วัสดุสำหรับการผลิตแม่พิมพ์

ในการผลิต แม่พิมพ์พลาสติก ในท้องตลาดมีวัสดุหลากหลายให้นักออกแบบสามารถเลือกใช้เพื่อจัดสร้างแม่พิมพ์ขึ้นมา ทั้งที่เป็นเหล็ก และโลหะนอกกลุ่มเหล็ก  เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าผสมเหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กหล่อ และ อลูมิเนียมมอัลลอย การเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับการสร้างแม่พิมพ์ ถือเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่ง คุณภาพของวัสดุที่นำมาใช้เป็นสิ่งสำคัญ ต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์

แม่พิมพ์ฉีดพลาสติก จะรับภาระความเค้นที่มากระทำในหลากหลายรูปแบบ ชิ้นส่วนที่ได้ออกแบบจะต้องรับภาระความเค้นได้ แรงที่ใช้ปิดแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดพลาสติกจะส่งผลต่อความแข็งแรงของโครงสร้างแม่พิมพ์ ของแม่พิมพ์ แต่ละชิ้นส่วนจะรับภาระไม่เท่ากันบางชิ้นรับความเค้นในการดึง บางชิ้นรับภาระในการอัด บางชิ้นต้องต้องทนการเสียดสีสูงและต้องทนกับสภาพอุณหภูมิ  ดังนั้น ผู้ออกแบบแม่พิมพ์จึงควรศึกษาถึงวัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์

แม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูปโลหะส่วนใหญ่จะนิยมใช้เหล็กหล่อเป็นฐานรองแม่พิมพ์ เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการสร้างแม่พิมพ์ เนื่องจาก เหล็กที่ใช้ทำแม่พิมพ์มีราคาสูง ในแม่พิมพ์ที่มีขนาดใหญ่ หากเราใช้เหล็กแม่พิมพ์ทั้งหมด แม่พิมพ์จะมีราคาแพง ซึ่งไม่มีความจำเป็นต้องใช้เหล็กเกรด ผู้ออกแบบส่วนใหญ่จึงนิยมใช้เหล็กหล่อเป็นฐานของแม่พิมพ์

การหล่อโลหะจะทำการอบด้วยความร้อน เพื่อให้เหล็กละลาย จากนั้นจึงปล่อยให้เย็นตัว  จากนั้นนำชิ้นงานที่ได้ไปอบคลายความเค้น ซึ่งจะทำให้เหล็กมีรูปร่างที่แน่นอน ไม่บิดงอ ในขณะที่ใช้งาน ซึ่งเป็นเรื่องสำคัญสำหรับแม่พิมพ์ เมื่ออบคลายความเค้นเรียบร้อยแล้ว จึงนำฐานแม่พิมพ์เหล็กหล่อไปขึ้นรูปตามที่ได้ออกแบบไว้ เพื่อให้ตัวแม่พิมพ์ฝัง (Insert) อยู่บนฐานเหล็กหล่ออย่างถูกต้องเหมาะสม
เหล็กหล่อที่มักใช้หล่อเป็นฐานของแม่พิมพ์จะเป็นเหล็กหล่อสีเทา (Gray Cast Iron) เหล็กหล่อสีเทาจะเป็นเหล็กหล่อที่มีราคาไม่สูง เหล็กหล่อสีเทายังมีคุณสมบัติทางกล ที่เหมาะสมกับการใช้เป็นฐานรองแม่พิมพ์

เหล็กกล้าทั่วไป (Mild Steels)

เหล็กแผ่นรีดร้อน เหล็กกล้าทั่วไปจะจัดอยู่ในกลุ่มของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (Low Carbon Steels) โดยมีคาร์บอนสูงสุดไม่เกิน 0.25% ของน้ำหนัก เป็นเหล็กที่มีราคาถูก ขึ้นรูปได้ง่าย เนื่องจากมีความแข็งต่ำ นอกจากนี้ ยังสามารถเชื่อมได้ดี จึงใช้ทำโครงสร้างทั่วไปของแม่พิมพ์ ในส่วนที่ไม่ต้องการความแข็งแรงมากนัก เกรดที่นิยมใช้งานจะเป็นเกรด SS40 และ SS41 เหล็กประเภทนี้จะไม่สามารถชุบแข็งได้

เหล็กชุบผิวแข็ง (Case Hardening Steels)

เหล็กชุบผิวแข็งที่มักใช้ทำแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกได้แก่ เกรด AISI P2 และ P4 แม่พิมพ์จะถูกนำไปเสริมคาร์บอนที่ผิว ทำให้แม่พิมพ์มีความแข็งผิวสูงประมาณ 58-62 HRC แกนในจะมีความแข็งประมาณ 25-35 HRC คุณสมบัติผิวแข็งแกนเหนียวนี้ จะทำให้แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกทนทานต่อการสึกหลอได้ดี และยังทำให้รับแรงอัด และ แรงกระแทกได้ดีด้วย ผิวที่แข็งนี้จะทำให้การขัดเงาทำได้ดี แต่การนำแม่พิมพ์ไปชุบผิวแข็งมีข้อเสียคือ หลังการชุบแข็งที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง และบังคับให้ชิ้นงานเย็นตัวอย่างรวดเร็วในสารชุบ จะทำให้เกิดการเสียรูป และเปลี่ยนขนาดได้ง่าย ดังนั้น ต้องมีการเผื่อขนาด เพื่อนำมาตกแต่งภายหลังด้วย

