงจะมปรมาตรของชองทางไหลมากกวาแบบ ‚a‛ ซงจะสามารถทจะใหแรงกดของแคม (champ force) เดมได เพราะในการเพมปรมาตรนนจะไมตองการแรงกดของแคมทเพมขนในตอนปดแมพมพและแรงทใชในตอนเปดแมพมพออกนนจะใชความดนของยางซงเปนอสระตอชองทางวงทลกลงไป

ส าหรบแมพมพทมความบางซงไมสามารถทจะท าชองทางวงใหมลกษณะเปนทรงกลมได ซงจะสามารถท าเปนชองสเหลยมดงรป ‚d‛ ได โดยสามารถสรางชองสเหลยมโดยการใชหวกดแบบเอยง (tapered end mill) โดยขนรปไปบนผวหนา

ของแมพมพ ส าหรบชองทางวงแบบ ‚d‛ มโอกาสท าใหเนอยางทออนฉกขาดไดขณะทท าการไหลเนองจากมมมทคมทรองทงสองดานและจะมโอกาสทจะท าใหเกดสงสกปรกไปตดอยในมมของรองทางไหลได การก าจดมมทคมออกโดยท าใหมลกษณะโคงจะท าใหลดปญหาทเกดทงสองได

การออกแบบนนจะตองท าใหชองทางไหลมขนาดเลกทสดเทาทจะเปนไปไดและยงสามารถทจะควบคมความสมดลยของการไหลของระบบส าหรบแมพมพแบบฉดทจะฉดเขาไปในรปทรงของชนงาน โดยใชวธการของพนฐานทขนอยกบความหนดในการไหลโดยใหกฎการยกก าลง (power-law viscosity model) ภายใตขอก าหนดทอณหภมตาง ๆ ทเปลยนแปลง ซงจะไปมผลกระทบทส าคญตอคาความหนดเสนผานศนยกลางของทางไหลในทศตามน าจากการเชอมตอกนสามารถค านวณโดยการหารเสนผานศนยกลางของทางไหลททวนน า และรากทสามของจ านวนทอทางไหลทตามน าทเชอมตอกน ตอมาในภายหลงไดก าหนดกฎส าหรบการออกแบบชองทางไหลใหมปรมาณเลกทสดโดยใชหลกการวเคราะหทางคณตศาสตร

ในความแตกตางของยางโดยตวอยาง ในแมพมพแบบสหลม (ชนงาน) โดยใชการชองทางไหลสนสองและแบบยาวสองในการก าหนดพฤตกรรมการไหลในชองทางไหล ตวอยางของความแตกตางกนของยาง NR และยางซลโคลน (Silicone compound) แสดงใหเหนความแตกตางกนภายในแมพมพ อธบายโดยการพจารณาคณสมบตทาง รโอโลย ของยางเมอออกแบบแมพมพ

ระบบชองทางไหลแบบรอนสามารถออกแบบเปนระบบสองหรอสามชนของแมพมพแบบฉดในภาพท 4 แสดงการออกแบบเปนแบบสองแผนโดยเนอยางจะไหลจากหวฉด (injection nozzle) เขาไปในชองทางไหลหกทางและไหลผานชองทางเขาเพอทจะเขาไปภายในตวชนงาน หลงจากทเนอยางไหลเขาไปภายในตวแมพมพทมรปรางเปนชนงานแลวตอนแรกจะเกดการท าปฏกรยาของเนอยาง (crosslinges) ทบรเวณชองทางเขากอน (gates) เพราะวาทชองทางเขานนจะมความหนาทนอยกวาชองทางไหลและควรท าใหมกระจายความรอนทต าเพราะเนอยางภายในชองทางเขาจะมความบางและจะท าใหเกดปฏกรยาของเนอยาง กอนและเกดการท าปฏกรยาภายในตวชนงานเนองจากพนทของชองทางเขามขนาดเลก ชนของแมพมพจะแยกออกจากชองทางไหลทชองทางไหลเขา ชองทางไหลเขาทเลกนนเปนตวกนเศษสงสกปรกทจะไหลเขาไปในตวชนงานทกลาวมาเปนแบบงายโดยใชตนทนต าส าหรบแบบ สองชน และแบบสามชนจะแสดงดงภาพท 5

ภาพท 4 ออกแบบแมพมพฉดเปนแบบสองชน (Summer: 2003)

ภาพท 5 ออกแบบแมพมพฉดเปนแบบสามชน (Summer: 2003)

เนอยางจะไหลเขาทชองเขาและไหลลงไปในชองทางไหลเพอทจะเขาไปในตวชนงานแตละตวภายในแมพมพ ภาพท 4 จะแสดงระบบชองทางไหลทมชองทางไหลลงเพอทจะจายใหชองทางไหลทสองกอนทเขาไปภายในตวชนงานจะตองผานชดครบของทางเขา (fan gate) ในความแตกตางกนของการออกแบบขอบทางเขาแสดงดงภาพท 5 จะมลกษณะทางเขาเปนทรงวงแหวนเพอทจะผานเนอยางทเขาไปในตวชนงานหลงจากนนจะท าการบมโดยการใหความรอนเพอทจะท าใหเกดปฏกรยาของเนอยางแมพมพทแยกสวนเปดออกมาแสดงในภาพท 6

ภาพท 6 การท างานแมพมพฉดเมอมการแยกสวน (Summer: 2003)

ทศทางของลกศรแสดงถงทศทางในการเคลอนทของแผนแมพมพส าหรบการเคลอนทซง อาจท าใหเกดเศษสกปรกหรอการเสยดสกนของแมพมพสงทส าคญทจะตองพจารณาถงการเคลอนททสมพนธรวมกนของแมพมพทง 2 แผน ในการทจะแกไขปรบปรงลกษณะของการไหลเขาใหมลกษณะทเขาในแตละโมดลเทาๆ กนนนจะท าโดยการปรบปรงชองทางเขารปวงแหวน และการท าใหสงปลอมปนนอยทสดทเกดขนจากแมพมพโดยปกตจะเกดขนโดยการมชองทางเขาแบบพดหรอแบบเขม (a fan or a pin gate) ในการใชระบบชองทางการไหลแบบเยน (Cold Runner) นนจะเปนการลดปรมาณยางทเสยภายในชองทางไหลลงกวาแบบระบบชองทางไหลแบบรอน

