PLASTİK ENJEKSİYON KALIBININ YAPISI MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KALIPÇILIK TEKNİĞİ DERS NOTU Doç.Dr. Akın Oğuz KAPTI Kalıplama Yöntemleri Plastik Enjeksiyon Kalıpları Plastik Ekstrüzyon Kalıpları Şişirme Kalıpları Vakum kalıpları Metal Enjeksiyon Kalıpları Metal Ekstrüzyon Kalıpları Presle Şekil Verme Kalıpları Sac Şekillendirme Kalıpları Sıcak Dövme Kalıpları Kesme/Delme Kalıpları Eğme/Basma Kalıpları Bükme/Kıvırma Kalıpları Derin Çekme Kalıpları Sinterleme Kalıpları Kokil Kalıpları Haddeleme Kalıpları Cam Kalıpları 2 1
Plastik Enjeksiyon Kalıbı (PEK) Temel Bileşenleri Parça geometrisini oluşturmak için: Sabit (Cavity) ve Hareketli (Core) Kalıp Boşlukları 3 Eriyik plastiği kalıp boşluğuna ulaştırmak için: ENJEKSİYON SİSTEMİ (Injection System) Parçayı hızlı ve dengeli katılaştırmak için: SOĞUTMA SİSTEMİ (Cooling / Heat Regulation System) Parçayı kalıptan çıkarmak için: İTİCİ SİSTEMİ (Ejection Unit) Kalıp çalışma yönünden farklı yönlerdeki detaylar için: MAÇA SİSTEMİ (Slider, Jiggle, Lifter) PEK: Diğer Özellikler 4 SAĞLAMLIK (RIGIDITY) P enj = 500-2000 bar; F kap = 0,1 10 ton ÖMÜR (LIFE) 1-5 milyon çevrim HASSASİYET (ACCURACY) Ölçüsel kararlılık, gözler arasında minimum farklılık. GÜVENİRLİLİK (RELIABILITY) Minimum üretim dışı zaman (downtime) DÜŞÜK ÜRETİM MALİYETİ Düşük çevrim zamanı, hızlı kalıp değiştirme (Quick setup) 2
PEK Yapısı 5 PEK Yapısı 6 3
PEK Yapısı 7 PEK nın İki Yarısı 8 CAVITY SIDE: Sabit taraf (Enjeksiyon tarafı Dişi Kalıp) CORE SIDE: Hareketli taraf (İtici tarafı Erkek Kalıp) 4
Sabit Taraf (Cavity) 9 1 2 1. Sabit Çekirdek (Cavity): Parça geometrisinin işlendiği çelik lokma 2. Sabit plaka (Cavity Retainer Plate): Sabit çekirdeğin etrafındaki ana taşıyıcı çelik plakadır. İki ayrı çelik olarak işlenmesinin avantajları: Büyük boyutlu kalıplarda plaka ucuz, çekirdek kaliteli çelikten işlenebilir. Büyük tek çelik işlemektense küçük çekirdekler işlemek daha kolaydır. Seri üretimde gerektiğinde çekirdekler yenilenebilir. 9 Sabit Taraf (Cavity) 10 4 3 3. Merkezleme Flanşı (Locating Ring): Kalıbı Tezgah Plakasına merkezler. 4. Yolluk Burcu (Sprue Bushing): Kalıp ayrılma hattına malzemeyi getirir. Neden ayrı parça olarak yapılıyor? İşleme kolaylığı, parlatma gereksinimi, bakım kolaylığı, standart eleman olarak temin edilebilme kolaylığı. 10 5
Sabit Taraf (Cavity) 11 5 6 ISOLATION PLATE 8 7 5. Bağlama Plakası (Top / Cavity Clamping Plate): Kalıbın enjeksiyon makinasına bağlanmasını sağlar. 6. Yalıtım Plakası (Isolation Plate): Isı kayıplarını azaltır. 7. Soğutma Kanalları (Cooling Lines): Taşıyıcı plakada ve çekirdekte açılan soğutma kanallarında su dolaştırılır. 8. Merkezleme Kolonları (Guide/Leader Pin): Kalıp yarılarını merkezler. 11 Hareketli Taraf (Core) 12 2 1 CORE 1. Hareketli Çekirdek (Core): Parça geometrisinin işlendiği çelik lokma. 2. Hareketli Taşıyıcı Plaka (Core Retainer Plate): Hareketli çekirdeğin etrafındaki ana taşıyıcı plaka. 12 6
