คำนวณทางวิ่ง

บทนำ

เครื่องคำนวณการออกแบบทางวิ่ง (Runner Design) เป็นเครื่องมือทางวิศวกรรมสำหรับกำหนดขนาดทางวิ่งหลัก (main runner) ทางวิ่งย่อย (sub-runner) และเกต (gate) ในแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก จุดมุ่งหมายคือควบคุมความต้านทานการไหล ความดันตก และความสมดุลของการเติมแม่พิมพ์หลายโพรง (multi-cavity) ซึ่งล้วนเป็นปัจจัยที่กำหนดความถูกต้องของขนาด คุณภาพผิว และความสม่ำเสมอระหว่างล็อตการผลิต ระบบทางวิ่งแบบสมดุล (balanced runner ในรูปแบบ H หรือ X) ช่วยรักษาส่วนต่างเวลาเติมระหว่างโพรงให้ต่ำกว่า ±5 % ซึ่งช่วยป้องกันข้อบกพร่อง เช่น การเติมไม่เต็ม (short shot) แนวเชื่อมที่มองเห็นได้ และความแตกต่างของสีระหว่างชิ้นส่วนจากแม่พิมพ์เดียวกัน เครื่องคำนวณเปรียบเทียบหน้าตัดทรงกลม ครึ่งวงกลม และสี่เหลี่ยมคางหมู: หน้าตัดทรงกลมให้การสูญเสียจากแรงเสียดทานต่ำที่สุดที่เส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกเท่ากัน ขณะที่หน้าตัดสี่เหลี่ยมคางหมูกัดได้ในแม่พิมพ์เพียงด้านเดียวจึงลดต้นทุนการผลิต ระบบยังคำนึงถึงความหนืดของพลาสติกหลอม อุณหภูมิผนัง และความหนาของชั้นแข็งตัว (frozen layer) ด้วย: วัสดุที่มีความหนืดสูง เช่น PA66 PC หรือคอมพาวด์เสริมใยแก้ว จะทำให้ความดันตกเพิ่มขึ้นแบบไม่เชิงเส้น จึงต้องใช้เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นหรือทางวิ่งสั้นลง นอกจากนี้ยังพิจารณาทางเลือกระหว่าง cold runner กับ hot runner: hot runner รักษาพลาสติกไว้ที่อุณหภูมิกระบวนการและขจัดเศษทางวิ่งในทุกรอบ ขณะที่ cold runner สร้างง่ายและถูกกว่าแต่จะมีเนื้อพลาสติกแข็งตัวเกิดขึ้นทุกช็อต ผู้ออกแบบจึงมีพื้นฐานเชิงปริมาณในการกำหนดระบบป้อน ตำแหน่งเกต และความสมดุลของแม่พิมพ์หลายโพรงก่อนเริ่มกัดแม่พิมพ์

วิธีการทำงาน

หัวใจของการคำนวณคือสมการของฮาเกน-ปวยเซย (Hagen-Poiseuille) สำหรับการไหลแบบลามินาร์ในท่อ: ΔP = (8 · μ · L · Q) / (π · r⁴) โดย ΔP คือความดันตก μ คือความหนืดพลศาสตร์ของพลาสติกหลอม L คือความยาวทางวิ่ง Q คืออัตราการไหลเชิงปริมาตร และ r คือรัศมีภายใน — การที่ความดันตกขึ้นกับ r⁴ อธิบายว่าทำไมเส้นผ่านศูนย์กลางที่เปลี่ยนเพียงเล็กน้อยจึงเปลี่ยนความดันที่ต้องการอย่างมาก ปริมาตรของทางวิ่ง V = π · (D/2)² · L ใช้ประเมินมวลของทางวิ่งและปริมาณสูญเสียต่อช็อต เมื่อผู้ใช้ป้อนเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของทางวิ่งหลักและทางวิ่งย่อย ขนาดเกต ความหนืดที่อุณหภูมิกระบวนการ และปริมาณการฉีดต่อช็อต เครื่องคำนวณจะแสดงปริมาตรทางวิ่งรวม (กรัม) ความดันตกของแต่ละช่วง และเวลาเติมโดยประมาณของแต่ละโพรงทันที ในโหมดสมดุลหลายโพรง เครื่องมือจะเปรียบเทียบรูปแบบ H กับ X ตรวจสอบว่าทุกเส้นทางการไหลมีความเท่ากันทางเรขาคณิตหรือไม่ (naturally balanced) และเสนอการปรับแบบ artificial balancing (เปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางเกตหรือทางวิ่งย่อย) เมื่อสมดุลทางธรรมชาติทำไม่ได้ ให้ผลการประเมินใกล้เคียงกับการจำลอง mold-flow แบบเบาก่อนปล่อยแบบสั่งผลิต

สถานการณ์การใช้งาน

• ตรวจสอบแม่พิมพ์ ABS แบบ 8 โพรงในรูปแบบ H pattern: ยืนยันว่าส่วนต่างเวลาเติมระหว่างโพรงที่มุมและโพรงตรงกลางอยู่ภายใน ±5 % ก่อนเริ่มกัดแม่พิมพ์
• วัดผลการปรับปรุงการไหลเมื่อขยายเกตจาก 1.2 มม. เป็น 1.8 มม. ในกรณีที่ความดันตกเกินบริเวณเกตทำให้เกิดรอยไหม้และเติมไม่เต็มในชิ้นงานเดิม
• ประเมินการเปลี่ยนจาก cold runner เป็น hot runner สำหรับชิ้นส่วน PA66 เสริมใยแก้ว โดยเปรียบเทียบความดันตก น้ำหนักทางวิ่งต่อช็อต และการลดเวลารอบที่คาดว่าจะได้ตลอดอายุการผลิต

คำถามที่พบบ่อย