ชองทางไหลแบบเยน (Cold Runner)

ในภาพท 7 จะแสดงถงชองทางไหลแบบเยน (Cold Runner)

ภาพท 7 จะแสดงถงภายหนาตดของแบบระบบชองทางไหลแบบเยน (Summer: 2003)

การถายเทความรอนของของไหลตองการใหการไหลของอณหภมภายในทอของชองทางไหลแบบเยนของแผนชองทางไหลเยน (Cold Runner Plate) ซงจะควบคมอณหภมของหวฉดชองทางไหลแบบเยนและตวเนอยางแผนฉนวนระหวางแผนอณหภมต ากบแผนทมอณหภมสง ซงจะมหนาทท าใหของการถายเทความรอนนอยทสดระหวางสองแผน และชองทางรอบ ๆ หวฉดในชองทางไหลแบบเยนซงจะท าใหความรอนถายเทไปใหหวฉดนอยทสด โดยทแผนความรอนทสงจะไดรบความรอนโดยชดใหความรอน จดทเชอมตอกนเปนเนอยางทจะไดรบความรอนและไมไดรบความรอน (uncured-cured material) จะเกดขนทฐานดานลางของหวฉด

ในแมพมพแบบสองระดบโดยมชองทางไหลแบบแผนอยตรงกลางสามารถทจะใชกบชนงานทมขนาดใหญ เชน ตวกนกระแทกของทางการแพทย (medical stoppers) ในขอก าหนดอน ๆ ของชองทางไหลแบบเยนโดยมสหวฉดนนจะตองใหโพรงของชนงานแบงออกเปนแถวโดยจะแยกออกเปนการจายของแตละหวฉดภายในแมพมพ ในการใชขอก าหนดนนจะท าใหสวนลดตนทนทสงโดยการใชระบบชองทางไหลแบบเยน เมอเปรยบเทยบกบแบบชองทางไหลทรอน และจะชวยใหการไหลเปนไปดวยดภายในรปทรงของชนงานเพราะชองทางไหลในระบบทางไหลแบบเยนนนต าแหนงจะอยในชดของชองทางไหลแบบเยนซงจะไมเหมอนในแมพมพทแสดงใหเหนในภาพท 5 ส าหรบระบบชองทางไหลแบบรอนในแมพมพแบบสองแผนในภาพท 9 จะแสดงการวางต าแหนงของชนงานและชองทางไหลในแบบเยนส าหรบสหวฉด

ภาพท 9 การวางต าแหนงของชนงานและชองทางไหลแบบเยนส าหรบสหวฉด (Summer: 2003)

ในความแตกตางของการถายเทความรอนของของไหลนนจะควบคมโดยแผนทใชควบคมอณหภมซงจะมความสมพนธกนของขอไดเปรยบและขอเสยเปรยบ น า และน ากบน ายาผสมกนซงจะถายเทความรอนไดผลด แตเมอท างานไป

ระยะหนงจะเกดคราบตะกนเคลอบบรเวณผวซงจะท าใหประสทธภาพการถายเทความรอนลดลง

การออกแบบชองทางไหลเขา (Gate Design)

ชองทางไหลจะไปสนสดทชองทางไหลเขาทรปทรงของชนงานในแมพมพซงจะเปนชองทางทเนอยางจะไหลเขาไปในรปทรงของชนงานในแมพมพ ชองทางไหลเขาจะมหนาทคลายกบหวฉด และสามารถออกแบบขนาดและรปราง และจะเปนชวงสดทายของเนอยางทจะไดรบความรอนกอนทเนอยางจะเขาไปในแมพมพ อยางไรกดจะเปนการยากทจะรถงอณหภมทสงขนท จดนเพราะไมสามารถทจะตดตววดอณหภมในต าแหนงนได ดงนนจงแกไขโดยการตดตววดไวทแมพมพรอบ ๆ จดชองทางไหลเขาแตอยางไรกตามในการเปดแมพมพอยางรวดเรวตววดอณหภมจะไมสามารถอณหภมตอนสดทายไดอยางแมนย า ดงนนอณหภมสดทายจงก าหนดใหเปนอณหภมของเนอยางทไหลเขาไปในแมพมพ และก าหนดใหคาการน าความรอนของยางนนต าดงนนจะท าใหความรอนทผวของแมพมพจะใชเวลานานในการเขาไปถงต าแหนงตรงกลางของแมพมพ

ปจจยอนๆของชองทางไหลเขาทควรพจารณาถงขนาดทเลกทเพยงพอทจะท าใหเนอยางไหลเขาไปไดงายและมลกษณะทเปนระเบยบทแนนอนและไมจ าเปนทจะตองตบแตงชนงานอกหลงจากเสรจสนกระบวนการ ในการออกแบบชองทางไหลเขานนควรจะไมไปมผลกระทบกบองคประกอบอนๆในการออกแบบ ถงแมวาการออกแบบชองทางไหลเขานนจะมขนาดและรปรางไมแนนอนในการออกแบบแตกควรทจะมขนาดทใหญพอทจะท าใหเนอยางไหลเขาไปในปรมาตรทตองการของรปทรงชนงานในแมพมพและจะตองสอดคลองกบระยะเวลาในการไหลเขาไปในแมพมพ ชองทางไหลเขาควรทจะมความแขงแรงทพอเพยงทจะรบแรงของเนอยางในการไหลซงจะท าใหการไหลเขาไปในแมพมพนนคงทและรวดเรวและจะมลกษณะเปนแผนบางๆทตอเนองกน แตถามความแขงแรงไมพอเพยงจะท าใหเนอยางทเขาไปมลกษณะทเปนกงหรอเปนกอน ซงจะท าใหไดผลผลตไมดในการผลต