31.01.2015 Hareketli Taraf (Core) 13 CORE 3 4 4 3. Destek Plakası (Support Plate): Plakayı yüksek basınçlara karşı destekler. Opsiyoneldir, tek parça da yapılabilir. 4. İticiler ve İtici Plakaları (Ejector Pins & Ejector /Retainer Plates): Parçayı çıkaran itici pimler ve bu pimlerin bağlandığı plakalar. 13 Hareketli Taraf (Core) 14 CORE 5 6 5. Paraleller (Parallels): İtici plakasının hareketi için yeterli boşluğu sağlarlar. 6. Destek Sütunu (Support Pillar): Destek plakasının eğilmesini engeller. 14 7
31.01.2015 Hareketli Taraf (Core) CORE 15 8 7 7. Yolluk Çekici (Sprue Puller): Kalıp açılırken yolluğu da beraber çeker. Farklı yolluk çekici ve burcu tasarımları vardır. 8. Soğutma Kanalları (Cooling Lines): Plakada ve tercihen çekirdekte soğutma kanalları açılır. 15 Hareketli Taraf (Core) 16 CORE 10 11 9 9. İtici Yataklama Milleri (Ejector Guide Pins): İtici plakasını yataklar. 10. Geri Döndürücü (Return Pin): Kalıp kapanırken itici plakasını geri döndürür. 11. Bağlantı Plakası: Kalıbın makineye bağlanmasını sağlar. 16 8
Enjeksiyon Kalıbının Temel Fonksiyonları 17 1. Kalıbın Doldurulması (Mold Filling) (ENJEKSİYON SİSTEMİ) 2. Eriyik Plastiğin Donması (Cooling) (SOĞUTMA SİSTEMİ) 3. Eriyik Plastiğin Donması (Cooling) (SOĞUTMA SİSTEMİ) 1. Enjeksiyon Sistemi 18 Yanlış enjeksiyon sistemiyle kalıp gözlerinin dolumunda dengesizlik olur. 9
1. Enjeksiyon Sistemi 19 Yanlış enjeksiyon sistemiyle göz tam dolmayabilir. (Short Shot) 1. Enjeksiyon Sistemi 20 Yanlış enjeksiyon sistemiyle yüzey hataları oluşur. 10
1. Enjeksiyon Sistemi 21 Yanlış enjeksiyon sistemiyle istenmeyen yerlerde Soğuk Birleşme İzi (Weld Line) oluşabilir. Kozmetik hata ve düşük mekanik özelliklere neden olur. 2. Soğutma Sistemi 22 Yanlış soğutma sistemiyle çevrim süresi uzar. t sğt =%70.t çvr Enjeksiyon başlangıcı 3 Kalıp Doldurma 4 Ütüleme 5 Tutma Yolluğun donması Kalıp içi Çekme Kalıp Açma Kalıp Göz içi Basıncı 6 2 Soğuma 7 Kalıbın kapanması Çevrim süresinin ~% 70'i 1 Kalıptan çıkarma Plastikleştirme Zaman 11
2. Soğutma Sistemi 23 Yanlış soğutma sistemiyle homojen soğutma sağlanamaz. Çekme- Çarpılma problemleri, iç gerilmeler ve boyutsal hatalar oluşur. 3. İtici Sistemi 24 Yanlış itici sistemiyle dengesiz itilen parçada deformasyon, Parçayı kalıptan çıkamama, yüzeyde görünen izler, seri üretimde aksama gibi sorunlar yaşanır. 12
Plastik Enjeksiyon Kalıplarında Temel Kavramlar 25 KAÇ: Kalıp Ayrılma Çizgisi Kalıp Boşluğu (Kavite) Göz Sayısı Çekme (Shrinkage) Parça Eğim Açısı Ürün Yüzey Kalitesi İtici/Sıyırıcı Sistemleri Maça Sistemleri Radüs/Pah Feder/Atkı Yolluk Burcu Merkezleme Flanşı Merkezleme Kolonu Kalıp Havalandırma KAÇ: Kalıp Ayrılma Çizgisi (Parting Line) 26 Kalıbın iki yarısını ayıran hattır. Sabit ve hareketli kalıpların birleşme yüzeyini belirler. Bu hat, ürün üzerinde belli belirsiz bir çizgi halinde gözlemlenebilir. Düzlemsel, açısal, silindirik, eğrisel ya da daha karmaşık birleşik yüzey şeklinde olabilir. Parçanın kalıptan kolaylıkla atılmasını sağlayacak şekilde seçilmelidir. 13
