Ana sayfa   Sponsorlarımız:
         
     
Rapor - Makale > İmalat Teknolojileri > Geleceğin teknolojisi; Metalin plastik gibi şekillendirilmesi:

Dizayn İpuçları:

Genel olarak plastik ürünlerin imal edilmesinde kullanılan herhangi bir şekil veya form MIM teknolojisi için de kullanılabilmektedir. Fakat her iki halde de bazı sınırlamalar mevcuttur. İstenilen parça geometrisinin üretilmesini sağlayan araçlar enjeksiyon kalıplarıdır. Enjeksiyon erimiş halde bulunan malzemenin basınçla kalıp içerisindeki boşluğa (kavite) doldurulması işlemidir. Bir enjeksiyon kalıbı kabaca; parça formunu oluşturacak kalıp kavitesini (kavite sayısı birden fazla olabilir) taşıyan sabit ve hareketli plakalar, parça içerisindeki delik ve boşlukları oluşturacak maçalar ve pimler, malzemenin kalıba dolmasını sağlayacak yolluk sistemi, soğutma elemanları, parçanın kalıptan çıkarılmasını sağlayan çıkarıcı pimler ve kalıp hamillerinden meydana gelmektedir. Şekil.5 bir enjeksiyon kalıbının parçalarını göstermektedir.

Şekil. 5 - Bir enjeksiyon kalıbının çalışma prensibi

MIM parçalar için dizayn parametreleri; uniform cidar kalınlığı, boşluk ve deliklerin şekli, kalıp doldurma (enjeksiyon) noktasının konumu, çıkarıcıların yerleri, kenar ve köşe geçişleri, vida (diş) porifili, kalıp ayrılma hattı, dip/iç boşaltmalar ve kombine edilebilecek parça geometrileridir. Uniform cidar kalınlığı sinterleme esnasındaki çarpılmalardan kaçınmak için kritik bir faktördür. Farklı kesit kalınlıklarına sahip bir parçanın farklı çekme oranlarına sahip olması parçanın boyutsal olarak kontrol edilebilmesini zorlaştırır. Bu nedenle çeşitli boşaltma teknikleri uygulamak suretiyle hem malzemeden tasarruf edilmiş olunur, hem de homojen bir kesit yapısı teşkil edilebilir (Bak. Şekil. 6) .

Şekil. 6 - Uniform cidar kalınlığı sinterleme esnasındaki çarpılmalardan kaçınmak için kritik bir dizayn faktörüdür.

Malzemenin kalıba doldurulduğu noktaya enjeksiyon noktası (veya patlama noktası) denmektedir. İdeal durumda enjeksiyon noktası kalın kesitten ince kesite doğru kalıbı dolduracak şekilde yerleştirilmelidir. Malzeme akışı kalıp içerisindeki kavite duvarlarına ya da bir pime etki ederek gerçekleşmelidir. Tersi durumda katmer oluşumu, iç gerilimli topaklanmalar ve parça yüzeyinde akış çizgileri gibi istenmeyen olaylar meydana gelebilir. Günümüzde bir çok MIM parçası üretkenliğin arttırılması amacıyla birden fazla sayıda kavitesi bulunan kalıplarda basılmaktadır. Kavitelerin birbirleriyle idantik olmaları gerekmektedir. Ayrıca kalıp setine ait yolluk ve besleyici sistemi her bir kaviteye eşit miktarda malzeme akışını temin edecek biçimde tasarlanmalıdır. Enjeksiyon işlemi sonrasında parçanın kalıptan çıkarılması itici (veya çıkarıcı) pimler vasıtasıyla olur. Ayrıca derin delikler ve girintilerin yakalanması amacıyla kalıplara 0.5°- 2° arasında bir koniklik de verilebilmektedir. İtici pimlerin parça üzerinde minimum iz bırakmasını sağlayacak şekilde düzgün yapılması önemlidir. İç gerilmelere neden olması sebebiyle keskin köşe ve uç noktalarından kaçınılmalıdır. Mümkün mertebe büyük radyüs veya açı ile geçişler yapılmalıdır. Tipik olarak (iç veya dış) radyüs değerleri 0.4 mm 'den küçük olmamalıdır. Parçanın kalıptan çıkarılabilmesi için kalıbın birbirinden ayrılan parçaları üzerinde kavite çizgisi boyunca oluşmuş "ayrılma hattı" parça üzerine iz çıkarmaktadır. Bu nedenle kalıp plakalarının birbirleri ile tam uyumlu biçimde kapanması, parça üzerindeki çapak oluşumunu önlemek açısından gereklidir. MIM teknolojisinde dip boşaltmalar ve dış konikler çokça uygulanan dizayn opsiyonlarıdır. Bunlar kalıp maliyetini arttırarak enjeksiyon çevrimini uzatsa da O-Ring ve segman yuvaları gibi parça fonksiyonu açısından önemli olan geometrilerin elde edilmesinde yaygın şekilde kullanılır. Diş (vida) profilleri, efektif çapın altında teşkil edilen düz bir hat üzerine kalıp ayrılma çizgisinin yerleştirilmesi suretiyle direkt olarak enjeksiyondan çıkarılabilir (Bak. Şekil. 7).