หนาตดของชองทางไหลเขาโดยทวไปจะท าใหมพนทหนาตดเหมอนกบชองทางไหล(Runner) แตจะลดขนาดลงมาเหลอประมาณ 0.25 – 0.38 มม ( 0.010 – 0.015 นว) ส าหรบความหนาทมเสนผาศนยกลาง 0.8 มม ( 1/32 นว) ขนาดสดทายของชองทางไหลเขานนจะตองท าการทดสอบเพอทจะใหแนใจวาจะไมท าใหเกดความรอนทเกนความจ าเปนในการไหลของยางทจะเขาไปภายในแมพมพ ในการออกแบบนนตอนแรกจะท าใหชองทางไหลเขามขนาดทเลกกอนและท าการทดลองจรงแลวคอยขยายขนาดของชองทางไหลเขาใหใหญขนตามความเหมาะสม

ชองทางไหลเขาของแมพมพแบบฉดนนจะตองมการออกแบบทดซงการไหลของเนอยางทจะเขาไปภายในรปทรงชนงานนนจะเปนการไหลโดยการฉดเขาแบบตอเนองเขาไปไมใชการไหลแบบรวดเรวทนททนใด ในการเลอกชองทางไหล และระบบชองทางไหลเขา จะพจารณาไดในภาพท 10

จากการหาผลกระทบของชองทางไหลเขาแบบพด (Fan gate) ดงแสดงในภาพท 11 ทมลกษณะการเปลยนแปลงของความลกโดยใชเนอยางในการทดสอบเปน butyl . ความลกของชองทางจายท 0.254, 0.508, 0.762, และ 1.016 มม (0.01, 0.02, 0.03, และ 0.04 นว) และจะแสดงถงผลกระทบของเวลาในการฉดและเวลาของการเกดประตกรยาของเนอยาง (Vulcanisation) ซงจะแสดงใหเหนในตารางท 2

ในความลกของชองทางไหลเขาท 1.016 มม (0.04 นว) ซงจะท าใหระยะเวลาในการฉดมความรวดเรวและเวลาในการบมตวของเนอยางจะเรวขนชองทางไหลเขาทใชในการเชอมตอโดยการเปลยนแปลงขนาดของเสนผานศนยกลางของหวฉดดงแสดงในตารางท 3.5 ทการฉดแบบเรวทหวฉดเสนผานศนยกลาง 3.18 มม (1/8 นว) และอณหภมในการฉดต าและเวลาในการบมเนอยางนานขนทขนาดเสนผาศนยกลางขนาดเลกจะใหอณหภมในตอนฉดทสงและเวลาในการบมทสนลง

ภาพท 10 ชนดของของทางไหลและชองทางไหลเขาในรปแบบตางๆ (Wheelans, [15] )

ภาพท 11 ทางไหลเขาแบบพดทมความลก 0.254 มม (0.01 นว) และท าการเปลยนแปลงความลกทขนาด 0.508 มม. (0.02 นว), 0.762 (0.03 นว), 1.016 มม. (0.04 นว). (Wheelans: 1974)

ตารางท 2 แสดงถงผลกระทบของความลกของชองทางไหลเขาทความลกตางๆ

ทมา: Wheelans (1974)

ในตารางท 2 นนจะเปนการทดสอบชองทางไหลแบบครงวงกลม (half round) 6.35 มม. (1/4 นว)เครองฉด Daniels Edgwick 45 SR ; อณหภมของกระบอกฉด 113C (235F); อณหภมของแมพมพ 204 C ( 400 F) ; ความเรวของสกร 100 รอบตอนาท ; ความดนในการฉดของเนอยาง 108 MN/m2 ( 15640 lbf/in2); เสนผาศนยกลางของหวฉด 1.98 มม. ( 5/64 นว); ปรมาตรในการฉด 48 ลกบาศกเซนตเมตร (2.93 ลกบาศกนว); ยาง butyl ท 40 ชอร ตารางท 3 แสดงถงผลกระทบของขนาดทเปลยนแปลงของขนาดหวฉด

Nozzle diameter (mm)

Injection time (s) In to mould

Injection temperature (C) Vulcanising time (s)

1.19 23.5 146 35 1.59 5.3 151 35 1.98 2.9 145.5 35 2.38 2.2 140.5 35 3.17 1.3 132 45

ทมา: Wheelans (1974) ในตารางท 3 จะใชเครองฉด Daniels Edgwick 45 SR ; อณหภมของกระบอกฉด 107C (225F); อณหภมของ

แมพมพ 204 C ( 400 F) ; ความเรวของสกร 100 รอบตอนาท ; ความดนในการฉดของเนอยาง 113 MN/m2 ( 16320 lbf/in2

Fan gate dept (mm) Fan gate dept (in) Injection time (s) Vulcanising time (s) 0.254 0.010 5.4 35 0.508 0.020 2.8 35 0.762 0.030 2.1 35 1.015 0.040 2.0 30

); ชองทางไหลแบบครงวงกลม (half round) 6.35 มม. (1/4 นว) ความลกของชองทางไหลเขาแบบพด 1.015 มม. (0.040 นว); ยาง butyl ท 40 ชอร ในต าแหนงของชองทางเขานนจะมผลตอการไลอากาศออกขณะทเนอยางไหลเขามาในเปาชนงานอากาศทอยภายในจะถกไลออกไป การเพมปรมาณของเนอยางเขาไปในแมพมพฉดจะชวยก าหนดต าแหนงของชองลมซงจะเปนวธการในการก าหนดสรางขนตอนในการไหลดงแสดงใหเหนในภาพท 12

ภาพท 12 ขนตอนของการไหลของเนอยางทเขาไปภายในแมพมพฉด (Wheelans: 1974)

ในการออกแบบชองทางเขา การไหลของเนอยางจะเขาไปในแมพมพทกงกลางในแนวแกนของยางเครองสบลม, ลกษณะการไหลจะไหลไปตามแนวแกน, อากาศจะถกไลออกไปยงทรมสดของแมพมพเพอทจะออกไปจากแมพมพ, และจะเกดการไหลตวของเนอยางไปในทศทางรอบๆ เสนรอบวงของดามยด ชวงสดทายของต าแหนงการไหลจะสนสดทต าแหนงดานลางสดของชนงานทตรงกนขามกบชองทางไหล การไหลของเนอยางเขาไปในแมพมพจากทางดานบนและดานลางพรอมๆ กนนนกสามารถทจะเพมเปนแบบสองทางเขาซงกจะตองการเนอยางในการไหลมากขนซงจะท าใหการท างานนนเรวขน