Kalıp Boşluğu (Cavity-Core) 27 Kalıp kapandığında iki kalıp yarısı arasında, üretilecek parçaya şekil ve boyut olarak eşit bir boşluk oluşur. Bu boşluğa kalıp boşluğu veya kavite adı verilir. Kalıp, birisi sabit (cavity) ve diğeri hareketli (core) iki kalıp yarısından oluşmaktadır. Sabit kalıp enjeksiyon makinesinin sabit plakasına ve hareketli kalıp ise enjeksiyon makinesinin hareketli plakasına bağlanır. Kalıp ekseni ile makine ekseni tam olarak çakışmalıdır. Göz Sayısı 28 Bir baskıda kalıptan alınan parça sayısı, o kalıbın göz sayısı olarak ifade edilir. Gözler merkeze yakın ve simetrik olarak yerleştirilirler. Tüm gözler aynı anda dolmalıdır. Basınç kaybını ve kırma oranını azaltmak için akış uzunluğu en az olmalıdır. İki göz arası mesafe enjeksiyon basıncını taşıyabilecek ve su kanallarının geçişine izin verecek değerde olmalıdır. Oluşacak kuvvetlerin bileşkesi makine ekseninde ortaya çıkmalıdır. 14
Göz Sayısı 29 Dairesel Dizilim: Eşit akış uzunluğu sağlar, fakat göz adedi fazla artırılamaz. Seri Dizilim: Daha çok göz yerleştirilebilir, fakat akış uzunluğu eşit değildir. Kanal çaplarının farklı işlenmesi gerekir. Simetrik Dizilim: Eşit akış uzunluğu sağlar, fakat kırma oranı fazladır. Kalıpta Çekme (Shrinkage) 30 Plastik malzemenin kalıplama sıcaklığından oda sıcaklığına soğurken parça boyutlarında ortaya çıkan büzülmedir. Plastik malzemelerin termal genleşme katsayısı metallere nazaran daha yüksektir. Plastiklerde her 100 o C lik sıcaklık değişimine karşılık ortaya çıkan kendini çekme oranı % 0,1-2 seviyesindedir. Kalıp boşluğu boyutları, parça boyutlarından kendini çekme payı kadar daha büyük olmalıdır. 15
Parça Eğim Açısı 31 Kalıplanan parçanın, KAÇ ne dik olan tüm yüzeylerine belirli bir eğim açısı verilmelidir. Bu eğim açısı, kalıp açılırken parçanın sabit kalıpta kalmaması, itici vurduğunda ise rahatlıkla kalıptan atılabilmesi ve vakum oluşmaması için verilmektedir. Bu açının değeri 0,5-3 o kadardır. Federlerde ve derin detaylarda 5 o ye kadar çıkarılabilir. Ürün Yüzey Kalitesi 32 Ürün yüzey kalitesi kavitenin yüzey kalitesiyle yakından ilgilidir. Çok temiz ve parlak bir yüzey isteniyorsa: Sabit çekirdek lokması malzemesi olarak krom-nikel çeliği seçilmeli, Parlatma-polisaj işlemi uygulanmalı, Yollu izini saklayacak tedbirler düşünülmeli, Kalıp sıcaklığı kontrol altında tutulmalıdır. 16