Şekil. 7 - MIM Teknolojisinde dizayn opsiyonları

MIM Teknolojisinde Sınırlar:

Teorik olarak MIM teknolojisinde parça büyüklüğü ve geometrisi açısından bir limit yoktur. Ancak ekonomik açıdan bazı sınırlar mevcuttur. MIM teknolojisi göreceli olarak küçük (0.1-150 mm) ve hafif (0.05-200 gr) ancak diğer imalat yöntemleri ile üretilmesi zor veya pahalı olabilecek karmaşık şekilli, kompleks parçaların seri biçimde imal edilmesine uygundur. Parça büyüklüğünün artması, toplam parça maliyeti içerisinde önemli bir yer tutan ve pahalı olan hammadde miktarının artması anlamını taşımaktadır. MIM'de malzeme maliyeti parça ağırlığı ile doğrusal olarak artmaktadır. Örneğin talaşlı imalatta bu artış hızı MIM'e göre daha düşüktür. Diğer taraftan parça kesit kalınlıklarının artması ayrıştırma ve sinterleme işlemlerinin uzamasına dolayısıyla maliyetin artmasına neden olmaktadır. Günümüzün imkanları açısından maksimum kesit kalınlığı 10 mm 'dir.

Boyut Faktörü

Minimum
Önerilen
Maksimum
En Büyük Ölçü (mm) 0.1 5-50 150
Kesit Kalınlığı (mm) 0.1 1-7 10
Ağırlık (g) 0.05 0.5-50 200

Tablo. 1 - MIM Parçalar için büyüklük kısıtları

Yeni bir parça söz konusu olduğunda en fazla sorulan sorulardan biri de MIM teknolojisi ile elde edilebilecek ölçü toleranslarının ne olabileceğidir. Genel olarak kritik ölçülerde nominal değerin +/- %0.3 (binde üç) 'ü , ancak alt sınır olarak da +/-0.015 mm tolerans değerleri MIM parçalar için önerilmektedir. Uygulamada daha hassas tolerans değerlerine ulaşılabilen örneklere rastlansa da bunlar özel çalışmalardır. MIM parçalar için pratikte elde edilen toleranslar ISO tolerans sınıfları ile karşılaştırıldığında 3-35 mm arasındaki ölçülerde IT 10 sınıfı ile hemen hemen tam bir uyum görünmektedir. Daha küçük parçalarda MIM toleransları daha iyi, büyük parçalarda ise biraz daha geniş aralıkta yer almaktadır. Parça yüzey kalitesi açısından MIM ile sağlanan yüzey pürüzlük değerleri

Ra= 0.4-2 mikron arasında olup, kullanılan malzeme cinsine göre farklılık göstermektedir. Ancak yine de MIM parça yüzey kalitesi hassas döküme göre çok daha iyidir.