การรกษาความดนของอากาศจะน าไปใชในการเชอมตอกนระหวางจดทสดของชนงาน (ยางเครองสบลม) และดามจบยด, การกระท าของสารหลอลนจะท าใหการเคลอนยายชนงานออกมาไดงาย, ต าหนทบรเวณผวของชนงานจะเกดการฉกขาดบรเวณทางเขาหรอบางทจะเกดต าหนจากการไหลของเนอยางออกมาทดามจบยดโดยอากาศทถกบบอด ปญหาทเกดขนนตองการการออกแบบใหมของชองทางเขาโดยการลดความดนทตกคางบรเวณทางเขา

รปทรงของตวชนงานและต าแหนงของทางเขาจะสมผสกบผลกระทบของการไหลเขาไปในแมพมพของตวเนอยางระหวางการไหลพฤตกรรมของการไหลแบงออกไดหลายชนด เชน การไหลออกมาอยางรวดเรว (jetting filling) จะเกดขนเมอการไหลของเนอยางออกมาจากชองทางจายและชองทางเขาแมพมพเคลอนทไปดวยความเรวสงมากระทบทบรเวณผวของแมพมพชนงาน การไหลเขาจะเพมขนโดยเนอยางทพงไปชนแมพมพนนจะพบตวขนเปนชนๆ การไหลออกมาอยางรวดเรวจะเกดในรปทรงชนงานทมพนทหนาตดทกวางการไหลแบบเรวนจะเปนทตองการ

ระหวางการไหลแบบเรวเขาไปในแมพมพเนอยางจะมลกษณะเปยกทผนงของแมพมพหลงจากออกมาจากชองทางจาย (sqrue) หรอชองทางเขา (gate) จะท าใหเกดการอดแนนตวของเนอยางขณะทไหลเขาไปในแมพมพ หลงจากการอดแนนเนอยางจะไหลเขามาเลอนทผวหนาท าใหระดบผวหนาของเนอยางเคลอนท และบงคบอากาศและชวยเหลอการผลตใหชนงานมความหนาแนนสง การไหลของเนอยางแบบผวหนา (frontal filling) นยมใชกบชนงานทมหนาตดเลก ๆ เชน ยางปดน าฝน เปนตน

เมอพจารณาทชองทางเขาเดยวนนเมอเสรจสนขนตอนการฉดและจะเหนชนงานททางเขาจดศนยดวยคลายเขมบางๆ ต าแหนงเดยวในการไหลเขาไปในแมพมพของยางแบบชองทางเดยว (pin) นนจะสนใจบรเวณทยงไมมการเตมของเนอยาง รฉดทมขนาดเลกควรจะยดตดอยางมนคงทบรเวณปลายหรอท าเปนทรงเรยว (tapered) เพอทจะลดการงอตวของเนอยาง, ในการออกแบบควรไดรบการพจารณาเปนอยางมากในต าแหนงของทางเขา

ต าแหนงของตวแทรก (Insert) ภายในแมพมพซงจะรวมเขาไปในตวชนงานภายในชนแมพมพจ าเปนจะตองเปนวตถทแขงแรงทนตอการเปลยนแปลงรปรางซงภายในแมพมพนนจะมความดนทสงโดยเฉพาะการพจารณาทจะใชพลาสตกแทนเหลกเปนตวแทรกภายในชนงาน ตวอยางเชนการใชตวแทรกในการปดผนกตาง ๆ (seal)

ในการออกแบบแมพมพส าหรบยางปดผนกดานขาง (lip seal) ดงภาพท 13 แสดงตวอยาง และใหความส าคญของต าแหนงทางเขาของเนอยางในต าแหนงทจะเขาสชนงานมความส าคญตอผลกระทบซงอาจเกดการรวไหลของเนอยางหลงจากการทดสอบ ชองทางเขาในบรเวณลาดเอยง (Heel-gated) ของตวปดผนกจะรวหลงจากการทดสอบในชวงเวลา 15 ถง 18 นาท และชองทางเขาทเขาจากดานขางจะไมรวหลงจากทดสอบไปแลวนานเกน 300 ชม. สงอน ๆ จะตองพจารณาคอรอย

ต าหนทเกดขนบรเวณทางเขาและสงมลทนทเกดจากแมพมพหลงจากการแยกแมพมพออกจากกนในขนตอนการผลต

ภาพท 13 ทางเขาของเนอยางในต าแหนงดานบนและดานลางของยางปดผนกดานขาง (Summer: 2003)

เนอยาง (compound) ทแขงจะสรางผลกระทบใหเกดรอยทบรเวณผวดานบนของชองทางไหลเขาของตวแมพมพ, ต าแหนงทเกดจะเกดขนชดเจน คอ เกดการยบตวลงไปทบรเวณผวหรอเกดเปนลกษณะเหมอนภาพฉายท าใหเกดเงาทบรเวณผว เนอยางทออนกวา 50 ซอร (shore) จะท าใหเกดลกษณะของการยบตวหรอภาพฉายขน (depression or projection) จากผวอยทประมาณ 0.015 นว และถาแขงกวา 50 ซอร คาจะอยท 0.007 นว ในภาพท 14 แสดงชองทางไหล และชองทางไหลเขาและตวรปทรงชนงานภายในแมพมพ

ภาพท 14 ชองทางไหลและชองทางไหลเขาและตวรปทรงชนงานภายในแมพมพ (Summer: 2003)