İtici (Atıcı) Sistemleri Kalıp açılırken parçanın kalıpla birlikte açılmasını, kalıp açıldıktan sonra parçanın kalıptan atılmasını sağlar. Klasik pimli itici sistemi şu elemanlardan oluşur: 1) Yolluk çekici/itici pimler 2) Yolluk itici pimler 3) Parça itici pimler 4) Geri döndürücü pimler 5) Kılavuz pimler ve burçlar Klasik pimli sisteme ilaveten sıyırıcı plakalar ve havalı iticiler de kullanılmaktadır. 33 Maça Sistemleri 34 Parçanın iç bölgesindeki, kalıbın açılma doğrultusuna dik olan detaylar kalıbın açılmasına veya iticiyle parçanın kalıptan atılmasına engel olmaktadır. Bu nedenle maça adı verilen hareketli aparatların kullanılması gerekmektedir. Maça sistemleri şu şekillerde olabilmektedir: 1) Mekanik Maçalı Kalıplar 2) Hidrolik Maçalı Kalıplar 3) Pnömatik Maçalı Kalıplar 4) Elektro-mekanik Maçalı Kalıplar 5) Ayrık Maçalı Kalıplar 17
Radüs/Pah 35 Keskin köşeler plastik akışını zorlaştırır, basınç kaybına ve parçada iç gerilmelerin ortaya çıkmasına sebep olur. Köşelerde oluşan bu gerilmeler parçada çarpılmalara ve bozulmalara neden olur. Bu mahzurları önlemek için keskin köşelerin iç kısımlarında, parça et kalınlığının yarısı kadar radüs uygulanmalıdır. Dış radüslerin değeri iç radüs + parça et kalınlığı kadar olmalıdır. Feder/Atkı 36 Parçanın mekanik dayanımını artırmak için parça duvarlarına konulan atkılara (destek duvarlarına) feder adı verilir. Tek büyük feder yerine birden fazla küçük feder tercih edilmelidir. Feder kalınlığı parça et kalınlığının yarısı kadar olmalıdır. Feder yüksekliği parça et kalınlığının 3-5 katı kadar olmalıdır. 18
Yolluk Burcu ve Merkezleme Flanşı 37 Merkezleme Kolonu ve Burcu 38 19
Merkezleme Kolonu ve Burcu 39 Kalıp Havalandırma 40 Enjeksiyon sırasında kalıp boşluğuna yürüyen eriyik plastik, buradaki havayı süpürüp kalıp dışına atmalıdır. Normal olarak hava itici pim boşluklarından ve ayırma çizgisi kenarlarından tahliye olmaktadır. Ancak, kalıbın yüksek üretim hassasiyetinden ve yüksek enjeksiyon hızından dolayı havanın atılamaması durumunda, kalıbın en uzak köşesinde hapsolan havanın basınç ve sıcaklığının aşırı yükselmesi, parçanın bu bölgesinden eksik çıkmasına ve yanmasına sebep olur. Bu kusurun giderilmesi için havanın hapsolduğu bölgeye bir havalandırma kanalının açılması gerekir. 20
Kalıp Havalandırma Bu havalandırma kanallarının ölçüsü, eriyik plastiğin çapak oluşturabileceği sınır değerin altında olmalıdır. Çok kullanılan plastik malzemeler için tavsiye edilen havalandırma kanalı ölçüleri şu şekildedir: PA66 0,010 0,015 HDPE 0,015 0,020 ABS 0,035 0,060 SAN 0,035 0,060 POLİPROPİLEN 0,018 0,025 POLİSTİREN 0,030 0,060 POLİKARBONAT 0,050 0,075 ASETAL (POM) 0,015 0,020 AKRİLİK (PMMA) 0,060 0,078 41 Kalıp Havalandırma Tasarım sırasında havanın sıkışacağı kritik noktalar önceden tahmin edilerek veya deneme baskısında tespit edilerek bu noktalarda havalandırma kanalları oluşturulur. Havalandırma kanalının ölçüsü plastiğin akıcılığına bağlıdır. Akıcılığı düşük plastiklerde çapak oluşturma eğilimi az olduğundan havalandırmanın sağlanması daha kolaydır. Birden fazla giriş varsa birleşme noktasında hava sıkışması olacağından bu noktalarda havalandırma sağlanmalıdır. Düzgün çalışan bir kalıp birden havayı sıkıştırmaya başlıyorsa ilk akla gelen husus havalandırma kanallarının tıkanması olmalıdır. Genel yüzeysel temizlik yeterli olmuyorsa kalıp indirilerek kapsamlı temizlik yapılmalıdır. 42 21