Toleranslar
En İyi
Genel
Nominal Ölçü +/- 0.015 mm +/- %0.3
Açı +/- 20' (dk) +/- 30' (dk)
Yoğunluk %99.7 %95
Yüzey Pürüzlüğü (Ra) 0.4 mikron 2 mikron

Tablo. 2 - MIM Parçalar için tolerans kısıtları

MIM ve Diğer Teknolojiler:

MIM teknolojisi karmaşık ve zor parçaların kaliteli bir biçimde ve yüksek miktarlarda üretilmesini gerektiren durumlarda diğer imalat teknolojilerine göre avantaj taşımaktadır. Yüksek yüzey kalitesi, dar ölçü toleranslarını karşılayabilme kabiliyeti, yüksek yoğunluk nedeniyle üstün malzeme mekanik özellikleri, seri imalata yatkın prosesleri, malzeme tasarrufu sağlayan dizayn ve imalat opsiyonları, çevresel faktörler ve geri dönüşüm açısından gelişmiş uygulamaları ve hepsinden öteye maliyet avantajı MIM teknolojisinin diğer üretim metodlarına göre başlıca üstünlükleridir.

Şekil. 8 - İmalat Teknolojilerinin Parça Karmaşıklığı ve Üretim Miktarı Parametreleri Açısından Uygulama Alanları

Şekil 8, parça karmaşıklığı ve üretim miktarları açısından imalat teknolojilerinin optimum çalışma alanlarını göstermektedir. Düşük ve orta karmaşıklık derecesine sahip parçaların 10.000 adet civarına kadarki üretimlerinde talaşlı imalat metodu avantajlı görünürken, bu tip parçalarda adedin yükselmesi durumunda ve malzeme mekanik özelliklerinin yeterli olması halinde toz metalürjisi üstünlük taşımaktadır. Orta karmaşıklık derecelerinde ve yüksek miktarlarda basınçlı döküm yöntemi bir seçenek oluşturmaktadır. Parça karmaşıklığının artması ve kompleks şekillerin söz konusu olmasıyla birlikte pratikte hassas döküm teknolojisi kendini göstermeye başlamaktadır. Ancak burada da üretim miktarı açısından hassas döküm metodu 10.000 adet civarına kadar üstünlüğünü koruyabilmekte, yüksek üretim hacimlerinde maliyet avantajını koruyamamaktadır. Bu bölge için sadece MIM teknolojisi ihtiyaçlara cevap verebilen tek seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır. Maliyet açısından bir değerlendirme yapıldığında da orta karmaşıklık derecelerine kadar sadece toz metalürjisi parçaların MIM'den ucuz kalabildiği diğer teknolojilerin MIM'den pahalı olduğu görülmektedir. Ancak toz metalürjisi de kompleks parçalara doğru geçtikçe parça formunu oluşturmada yetersiz kalması nedeniyle devre dışı kalmaktadır (Bakınız Şekil-9). İmalat teknolojilerinin çeşitli parametreler açısından karşılaştırılması Tablo. 3 'de verilmiştir.

Şekil. 9 - Üretim Maliyetlerinin Parça Karmaşıklığına Göre Karşılaştırılması

 

Karakteristik

MIM
Hassas Döküm
Geleneksel Toz Metalürji
Talaşlı İmalat
Yoğunluk
97%
100%
85%
100%
Uzama
Yüksek
Orta
Düşük
Yüksek
Çekme mukavemeti
Yüksek
Yüksek
Düşük
Yüksek
Sertlik
Yüksek
Yüksek
Düşük
Yüksek
Karmaşık parça üretim kabiliyeti
Yüksek
Orta
Düşük
Orta
Yüzey kalitesi
Yüksek
Orta
Orta
Yüksek
Maliyet
Düşük
Orta
Düşük
Yüksek
Üretim miktarı
Yüksek
Orta
Orta
Düşük

Tablo. 3 - İmalat Teknolojilerinin Çeşitli Parametreler Açısından Kıyaslanması

         
     
TurkCADCAM.net > Türkiye'nin yeni ürün tasarım, geliştirme, CAD/CAM/CAE, CNC, kalıp ve imalat teknolojileri portalı
***** Sektörün profesyonel bilgi ve işbirliği platformu *****
© 2002-2017  Sinerji Yayıncılık, Tanıtım ve Danışmanlık Hizmetleri
Bu portaldaki içerik, ancak kaynak belirtilmesi ve izin alınması şartıyla yayınlanabilir.