ในชองทางไหลแบบครงวงกลม (semi circular) ดงรปสามารถออกแบบใหการสงผานเนอยางไปยงชองทางจายโดยมความแตกตางทบรเวณหนาตดชองทางเขาขนาดของชองทางเขา ขนาดของชองทางไหลเขาควรจะสมพนธกบเวลาและปรมาตรของรปทรงชนงาน บอยครงทจะสรางมขนาดเลกกวาในขนตนซงสามารถทจะท าใหใหญขนไดในภายหลง ส าหรบชองทางไหลเขาทเปนรปสเหลยมทหนาตด (tap gate) ส าหรบความยาวของพนทหนาตดท 0.125 นว ซงความลกทงสองฝงของชองทางเขาจะเทากน ซงทางเขาจะลกอย 0.01 ถง 0.015 นว ชองทางเขาทลกจะท าใหเหมาะสมกบคาปจจยในการสรางแมพมพ เชน ใชส าหรบเนอยางทมความหนดสง ความลกนนจะมความส าคญส าหรบชองทางไหลเขาทมขนาดเลกซงจะเปนตวก าหนดเวลาในการเกดปฏกรยาภายในเนอยาง (Crosslinking time) ส าหรบเนอยางในชองไหลเขา ชองทางทไหลเขาทลก 0.02 นว และนอยกวา จะท าใหเวลาในการฉดสมพนธกบเนอยางทมความออน ดงนนความลกของชองทางไหลเขาจะเปนผลกระทบกบเวลาในการเกดปฏกรยาภายในเนอยางและเวลาในการเตมเนอยางเขาไปในรปทรงแมพมพ ในชองทางไหลครงวงกลมทเปนรองทงดานบนและดานลางมาประกบกนจะเปนรปทรงวงกลมและชองทางไหลเขาจะเปนลกษณะรเขมททางไหลเขา (pin gates) ชองทางไหลเขาแบบร (pin gates) นน จะมขนาดอยทเสนผาศนยกลาง 0.010 ถง 0.150 นว ควรทจะใชในต าแหนงทมผลกระทบนอยทสดทจะเกดกบแมพมพ โดยปกตจะใชเสนผานศนยกลางประมาณ 0.032 นว ลกษณะของชองทางไหลเขาแบบครงวงกลมสองดานประกอบและแบบวงกลมนนจะสรางไดโดยการใชหวกดแบบวงกลม แตจะมราคาทสงกวาการใชหวกดแบบราบเรยบทใหขนรปชองทางเขาแบบสเหลยม ขออน ๆ ทควรจะพจารณา

- การใชเครองมอทเปนขนาดมาตรฐานจะท าใหลดคาใชจายลง

- หวกดแบบทรงกลมสามารถสรางชองทางไหลทมขนาดเลกลงทนททนใดไดสะดวก

- ชองทางเขาแบบวงกลมจ ากดการไหลนอยกวาชองทางเขาแบบครงวงกลมและแบบสเหลยมทมพนทหนาตดเทากน

รองของรทางไหลเขาทอยเหนอเนอยางทไหลเขาไปในแมพมพทต าแหนงรอยตอของชนงาน (mould parting line) หลงจากการสกตวของเนอยางเสรจสนลงแลว แมพมพจะเปดออกและชองทางไหลจะแยกตวออกจากชนงานโดยการเคลอนทของแมพมพ โดยการขยายตวและการฉกขาดของเนอยางทสกแลวในชองทางไหลเขา (gates) การฉกขาดของเนอยางจ าเปนทจะเกดขนไมวาจะดานบนหรอดานลางของผวยาง สวนทฉกขากออกเชนรองทางไหลจะถกน าแยกออกไปสวนมากจะใชชองทางเขาแบบเอยงท ามมเขาดานลาง (submarine gate) ดงแสดงในภาพท 15 จะดกวาในการควบคมดานทจะฉกขาดออกไป

ภาพท 15 ชองทางเขาแบบเอยงท ามมเขาดานลาง (submarine gate)

ชองทางเขาแบบเอยงท ามมเขาดานลางจะจายเนอยางเขาไปในตวแมพมพในต าแหนงทไกลจากรอยตอของแมพมพ (parting line) และจะมมมประมาณ 45 องศา เพราะวาชองทางเขาแบบเอยงเขา (submarine gate) นนจะฉกขาดดวยแรงเลอนแทนแรงดงการเอยงตวของชองทางไหลเขาจะท าใหเนอยางไหลเขาไปทผนงจะคงทท าใหชนงานดขน ชองทางแบบเฉยงเขาสามารถทขยายตวไดโดยการขนรป เพราะสามารถทจะท าการเอยงตวแมพมพระหวางท าการขนรปได ควรจะหลกเลยงในการสรางชองทางไหลเขาทแมพมพมขนาดเลก ควรทจะสรางตวแผนเหลกแทรกเขาไปในชองภายในแมพมพ, ชองทางไหลเขาแบบวงแหวนกแสดงใหเหนและขนรปทรงอน ๆ ของทางเขาทใชกบแมพมพฉด โดยหมนตรงกลาง เชน ตรงรอบแหวน (washers) และยางส าหรบรอยสายไฟฟาผาน แผนโลหะ (gronnets)

แบบของแมพมพ (Mould layout)

แบบของแมพมพนนจะตองพจารณาถงการออกแบบส าหรบรปทรงชนงานในแมพมพ (Cavities), ชดใหความรอน (heaters), เครองมอวดอณหภม (thermocouples), ต าแหนงของ dowels, ฉนวน (insulation), ชองทางจายยาง (sprue), ชองทางไหล (runners), ชองทางเขา (gates), ชดกระทงออก (ejectors), ชองลม (vents), ชองในการฉกขาด (fear off grooves) และระบบสญญากาศ (Vacuum attachments)

แบบของรปทรงชนงานภายในแมพมพ (Cavity layout)

แบบของรปทรงชนงานทดนนจะตองพจารณาโดยเฉพาะอยางยงจ านวนของรปทรงชนงานภายในแมพมพ เพราะจะคมคาในการลงทนซงจะตองมากทสดเทาทจะท าไดภายในแมพมพ ซงจะตองพจารณาในการออกแบบของแมพมพทเหมาะสมและตองมประสทธภาพดวย

ในการไหลของยางเขาไปในรปทรงของชนงานภายในแมพมพนนตองการการไหลเขาไปในแตละชนงานนนเวลา ณ. ต าแหนงตาง ๆ ตองเทากน อตราการไหลตองเทากนโดยจะตองท าการควบคมสมดลยกนของการไหลรอบ ๆ จดศนยกลางในการจายยาง

รปทรงชนงานภายในแมพมพ (Cavities)

