Plastikler 1800’lü yılların sonunda hayatımıza giren yeni malzemeler olsa da, üstün özellikleri sayesinde, plastik üretimi hızla artarak endüstriyel uygulamalarda her geçen gün daha önemli bir yer işgal etmektedir. Günümüzde plastikler; tıp, havacılık, otomotiv, elektrik-elektronik sanayisinde yoğun olarak ve birçok teçhizat yapımında kullanılmaktadır. Ergiyik plastiğin içerisine talaş, baryum, cam, mika, metal tozu vb.
birbirinden farklı özellikte malzemeler konularak, her defasında yeni bir polimer üretimi sağlanabilmektedir. Plastik malzemeler çok geniş bir yelpazede üretildiğinden, bu malzemelerin her birini işlemek için yeni imalat ve tasarım yöntemi zamanla ortaya çıkmıştır. Bu yöntemlerin çıkış amacı en kısa sürede, en az maliyetle kaliteli ürünler üretmektir. Bir ürünün kalitesi sadece iyi bir imalat yöntemi seçmek ve uygulamak ile mümkün olmaz. Bazı bilim adamları ve malzeme uzmanları, geniş uygulama potansiyelinden ötürü, yaşadığımız çağı ‘Plastik Çağı’ olarak kabul eder. Plastiğin sahip olduğu bu potansiyel tasarımcıların bu alana daha çok ilgi duymasını sağlamış ve böylece de plastik teknolojisi daha fazla gelişmiştir. Şekil 1.1 ’de plastik granüller görünmektedir.
Şekil 1.1. Plastik granüller [1]
Önceki yıllarda kalıp tasarımı, geleneksel yöntemler ve teknik resim kuralları dikkate alınarak yapılırken, son birkaç yıldır gelişen CAD programları ile daha hassas ve hızlı
tasarımlar yapılmaktadır. Resim elle çizildiğinde olası birçok hatanın yanında daha büyük tolerans aralığı söz konusu olmaktaydı. Bu eski sistem maharetli ve yüksek el becerisine sahip teknik elemanlarca yürütülürken aynı işlem/işlemler yeni programlar ile daha kolay ve hızlı yapılabilmektedir. Üretim öncesi ürün hakkında tahmin ve öngörü sahip olmayı mümkün kılan yeni sistemler ile malzeme israfı önlenmekte ve maliyetler azaltılabilmektedir. Tasarlanmış olan ürünlerde değişiklik yapabilme özelliği ve bu işlemin montaja yansıtılması, çizim ölçeğini değiştirebilme vb. özellikler programların önemli avantajları arasındadır. Günümüzde bilgisayar destekli tasarım, imalatçılar tarafından da kabul görmüş ve program üreticileri her yıl yeni özelliklere sahip programları kullanıcılara sunmuşlardır. Bu çalışmada bilgisayar yazılımlarıyla tasarımı yapılan plastik bir parçanın kalıplanıncaya kadar olan bütün aşamaları detaylı olarak incelenmiş ve kalıplama ile ilgili bir bilgi panosu oluşturulmuştur. Bunları sağlayan programları CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım), CAM (Bilgisayar Destekli İmalat), CAE (Bilgisayar Destekli Mühendislik) olarak 3‘e ayırmak mümkündür. Bu üç destek program yaklaşımı; parçayı modelleme, enjeksiyon aşamasında makinaya girmeden önce analiz etme ve işleme sonrası malzemenin biçim ve durumu ile ilgili veriler sağlayarak imalat sürecini olumlu etkilemiştir. Genellikle CAD programı olarak Auto-Cad, Unigraphics, Solidwork, Pro-Engineer vs. kullanılarak parça modellemesi yapılıyorken, CAM programı olarak Mastercam, Solid-Cam, Catia-Cam vb. programları ile parça sanal olarak işlenecek ve CNC tezgahlarında imali gerçekleştirilecektir. Şekil 1.2 ’ de enjeksiyon kalıbı kesiti gösterilmiştir.