Kalıp Havalandırma Yöntemleri 43 Birleşme Hattından Hava Tahliyesi, İtici Pim Boşluklarından Hava Tahliyesi, Standart Hava Tahliye Pimi Kullanılması, Hava Tahliye Lokması Kullanılması, Hava Atma Filtresi Kullanılması. Tek Gözlü ve Çok Gözlü Kalıpta Hava Tahliyesi 44 22
Havalandırma Kanalı, Derzi ve Lokması 45 Gaz Tahliye Pimi 46 23
Trapez ve Daire Kesitli Derz 47 Havalandırma Kanalı ve Derzi Boyutları 48 24
Kalıp Örneği: Düğme Grubu Kalıbı 49 49 Kalıp Örneği: Düğme Grubu Kalıbı 50 50 25
Kalıp Örneği: Düğme Grubu Kalıbı 51 51 Kalıp Örneği: Düğme Grubu Kalıbı 52 52 26
Kalıp Örneği: Düğme Grubu Kalıbı 53 53 Kalıp Örneği: Sinyal Penceresi Kalıbı 54 54 27
Kalıp Örneği: Sinyal Penceresi Kalıbı 55 55 Kalıp Örneği: Sinyal Penceresi Kalıbı 56 56 28
Renault Jant Kapağı Kalıbı 57 Toyota Jant Kapağı Kalıbı 58 29
Toyota Jant Kapağı Kalıbı 59 Fırat Boru Bağlantı Elemanı Kalıbı 60 30
İnterplast Boru Bağlantı Elemanı Kalıbı 61 Dizayn Boru Bağlantı Elemanı Kalıbı 62 31
Anatolia Fişek Diplik Kalıbı 63 Damlatıcı Kalıbı (Stack 48) - Beşok Kalıp 64 32
Damlatıcı Kalıbı (Stack 48) - Beşok Kalıp 65 Damlatıcı Kalıbı (64 göz) - Beşok Kalıp 66 33
Damlatıcı Kalıbı (64 göz) - Beşok Kalıp 67 Damlatıcı Kalıbı (64 göz) - Beşok Kalıp 68 34
Kalıp Örneği: Kova Kalıbı 69 Kalıp Örneği: Tabure Kalıbı 70 35
Kalıp Örneği: Enjektör Kapağı Kalıbı 71 Kalıp Örneği: Bardak Kalıbı 72 36
Kalıp Örneği: Şişe Kapağı Kalıbı 73 KAYNAKLAR 74 [1] Turaçlı, H.P., Enjeksiyon Kalıpları İmalatı, Pagev Yayınları, 2000. [2] Turaçlı, H.P., Enjeksiyoncunun El Kitabı, Pagev Yayınları, 1999. [3] Turaçlı, H.P., Enjeksiyon Hataları ve Çözümleri, Pagev Yayınları, 1999. [4] Akyüz, Ö.F., Plastikler ve Plastik Enjeksiyon Teknolojisine Giriş, Pagev Yayınları, 2001 [5] Şafak, D., Plastik Enjeksiyon Kalıp Tasarımlarının İncelenmesi ve Uygulamalı Tasarım Örneği, İTÜ-FBE, Yüksek Lisans Tezi, 2001. [6] Bucaklıgil, C., Plastik Kalıp Tasarım Esasları ve Uygulamalı Kalıp Tasarım Örneği, İTÜ- FBE, Yüksek Lisans Tezi, 1999. [7] Rees, H., Mold Engineering, Hanser, 1995. [8] Dubois, J.H., Pribble, W.I., Plastics Mold Engineering Handbook, 1987 [9] Uzun, İ., Erişkin, Y., Hacim Kalıpçılığı, MEB Yayınları, 1984. [10] Lee, N.C., Blow Molding Design Guide, Hanser, 1998. [11] Johannaber, F., Injection Molding Machines, Hanser, 1985. [12] Savaşçı, Ö.T., Uyanık, N., Akovalı, G., Ana Hatları İle Plastikler ve Plastik Teknolojisi, Pagev Yayınları, 2002. [13] http://www.umgabs.co.jp/en/index.htm [14] www.paralleldesign.com [15] www.megeb.gov.tr 37