รปทรงของชนงานภายในแมพมพจะแสดงใหเหนรปรางของตวเนอยางซงจะส าคญส าหรบความทนทานตอการเกดความดนทสงและความเคนทเกดขนหลงจากทเนอยางไหลเขาไปและอากาศทกดภายในแมพมพ เวลาทไมสม าเสมอของการไหลเขาของเนอยางทเขาไปในแมพมพสามารถท าใหผนงของรปทรงชนงานเกดจด yield point ซงความหนานจะไมพอเพยงในการเพมเตม ตวแมพมพนนจะหอหมรปทรงของชนงานอยความหนาทพอเพยงนนจะตองทนตอการเกดการบดงอซงจะมสวนท าใหเกดผวทมลกษณะมนวาวเนองจากการกระแทกรอยขดขด

ความหนาต าสดอยท 0.875 นว ซงจะแนะน าใหใชกบแมพมพตวบน ตวแมพมพนนจะตองมความทนทาน และทนตอจ านวนรอบในการท างานทสงซงจะตองมการบ ารงรกษาตามระยะเวลาทก าหนด

องคประกอบความส าคญอนๆ ไดแก รปแบบในการวางของรปทรงภายในแมพมพ (cavity layout) และพนทภายในรปทรงของชนงานในแมพมพ (Cavity spacing) ในการวางรปแบบของตวชนงานในแมพมพและชองทางไหลตองการผลทจะไดคอตองการทจะท าใหความดนทกระจายตวนนคอนขางทจะคงทโดยกระท าตามขวางกบพนผวของแมพมพบรเวณรอยตอของแมพมพ (parting line) การกระจายตวทไมไดรป มแนวโนมทจะท าใหแมพมพมการเปดตวออกจากกนท บรเวณรอยตอซงจะท าใหเกดการสกหรอทผวได เชนเกดการมนวาวขน เปนตน

การเกดแฟส (Flash) เปนลกษณะของแผนฟลมบางๆ ของบรเวณภายนอกของเนอยางทเกดขนบนผวของตวแมพมพภายในรปทรง

ในการก าหนดการเกดฟลมบางๆ ในชนงานบางชนดนนจ าเปนทจะตองเกดขน ตวอยางเชน ในฉนวนกนกระแสไฟฟาในการออกแบบแมพมพฉนวนโดยปกตจะออกแบบใหตวยด (clamped ) รวมกนในแนวแกนนอนของชนงาน การเกดฟลมบางๆ ทรอยตอของแมพมพชนงานฉนวนในแมพมพตรงบรเวณนจะตองขดใหมผวเรยบเพอทจะหลกเลยงการเกดรอยตอของชนงานขนเปนแนวยาวในแนวแกนนอนเมอเกดรอยตอชนงานจะตองท าการแกไข ในการปรบปรงออกแบบแมพมพเปลยนต าแหนงของการประกอบกบของแมพมพจากแนวนอนเปนแนวเสนรอบวงและลดแนวการประกอบของกนในแนวนอนของแมพมพ

แผนฟลมบางๆ เปนสงส าคญทจะตองพจารณาในการออกแบบแมพมพฉด เชน การออกแบบโอรง (O-ring) โดยเฉพาะอยางยงส าหรบโอรงทมขนาดเลก (Small O-ring) แผนฟลมบาง ๆ ทเกดบนโอรงจะเกดทบรเวณดานในสดของเสนผานศนยกลางทเลกของโอรง (inside diameters I.D.) เปนอยางมากและเปนการยากทจะท าใหลดลง ในการออกแบบแมพมพทจะท าใหลดปญหานเมอใชแทงสอดแทรกตรงกลางของชนงาน (pin pierces) และท าการลดฟลมบาง ๆ ลงโดยท าหลงการเกดปฏกรยา (cross slinking) แผนฟลมบาง ๆ ทผวดานนอก (O.D.) สามารถลดลงไดโดยวธการธรรมดา เชน การ Cryogenic tumbling

* (ความสมมาตรทเทากนนนจ าเปนในการออกแบบรปทรงชนงานในแมพมพ เชน แผงหนาปดดานหนาของรถ การขดใหขนเงาภายในรปทรงชนงานในแมพมพในการขดนนเมอเสรจแลวความละเอยดจะอยท 10 ถง 20 ไมโคนวกจะเปนทยอมรบได ขอทควรจ าการขดเงาทจะไดผลดจะตองท าโดยวธการทถกตองและใชกระดาษทรายเบอร 320 ในขนตอนสดทาย)

ในความเปนไปไดของการมจ านวนรปทรงชนงานภายในแมพมพมากทสดเทาทจะเปนไปไดนนยงเปนปญหาอยในหลายขอทจะตองค านงถงหนงในนนคอแรงกระท ากบผวทรอบของรปทรง เชน งานทบรเวณรมขอบของแมพมพตอนแมพมพปด ซงจะท าใหการควบคมอณหภมทเกดขนภายในรปทรงชนงานนนยากซงจะเกดขนในแตละต าแหนงของรปทรงชนงานและยงมปญหาของตอชนงานอยทบรเวณมมของแมพมพ ส าหรบแมพมพพลาสตกระยะทางการอยท 3 นว จากผวของรปทรงแมพมพกบผวนอกสดของแมพมพ แตควรจะเรมทสนวขนไป การท าใหแมพมพมความเทยงตรงในการลงมาประกบกน ซงจะท าใหพนททออกแบบไวตรงกนสามารถก าหนดไดหลายวธ เชน ใหเขมน า (leader pins), ใชปลอกน า (bushing) และการใชสลกรอยในการใชสลกรอยนนจะเปนตวกลางในการเลอนขนลงระหวางแมพมพทอยกบทกบตวทเคลอนท และตองพจารณาตอนประกอบกนของชองจะตองตดกนทบรเวณขอบ การเชอมตอส าหรบทอสญญากาศ และระบบชองทางไหล

การวางต าแหนงของชองทางไหลเปนปจจยหลกทส าคญทจะตองพจารณาในการเชอมตอกนของชองวางซงตองพจารณาดงตวอยางชองทางไหลของของไหลทถายเทความรอนและชดการใหความรอนนนจะออกแบบใหผนงของรปทรงชนงานนนจะตองมความหนาแนนพอเพอทจะขดขวางการเปลยนแปลงรปทรงไปของผนงในรปทรงชนงาน ในการออกแบบแมพมพนนจะตองค านงถงกฎเกณฑขอบงคบในการออกแบบและพจารณาองคประกอบอนๆ

