การออกแบบเทคนิคครีบสำหรับประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์พลาสติกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
คำสำคัญ:
ครีบเสริมแรง, ผลิตภัณฑ์พลาสติก, แม่พิมพ์พลาสติก, ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์, พลาสติกชีวภาพบทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการเพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์พลาสติกช้อนและส้อม โดยการออกแบบเสริมครีบ (Rib) ร่วมกับการวิเคราะห์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) เพื่อประเมินความแข็งแรงก่อนการผลิตแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก ผลิตภัณฑ์พลาสติกช้อนและส้อมออกแบบมีความหนา (T) 3 mm ความสูงครีบ (h) 1.5 mm มุมเอียงของครีบ (α) 0.5° รัศมีฐานของครีบ (r) 1.5 mm ความหนา (t) 1.5 mm ผลการวิเคราะห์ FEA เปรียบเทียบระหว่างผลิตภัณฑ์กรณีศึกษาที่ 1 ไม่มีเสริม กรณีศึกษาที่ 2 มีครีบเสริมแรง พบว่าผลิตภัณฑ์ช้อนที่มีครีบเสริมแรงมีค่าความเค้นสูงสุด (Max. Stress) ลดลง 50% ความเครียดสูงสุด (Max. Strain) ลดลง 68% และการกระจัดสูงสุด (Displacement) ลดลง 31% ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ส้อมที่มีครีบเสริมแรงมีค่าความเค้นและความเครียดสูงสุดเพิ่มขึ้น 34% และ 80% ตามลำดับ แต่การกระจัดสูงสุดลดลง 13% การวิเคราะห์ FEA แสดงให้เห็นว่าการเสริมครีบช่วยกระจายแรงและลดความเสี่ยงต่อการเสียหายในบางบริเวณของผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีอาจทำให้เกิดการรวมตัวของความเค้นในบริเวณอื่น ดังนั้น การออกแบบครีบเสริมแรงจึงต้องคำนึงถึงการกระจายแรงอย่างสมดุล การนำเทคนิคการเสริมครีบและการวิเคราะห์ FEA มาใช้ร่วมกันช่วยให้สามารถปรับปรุงการออกแบบผลิตภัณฑ์ ลดเวลาและต้นทุนในการผลิตแม่พิมพ์ และเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตได้
เอกสารอ้างอิง
ดำรง ไชยธีรานุวัฒศิริ. (2536). การออกแบบแม่พิมพ์พลาสติก. กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์ ซีเอ็ดยูเคชั่น.
วีระยุทธ หล้าอมรชัยกุล. (2559). การออกแบบแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกด้วยเทคนิคการจำลองทางไฟไนต์ เอลิเมนต์. Naresuan University Engineering Journal, 11(1), 101-109.
ศุภสิทธิ์ มะโนเครื่อง, อดิเรก ชัยนวกุล และธีรวัฒน์ แสงกาศ. (2566). การออกแบบแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกแบบแยกข้างด้วยคอมพิวเตอร์ช่วยในงานวิศวกรรม. วารสารวิชาการเทคโนโลยีอุตสาหกรรมและวิศวกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏพิบูลสงคราม, 5(2), 192-206.
Aksen, T., Sener, B., & Firat M. (2020). Failure Prediction Capability of Generalized Plastic Work Criterion. 23rd International Conference on Material Forming, 47, 1235-1240.
Coward, C. (2019). A Beginner's Guide to 3D Modeling: A Guide to Autodesk Fusion 360.
Farah, S., Anderson, D.G., & Langer, R. (2016). Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications—A comprehensive review. Advanced drug delivery reviews, 107, 367-392.
Hou, B., Huang, Z., Zhou, H., & Li, D. (2018). A hybrid approach for automatic parting curve generation in injection mold design. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95, 3985-4001.
Jaiswal, A.K., & Afzal, A. (2023). Design optimization of prismatic rib turbulators in a rectangular channel based on multi-objective criterion. International Journal of Thermal Sciences, 185, 108091.
Kazmer, D.O. (2022). Injection mold design engineering. Carl Hanser Verlag GmbH Co KG.
Kazmer, D.O. (2024). Design of plastic parts. In Applied plastics engineering handbook. William Andrew Publishing.
Lai, J.Y., Wang, M.H., Song, P.P., Hsu, C.H., & Tsai, Y.C. (2018). Recognition and decomposition of rib features in thin-shell plastic parts for finite element analysis. Computer-Aided Design and Applications, 15(2), 264-279.
Land, K.M. (2023). Improving CAD Designs with Autodesk Fusion 360: A project-based guide to modelling effective parametric designs. Packt Publishing Ltd.
Liu, P.F., Zhang, B.J., & Zheng, J.Y. (2012). Finite element analysis of plastic collapse and crack behavior of steel pressure vessels and piping using XFEM. Journal of failure analysis and prevention, 12, 707-718.
Ma, Z., Wei, W., Zu, Y., Huang, M., Zhou, P., Shi, X., & Liu, C. (2021). A novel and simple method to improve thermal imbalance and sink mark of gate region in injection molding. International Communications in Heat and Mass Transfer, 127, 105498.
Mahshid, R., Zhang, Y., Hansen, H. N., & Slocum, A. H. (2021). Effect of mold compliance on dimensional variations of precision molded components in multi-cavity injection molding. Journal of Manufacturing Processes, 67, 12-22.
Md Yusof, M., & Abu Mansor, M. S. (2018). Alternative method to determine parting direction automatically for generating core and cavity of two-plate mold using B-rep of visibility map. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 96, 3109-3126.
Moayyedian, M., Abhary, K., & Marian, R. (2015). New design feature of mold in injection molding for scrap reduction. Procedia manufacturing, 2, 241-245.
Mourya, A., Nanda, A., Parashar, K., & Kumar, R. (2023). An explanatory study on defects in plastic molding parts caused by machine parameters in injection molding process. Materials Today: Proceedings, 78, 656-661.
Rosato, D.V., & Rosato, M. G. (2012). Injection molding handbook. Springer Science & Business Media.
Taib, N.A.A.B., Rahman, M.R., Huda, D., Kuok, K.K., Hamdan, S., Bakri, M.K.B., & Khan, A. (2023). A review on poly lactic acid (PLA) as a biodegradable polymer. Polymer Bulletin, 80(2), 1179-1213.
Xu, Y., Liu, G., Dang, K., Fu, N., Jiao, X., Wang, J., & Yang, W. (2021). A novel strategy to determine the optimal clamping force based on the clamping force change during injection molding. Polymer Engineering & Science, 61(12), 3170-3178.
Yoon, T.H., Park, H., Kim, J., Jung, B., Park, S., & Byun, J. (2018). Injection molding simulation of rib arrangement consideration for reducing side part warpage of baffle plate in fuel tank. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, 42(11), 1021-1028.
Zhang, S., & Norato, J.A. (2017). Optimal design of panel reinforcements with ribs made of plates. Journal of Mechanical Design, 139(8), 081403.
