ในการออกแบบและผลิตแม่พิมพ์ (Mold Design) ปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งที่วิศวกรและผู้ผลิตไม่ควรละเลยคือ การขยายตัวทางความร้อน (Thermal Expansion) ของวัสดุแม่พิมพ์ เนื่องจากแม่พิมพ์ต้องทำงานภายใต้อุณหภูมิที่สูงและมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา หากไม่มีการคำนวณที่แม่นยำ อาจส่งผลต่อขนาดของชิ้นงานและความเสียหายของแม่พิมพ์ได้
ทำไมต้องวิเคราะห์ Thermal Expansion ในงานแม่พิมพ์?
เมื่อวัสดุได้รับความร้อน อะตอมภายในจะสั่นสะเทือนมากขึ้นและต้องการพื้นที่ว่างระหว่างกันมากขึ้น ส่งผลให้ขนาดของวัสดุขยายตัวออก การวิเคราะห์ Thermal Expansion ช่วยให้เราสามารถ:
- คำนวณระยะเผื่อ (Shrinkage Allowance) ของชิ้นงานได้อย่างถูกต้อง
- ป้องกันการติดขัดของกลไกภายในแม่พิมพ์ เช่น Slide หรือ Ejector Pin
- ยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์โดยลดความเค้นสะสม (Thermal Stress)
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE)
ตัวแปรสำคัญที่เราใช้ในการวิเคราะห์คือ Coefficient of Thermal Expansion (CTE) ซึ่งเป็นค่าเฉพาะตัวของวัสดุแต่ละชนิด เช่น เหล็กกล้าเครื่องมือ (Tool Steel) หรือ อลูมิเนียม โดยสูตรพื้นฐานที่ใช้ในการคำนวณคือ:
โดยที่ α คือค่า CTE, L₀ คือความยาวเริ่มต้น และ ΔT คืออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป การเลือกวัสดุที่มีค่า CTE เหมาะสมกับประเภทของงานจึงเป็นหัวใจสำคัญของการทำแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำสูง (Precision Mold)
สรุป
การวิเคราะห์การขยายตัวทางความร้อนไม่ใช่เพียงเรื่องของทฤษฎี แต่เป็นขั้นตอนปฏิบัติที่ช่วยลดของเสีย (Reject) ในกระบวนการผลิต การเข้าใจคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุแม่พิมพ์จะช่วยให้คุณได้เปรียบในเชิงคุณภาพและต้นทุนในระยะยาว
การวิเคราะห์แม่พิมพ์, การขยายตัวทางความร้อน, วัสดุวิศวกรรม, แม่พิมพ์อุตสาหกรรม