ประกอบดวยโดยอาจจะเปรยบเทยบกบระบบของโทโมพลาสตก ซงจะสามารถน ามาประยกตใชกบการออกแบบแมพมพฉดยางไดเปนอยางด

กฎเกณฑในการออกแบบส าหรบระบบชองทางไหลพจารณาในรายละเอยดดงน

- ออกแบบใหระบบชองทางไหลมปรมาณนอยทสด

- ออกแบบส าหรบชองทางไหลของความดนทสญเสยคอนขางด

- พจารณาการเชอมตอของต าแหนงชองทางจาย (gate) ทกๆ ต าแหนง

ความพรอมกนของการไหลเขาทภายในแมพมพของเนอยางภายในแมพมพเปนจดมงหมายหลกส าหรบการออกแบบแมพมพ การท าใหชองทางไหลมการสอดคลองกนของการไหลนนส าคญ แตยงไมพอเพยงทจะท าใหบรรลถงจดมงหมายทจะท าใหเนอยางไหลเขาพรอมๆ กน เพราะยงมปจจยอนๆ เชน ขนาดของทางเขาและอณหภมเนอยางทมผลกระทบตอการไหลเขาไปในรปทรงชนงาน ภาพท 16 แสดงการจดการรปทรงชนงานส าหรบแมพมพฉด

ภาพท 16 แสดงการจดการรปทรงชนงานส าหรบแมพมพ (Summer: 2003)

แมพมพฉดทแสดงในภาพท 16 จะแสดงใหเหนการเชอมตอของชนงานภายในแมพมพในแตละอน ซงจะตองพจารณาถงความสมดลยกนควบคไปกบความสมมาตรกนของจ านวนรปทรงชนงานหลงจากการทดสอบการไหลแลวรปทรง H จะขาดความสมดลดงแสดงในภาพท 16 ซงผลสรปคอการออกแบบนใชกบการออกแบบทเปนแมพมพของเทอรโมพลาสตกและกสามารถทจะเรมน าไปใชในการออกแบบแมพมพเปนยางได

ความเคนเฉอนและความรอนจะเปลยนแปลงตลอดในตวโพลเมอรในการไหลไปในชองทางไหล ท าใหเกดการไหลทไมสมดลยภายในแมพมพทมรปรางแบบ H จะแกไขปญหาทเกดกบการไหลไมสมดลยวา ‚Melt Flipper‛ (การละลายของครบ) การท าใหโพลเมอรเกดการหมนและวธการในการทจะท าใหเกดการไหลทสมดลยกนนนมอยหลายวธ เชน การทมมทเปนกงเพมเขาไปในตวชองทางไหลและอตราสวนของการฉดทจะตองสมพนธกน มมทเปนกงนนจะเปนมมทอยระหวางชองไหลทเชอมตอกบตวชนงานและตวกงเอง การเพมขนของมมทกงจะท าใหการควบคมการเพมขนและการไหลไมสมดลยภายในรปทรงแมพมพ

หลายวธทแตกตางกนในการใชสรางรปทรงภายในแมพมพ โดยการขนรปโดยเครองจกรเปนวธทนยมมากทสด วธการขนรปสามารถท ารวมกนไดโดยการขนรปโดยเครองจกรแลวตามดวยวธการ hobbing ท าโดยการลดความแขงลงโดยการใหแรงกระท าใหเหลกนนออนลงบรเวณภายในรปทรงของชนงาน การท า hobbing จะเหมาะสมกบทจะใชกบแมพมพทมจ านวนชนงานมากและมความซบซอนของความโคงสง แตมขอก าหนดในรปทรงทมมแหลมคม และมสวนตดภายใน (under cuts) และแมพมพมการขดเงาทสงและมการท ามมทกดาน

การขนรปโดยการใชกระแสไฟในการขบไลโลหะออก (EDM) เปนวธใหมทเปนทนยมในการขนรปรางชนงานภายในแมพมพ EDM ตางจากการท า Hobbing ในการทจะสรางรปรางของตวชนงานนนจะตองน าขวไฟฟาจมลงไปในแผนเหลกทตองการขนรปหรอใชเสนลวดลากผานแผนโลหะ ในการขนรปแบบ EDM นจะไปท าใหเกดแรงทกระท าสงในขณะทท าการควบคมการขนรปซงปกตจะเกดการขนรปโดยเครองจกรและแบบ hobbing

EDM สามารถใชในการขนรปรวมกบวธการขนรปอน ๆ ในการสรางรองทมความลก ซงถาตองการความลกในแมพมพทก าหนดไวครงหนงซงสามารถจะใชหวกนได แตตองสรางรองตอโดยใช EPM กจะใชเวลาการขนรปเทา ๆ กน โดยปกตนนแนวทางการเลอกในการท ารองจะตองใชหวกบความเรวสง (high-seed milling) ในการกดรองใหลกลงไป 30 mm ตอจากนนใช EDM ตามจนไดความลกตามทตองการ แมพมพส าหรบผลตชนสวนยานยนตทเปนแนวหนาปดดานหนาของรถ (fascia) ซงจะตองการความเทยงตรงเปนอยางสงและตองการแขงแรง และความตานทานตอลมทปะทะซงจะเกดการเปลยนรปรางระหวางทเคลอนทไปโดยความเรวสง ขนาดของอนภาคทก าหนดกนทจะบรรจนนจะอยในระดบสงภายในตวเนอยาง (compound) ซงสามารถท าใหเกดความแขงแรงไดแตถากมากเกนไปจะท าใหตวเนอยางมความหนกสงภายในตวแมพมพฉด ในการเลอกตวผสมทเปน โพลเมอร และสวนผสมอน ๆ ในเนอยางผสมแบบ EPDM เพอจะท าใหเกดความสมดลยในการไหลเขาไปภายในแมพมพ ระยะเวลาในการไหลของยาง ความแขงและอน ๆ ทตองการตามคณสมบต ส าหรบวธการและเหตผลทางเศรษฐกจเปน EPDM ในภายหลงใชโพลโพไพรน (polypropylene) ในการสรางโทโมพลาสตก โพลโอลฟลน (thermoplastic polyoletin (TPO) เปนองคประกอบ