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (Medium Carbon Steels)

เหล็กกลุ่มนี้ที่มักใช้ ในงานแม่พิมพ์จะเป็นเกรด S45C หรือ S50C โดยทั่วไป จะนิยมใช้ทำโครงแม่พิมพ์ เช่น แผ่นประกบหน้า-หลัง ขารอง แผ่นรองรับ นอกจากนี้ เหล็กกลุ่มนี้ยังสามารถใช้ทำตัวแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก ที่ใช้ฉีดชิ้นงานจำนวนไม่มาก โดยสามารถขึ้นรูปเป็นแม่พิมพ์ แล้วนำไปชุบเคลือบผิวก่อนนำไปใช้งาน นอกจากนี้ ยังสามารถใช้เป็นแผ่นฐานแม่พิมพ์ด้วย เหล็กกล้าคาร์บอนใน กลุ่มนี้ จะมีคาร์บอนผสมอยู่ระหว่าง 0.60-1.40 % เป็นเหล็กชุบแข็ง ภายหลังการชุบแข็งที่ผิวชิ้นงานจะมีความแข็งสูงระหว่าง 65-68 HRC แต่เนื่องจากเหล็กเกรดนี้มีความสามารถในการชุบแข็งต่ำ จึงทำให้ภายในชิ้นงานจะมีความแข็งไม่สูงนัก ลักษณะเช่นนี้ ชิ้นงานจะมีผิวแข็ง แต่แกนในยังคงมีความเหนียวอยู่ ชิ้นงานจะทนการเสียดสีได้ดี และรับแรงกระแทกได้ดี แต่ไม่สามารถใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ มักใช้ทำแม่พิมพ์ปั๊มโลหะ เช่น แม่พิมพ์ ตัด เจาะ แม่พิมพ์ที่ใช้ในงานขึ้นรูปเย็นที่ใช้ผลิตชิ้นงานจำนวนไม่มากนัก เป็นต้น และเนื่องจากเป็นเหล็กที่ชุบแข็งด้วยน้ำ ทำให้ชิ้นงานมีโอกาสที่จะเกิดการคดงอ และ แตกร้าว ภายหลังการชุบแข็งได้ ตามมาตรฐานของ JIS จะอยู่ในกลุ่มเหล็กเกรด SK1 ถึง SK7 แต่ที่นิยมใช้ และสามารถหาซื้อได้ง่ายภายในประเทศจะเป็นเกรด SK3 และ SK5

เหล็กทำแม่พิมพ์พลาสติก (Plastic Mold Steels)

เป็นเหล็กที่ผู้ออกแบบผลิตแม่พิมพ์นิยมใช้กันมาก เนื่องจากเป็นเหล็กที่ผ่านการชุบแข็ง และอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง เพื่อปรับให้ความแข็งลดลงเป็นประมาณ 28-40 HRC เหมาะสำหรับขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกล และมีคุณสมบัติในการขัดเงาได้ดี เมื่อผ่านการตัดเฉือนขึ้นรูปแล้ว สามารถนำไปใช้งานได้เลย โดยไม่ต้องนำมาชุบแข็งอีก แต่อย่างไรก็ดี เนื่องจากแม่พิมพ์ผ่านการขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลมาก่อน อาจทำให้มีความเค้นตกค้างในเนื้อวัสดุ ซึ่งอาจทำให้ชิ้นงานหลังจากตัดเฉือนบิดงอได้  ดังนั้น จึงควรนำไปอบคลายความเค้นก่อนใช้งาน เหล็กในกลุ่มนี้ที่นิยมใช้จะเป็นเกรด AISIP21, P20, P20S โดยอักษร S หมายถึง เติมกำมะถันลงไปด้วยเพื่อให้ขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลง่ายขึ้น เหล็กในกลุ่มนี้จะนิยมใช้ทำตัวเนื้อชิ้นงานแม่พิมพ์ สำหรับแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกเป็นส่วนมากเนื่องจากวัสดุมีราคาแพง

ทางทีมงานบริษัท จาเจ๋ มีประสบการณ์ เกี่ยวกับงานด้านการผลิตแม่พิมพ์มาเป็นระยะเวลากว่า 2 ทศวรรษ ทางบริษัทได้มีผลงานป้อนเข้าตลาดคลอดระยะเวลาที่ผ่านมา และยังได้รับความเชื่อถือจากลูกค้าหลากหลายราย ทั่วประเทศ และ ต่างประเทศ

หากท่านมีไอเดียในการขึ้นงาน หรือ ปรับปรุงชิ้นงานของท่าน ทางบริษัท จาเจ๋ มีความยินดีที่จะร่วมพัฒนาชิ้นงาน เพื่อให้ใด้ชิ้นงานที่มีคุณภาพ และตรงตามวัตถุประสงค์ในการชิ้นงานของท่าน โดยท่านสามารถติดต่อ บริษัท ได้ที่อีเมลล์ jajemold@gmail.com