Şekil 1.2. Enjeksiyon kalıbı kesit görünüşü [2]
Şekil 1.3. Otomobil parçası kalıbı [3]
Enjeksiyon kalıplama yöntemi plastik parça üretiminde kullanılan en sorunsuz ve önemli yöntem olarak kabul edilir. Bu yöntem hammaddeyi tek bir işlem sonucunda ürüne dönüştürdüğü için kütle üretimine uygundur. Enjeksiyon yönteminin en önemli
avantajlarından birisi, parça geometrisi ne kadar karmaşık olursa olsun ikinci bir işleme ihtiyaç duyulmadan sonuca ulaşmadır. Enjeksiyon kalıbı kalıplanacak parça ölçülerine uygun kavite içerisine, ergitilmiş granülün enjekte edilmesi ve soğutulmasını sağlayan sistemdir. Enjeksiyon makinesinde termoplastikler kalıplanırken kovan içerisindeki granüller, dışarıdan rezistanslar yardımıyla ısıtılarak ergitilir ve kalıp içine açılan boşluğa enjekte edilir. Kalıba enjekte edilen ergimiş reçine, kalıp açıldığında birdenbire soğuk hava ile temas ederse çatlama olacağı için, soğutma işlemi kalıp içerisinde başlar. Kalıp içerisine soğutma kanalları açılarak kanallarda su sirkülasyonu yapılır. Soğutma kanallarında çoğunlukla su kullanılır, ancak bazı durumlarda bazı sıvı ve gazlar kullanılabilir. Bir enjeksiyon makinesinin en önemli elemanlarından biri kalıptır. Şekil 1.3’te bir otomobil parçasının enjeksiyon kalıbı gösterilmiştir.
Şekil 1.4. Enjeksiyon kalıbında dişi ve erkek plaka [4]
Yukarıdaki Şekil 1.4’te bir enjeksiyon kalıbının en önemli parçaları olan dişi ve erkek plaka ürün ile birlikte gösterilmiştir.
Kalıbın esas görevleri:
Eriyik granülün tüm kalıp boşluklarına homojen dağılımını sağlamak,
Eriyik granüle son şeklini vermek,
Malzemenin düzgün bir şekilde soğutulmasını sağlamak,
Ürünün rahatça dışarı çıkarılmasını sağlamaktır.
Şekil 1.5. Enjeksiyon kalıbı [5]
Kalıpların yukarıdaki görevlerini yerine getirmek için şu özelliklere dikkat edilmesi gerekir:
İşlenen malzeme
Kalıbın temel tasarımı
İtici sistemi (Şekil 1.6)
Yolluk sistemi (Şekil 1.7)
Kalıp boşluğu sayısı
Kalıp büyüklüğü şeklinde sıralanabilir.
Parça geometrisini oluşturan kalıp boşluğu iki temel parçadan oluşur.
1. Erkek (Core) Kalıp 2. Dişi (Cavity) Kalıp
Şekil 1.6. Enjeksiyon kalıbında itici sistemi
Şekil 1.7. Enjeksiyon kalıbında yolluk sistemi
Plastik enjeksiyon kalıplarıyla hurda malzeme miktarı minimum düzeye indirilmekte, çok düşük toleranslı işleme sağlanmakta, çok büyük hacimli iş parçaları tek bir işlem basamağı ile yapılabilmekte, plastik ürün içerisine ek parçalar koyulabilmekte, işçilik ve parça maliyeti düşürülmektedir.
Bu tez kapsamında CAD programlarından SolildWorks 2010 tasarım programı kullanılarak
‘Koltuk Tekerleği’ tasarımı yapılmış, malzeme seçimi ve tekerleğin sahip olması gereken tasarım özellikleri detaylı anlatılmıştır. Bu tezin amacı enjeksiyon kalıp tasarımı ile ilgili kaynak, bilgi ve tecrübe eksikliği alanındaki boşluğu gidermeye çalışmaktır. Tez yazım sürecinde bu alanda önemli bir kaynak eksikliği olduğu belirlenmiş ve böylece de değerli bir konu seçildiği gerçeğini ortaya koymuştur. Tez yazımının diğer bir amacı ise kalıplama işleminin kısa sürede yapılabildiğine ışık tutarak, tasarım sürecini adım adım anlatmaktır.
Şekil 1.8.’de bir enjeksiyon kalıbının montaj hali gösterilmiştir.
Şekil 1.8. Enjeksiyon kalıbının montaj hali [6]