ชองลมภายในแมพมพ (Mould Venting) ส าหรบการผลตทมอตราสวนของชนงานทสงและจะตองใชเวลาในการไหลเขาทควบคมใหมระยะเวลาทสนทสดใน

การไหลของเนอยางเขาไปในแมพมพในเวลาทนอยกวาหนงวนาทและอากาศทอยภายในแมพมพจะตองไหลออกไปสภายนอกในเวลาเดยวกนดวยดงนนจงจ าเปนทจะตองสรางชองทางระบายอากาศของชองลมไว

ในเวลาทมการฉดแบบเรวนนในการฉดนนบอยครงจะมความยงยากของต าแหนงของชองลมภายในแมพมพซงจะตองท าการออกแบบโดยวธการน าพาอากาศออกแบบ Diamond – scratching. ในการเปลยนแปลงของอากาศเพยงเลกนอยจะท าใหเกดปฎกรยาของเนอยางกบออกซเจนไดรนแรง

ชองลมนนจะมลกษณะทแคบเปนทอเลกๆสวนใหญจะท าการออกแบบใหอยในแนวรอยตอกนของแมพมพ โดยปกตต าแหนงของชองลมนนจะอยตรงกนขามกบชองทางไหลเขาหรอจดจายและในระบบการจายเนอยางแบบหลายทางนนจะใหชองลมอยระหวางจดจาย

ขนาดของชองลมจะขนอยกบปรมาตรของอากาศทเคลอนทออกแตจะอยประมาณ 0.05 มม. (0.002 นว) ส าหรบความกวาง และจะลก 3.2 มม. (1/8 นว) โดยทวไปในการผลตนนจะไมคอยไดสงเกตต าแหนงของชองลมเพราะในแบบนนชองลมจะมลกษณะทเลกและการก าหนดลงไปภายในแบบของแมพมพซงจะท าใหเกดการละเลยขนได

การเกดหลดของอากาศ (Air trapping) ภายในตวชนงานทอยภายในแมพมพจะเกดเปนแนวยาวและลกลงไปภายในชนงาน ในการทจะลดการเกดนนจะตองมการเลอกระบบสญญากาศทตดไวภายในชองลมซงปมสญญากาศนนจะตองพจารณาถงอากาศทไหลออกทตองใชเวลานอยกวาหนงวนาทภายหลงจากท าการปดแมพมพและจะตองพจารณาถงผลกระทบทเกดขนอยางสงทสด

สรปผล

เมอวเคราะหการออกแบบแมพมพในกระบวนการฉดขนรปผลตภณฑยางนนจะตองค านงถงปจจยหลายอยางไดแก วสดทใชท าแมพมพ การใหความรอนแกแมพมพ ชองทางไหลเขาในแมพมพ ชองทางวงรอน ชองทางไหลแบบเยน แบบของแมพมพ รปทรงของชนงานภายในแมพมพ ชองลมภายในแมพมพ ซงจะสงผลตอการออกแบบแมพมพ โดยทวไปแลวการออกแบบแมพมพของผประกอบการภายในประเทศนนยงใชประสบการณ และใชการลองผดลองถกในการออกแบบ ซงจะสงผลใหเกดปญหากบชนงานในดานคณภาพและกระบวนการผลตเมอน าแมพมพไปใชงาน โดยหลกของบทความทกลาวมาขางตนนนเพอทจะน าแนวทางหรอ หลกของการออกแบบแมพมพฉดทถกตอง เพอแกไขปญหาทเกดขนในการออกแบบแมพมพฉดรวมทงลดปญหาการแกไขปญหาทเกดขนในกระบวนการฉดขนรปผลตภณฑยาง เอกสารอางอง [1] เนอทการปลกยางพาราของประเทศไทย: ส านกงานเศรษฐกจการเกษตร, 2550.

[2] ขอมลวชาการยางพารา 2545: กรมวชาการเกษตร, กรกฎาคม 2545. [3] ยทธศาสตรการพฒนายางพาราครบวงจร (2542-2546): คณะกรรมการนโยบายยางธรรมชาต, 2545.

[4] วราภรณ ขจรไชยกล, กระบวนการผลตยาง: กลมอตสาหกรรมผลตภณฑจากยาง ศนยวจยยางสงขลา กรมวชาการเกษตร, พฤศจกายน 2530. [5] R. P. Brown, "Rubber Product Failure," Rapra Review Reports, vol. 13, 2002. [6] J. A. Lindsay, "Rubber Injection Moulding : A Practical Guide," Rapra Review Reports, Report 109, vol. 10, 1999. [7] E. Bociaga, "Effect of Mould Temperature and Injection Speed on Selected Properties of Polyethylene Mouldings," International Polymer Science and Technology, vol. 28, pp. 98-102, 2001. [8] E. Bociaga, "Influence of the Method of Feeding the Polymer into hte Injection Mould Cavity on the Structure and Crystalliniy of High Density Polyethylene," International Polymer Science and Technology, vol. 29, pp. 99-102, 2002. [9] D. E. Packham, "Moulding Sticking, Fouling and Cleaning," Rapra Review Reports, vol. 13, 2002. [10] M. J. Forrest, "Rubber Analysis - Polymers, Compounds and Products," Rapra Review Reports, vol. 12, 2001. [11] V. Goodship and J. C. Love, "Multi-material Injection Moulding," Rapra Review Reports, vol. 13, 2002. [12] S. L. Kushnarenko, T. R. Voskresenskii, and V. N. Krasovskii, "Modelling of the Moulding Vulcanisation of Standard Rubber Footwear," International Polymer Science and Technology, vol. 28, pp. 48-49, 2001. [13] วราภรณ ไชยกล, การออกสตรยางและกระบวนการผลต: สวนอตสาหกรรมยาง สถาบนวจยยาง กรมวชาการเกษตร กระทเกษตรและสหกรณ, 2542. [14] J. Sommer, Elastomer Molding Technology: Elastech, January 2003. [15] M. A. Wheelans, Injection Moulding of Rubber: London Butterworths, 1974.