Plastik enjeksiyon kalıplarında soğutma sistemi esasları
1.Giriş
Günümüzde, plastik parçaların imalatında yaygın olarak kullanılan üretim yöntemlerinin başında plastik enjeksiyon yöntemi gelmektedir. Plastik enjeksiyon üretim yöntemi, granül halindeki plastik ham maddenin ısı etkisiyle eritilerek kalıplanması ve şekillendirilmesi prosesidir. Plastik enjeksiyon üretim yöntemi, yüksek hacimlerde karmaşık geometrilere sahip parçaların hızlı bir şekilde üretilebilmesi, düşük maliyet, ikincil işlemlere gereksinim duymama, değişik renk-yüzey ve geometrilerde parça üretimi, malzeme firelerinin çok düşük seviyede olması, düşük ölçü toleranslarıyla çalışabilme imkanı sağlamaktadır.
Plastik enjeksiyon üretim yöntemi, plastik parçaların ve ürünlerin imalatı için kalıp kullanımını gerektirir. Plastik enjeksiyon kalıpları, bir plastik parçanın üretim sürecinde en önemli bileşendir çünkü çevrim süresini ve ürünün kalitesini etkilemektedir. Plastik parçaların optimum özellikleri, yalnızca doğru kalıp sıcaklığı ve soğutma sisteminin verimli kullanımında elde edilebilmektedir.
Soğutma zamanı, plastik enjeksiyon çevrim sürecinde en önemli zamandır. Plastik malzemenin katılaştığı noktaya kadar, soğuması için gereken bir süredir. Soğutma aşaması enjeksiyonla aynı anda başlamaktadır. Çünkü eriyik enjeksiyon işleminin başından itibaren soğuk kalıp duvarı ile karşılaştığında soğumaya başlar. Soğutma süresi, iç malzeme yapısından etkilenir. Daha yüksek soğutma hızı, malzemenin içyapısını ve dolayısıyla mekanik özelliklerini iyileştirebilir. Bununla birlikte, daha uzun soğutma süreleri boyutsal kararlılığı artırabilir ancak döngü süresi üzerinde olumsuz etki yaratır [1].
Bir plastik enjeksiyon kalıplama işlemi sırasındaki soğutma süresi, toplam çevrim süresinin yaklaşık üçte ikisi kadardır. İyi tasarlanmış bir soğutma tasarımı, kalıplama süresini düşürebilir ve üretkenliği yüksek bir seviyede artırabilmektedir. Yetersiz soğutma sistemi tasarımı ise, kalıplama sürelerini uzatarak, üretim maliyetlerini de artırabilmektedir. Ayrıca kalıp sıcaklığının, ürünün büzülmesine (%kalıpta çekmesine), boyutsal kararlılığına, çarpılmaya, deformasyona, iç gerilmeye ve yüzey kalitesine büyük etkisi olmaktadır.
Özetlemek gerekirse kalıp sıcaklığı; mekanik özellikler, çekme, çarpılma, yüzey kalitesi ve çevrim süresi gibi unsurlar üzerinde temel etkiye sahiptir.
Genel olarak soğutma kanalları, delme veya frezeleme gibi kaba işlemlerle elde edilirler. Kaba işlenmiş iç yüzeyler, türbülanslı akışı arttırarak, daha iyi bir sıcaklık değişimi sağlamaktadır. Türbülanslı akış, türbülanssız akışa göre yaklaşık olarak 3-5 kat daha iyi bir soğutma performansı sağlamaktadır. Soğutma kanalları, kalıp boşluğuna (cavity) mümkün olduğunca yakın konumlandırılarak, birbirileri arasındaki merkez uzaklıkları da eşit tutulmalıdır (Şekil 2). Soğutma kanalları tasarlanırken, kalıp çeliklerinin mekanik dayanımı da göz önünde bulundurulmalıdır [4].
Homojen olarak tasarlanan soğutma sistemleri, parça üzerindeki artık gerilmeleri azaltmaktadır. Bunun sonucunda boyutsal doğruluğu ve kararlılığı koruyarak parça kalitesini iyileştirmektedir.
Kalıbın dolumu esnasında en yüksek sıcaklık erimiş kalıp girişindedir ve en düşük sıcaklıktaki erimiş plastik ise, yolluk girişinden en uzak noktadadır. Soğutma sıvısının sıcaklığı, bu kanallardan geçtikçe artar, bundan dolayı baskı esnasında eşit soğuma sağlamak için, kalıbın sıcak bölgelerine soğuk sıvı, parçanın soğuk bölgelerine sıcak sıvı girişi sağlamak gereklidir.
Özellikle parçaların köşe kısımlarında et kalınlıkları fazla olduğu için sıcaklık o kısımlarda daha yüksek değerlerdedir. Bu bölgelerin soğutulması için soğutma kanalları olabildiğince yaklaştırılmalıdır.
Literatürde soğutma kanal tasarımları ve yerleşimleriyle ilgili olarak üç farklı yaklaşım bulunmaktadır. Soğutma kanalı tasarım ölçüleri parçanın cidar kalınlığına göre değişim göstermektedir. Şekil 4 ve 5’de verilen ilk iki yaklaşımda 2 mm ile 6 mm arasındaki, Şekil 5 de ise değer yaklaşıma göre 1.5-6mm cidar kalınlıkları için önerilen soğutma kanal tasarımları verilmiştir.
Üçüncü yaklaşımda ise bir cidar kalınlık sınırlaması olmaksızın tavsiye edilen soğutma kanal tasarımları Şekil 6’da verilmiştir.
Plastik-Ambalaj Teknolojisi Dergisi 285.Temmuz-Ağustos sayısında yer alan makalenin tamamını okumak için https://pubhtml5.com/jbbh/cqvh/ tıklayınız.
Doç. Dr. Ahmet DEMİRER, Muhammet DAĞLI
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi , Teknoloji Fakültesi, Makine Müh.
