Şubat 2006, İstanbul

Not: Orijinal olarak TurkCADCAM.net Dergisi 2. sayısı için hazırlanan bu makale, Haziran 2006'da EMO-Makine Market Dergisi'nde, Eylül 2007'de ise TurkCADCAM.net Portalında yayınlanmıştır.

 

Günümüzde birçok sektörde kullanılan plastik parçaların imal edilmesi diğer malzemelerden yapılmış parçaların imal edilmesine göre daha ucuz, daha hızlı ve daha kolay olmasına rağmen ürün çeşitli yönlerden değerlendirildiğinde her zaman aynı kararlılıkta olmadığı gözlenmektedir. Plastik parça imalatında ölçü standartlığı, estetik ve kalite yönünden kararlı bir üretimin sağlanması kolay ve her zaman mümkün olamamaktadır. Plastik parça üretiminde  kararsız parça yapısına sahip üretimin; yani her üretimde aynı özellik ve ölçülere sahip parça üretilememesinin birçok olumsuz etkileri zaman zaman çeşitli mühendislik uygulamalarında  görülebilir.

Deneme üretiminde kalite kontrol uzmanlarının üretimin devamı için onayladığı enjeksiyon makinasının baskı değerlerinin (enjeksiyon basma basıncı, mengene kapama basıncı, ütüleme basıncı, soğuma zamanı, enjeksiyon ocak sıcaklıkları, kalıp sıcaklığı vb.) her zaman kararlı bir parça üretimi için yeterli olmadığı bilinmektedir. Çalışma esnasında bu değerlerin çeşitli etkilerden dolayı değiştiğinde ürünün kalitesine olumsuz etkilerde bulunduğu uygulamada görülmektedir. [1]

Bu çalışmada, deneme üretiminde elde edilen optimum baskı değerlerinin baskı esnasında sensörler (algılayıcı) yardımıyla ölçülerek denetiminin nasıl yapılabileceği ve standart üretim kalitesine katkıları incelenmektedir. 

Bir plastik dişli üretiminde her zaman ölçülerin aynı olması istenir, fakat gerek hammadde akışkanlığının değişmesi, makine fonksiyonlarının farklılaşması gerekse enjeksiyon baskısının ve sıcaklıklarının değişimlerinden dolayı böyle hassas bir parça her zaman aynı kararlılıkta (estetik, ölçüsel veya fonksiyonel olarak) imal edilemeyebilirler. Plastik hammadde, plastik kalıbı ve enjeksiyon makinesi arasında bulunan ilişkiden dolayı bunlar gibi birçok problemler meydana gelmektedir.

2.1. Estetik Problemler

Çok gözlü kalıplarda her kalıp gözünün gerek estetik, gerek fonksiyonel gerekse ölçüsel olarak birbirlerinden farklılık göstermeleri, ürün kalitesine etki eder. Aynı zamanda hava şartları, hammaddenin özelliklerinin farklılığı (nem, sıcaklık), operatör özellikleri (değişiklikleri), helezon aşınması, voltaj düşmesi ile oluşan ısı değişiklikleri ve basınç farklılıkları bu farklılaşmaya büyük etkenlerdir.

Dolayısıyla kalıbın her kullanımındaki enjeksiyon makinesinin elektronik kumanda panelindeki set edilmiş değerlerinin aynı olması kalıptan çıkan plastik parçaların estetik, ölçüsel ve fonksiyonel farklılık göstermesini engelleyememektedir.

Plastik parçaların imalatı esnasındaki bu tür problemlerin ortadan kaldırılması için günümüzde çeşitli iyileştirme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu sebeplerden ötürü plastik kalıbının her baskısında ortaya çıkan parça veya parçaların ölçüsel, estetik ve fonksiyonel özelliklerinin aynı seviyede tutulabilmesi ve kararlı bir baskıya sahip olabilmesi için plastik kalıplarının enjeksiyon makinasında  optimum çalışma şartlarının çok hassas bir şekilde sağlanması gerekir.

Parçanın kalite parametreleri belirlendikten sonra bu parametrelerin (basınç,  sıcaklık ve zaman) operatörün inisiyatifinden alınarak, her baskıda  da tek tek  ve her bir kalıp gözü için, göz içerisinden hassas bir şekilde  ölçülüp, bilgisayar yazılımıyla diyagramları elde edilir. Bu değerler istenen seviyede tutularak  standart üretimin elde edilmesi sağlanmalıdır.

Plastik enjeksiyon kalıplarında bu optimizasyonun sağlanabilmesi kalıbın gözüne veya gözlerine yerleştirilen piezo elektrik sistemi ile çalışan basınç sensörleri ve sıcaklık ölçümünde kullanılan "thermocouple"lardan faydalanılır. [3]

Şekil 1.  Basınç-Sıcaklık Ölçüm Sensörü Kesiti

3.1. Kalıp Gözlerinde Kullanılan  Sensörler

Basınç ü ve "thermocouple"ların bir arada veya tek tek kalıp gözlerine ayrı ayrı yerleştirildikten sonra eriyik plastik malzemenin kalıp gözüne veya gözlerine yapmış olduğu basınç ve malzeme sıcaklıklarını basınç sensörü ve "thermocouple"larla ölçerek bu ölçüm değerleri amplifikatöre bir iletici kablo yardımıyla iletilir. [4]

Sıcaklık ve basınç değerleri amplifikatör tarafından birbirlerinden ayrıştırılarak yine aynı amplifikatör yardımı ile  küçük sinyaller işlenebilecek büyük sinyallere yükseltilerek bir veri dönüştürücüye (data converter) iletilir.
Bu veri dönüştürücüden (data converter) çıkan veriler özel olarak hazırlanmış bir bir yazılımla  bilgisayara ve oradan da enjeksiyon makinasının elektronik kumanda paneline bir iletici kablo ile taşınır. Bilgisayardan istenildiği zaman bu veriler grafikler şeklinde görüntülenebildiği ve saklanabildiği  gibi istenildiğinde de bir  yazıcıdan çıkış alınabilir. [5]

Bilgisayar ortamında elde edilen bu veriler ve grafikler, üretici firma tarafından yazılmış bilgisayar yardımı ile parametrik olarak bütün makina değerlerine bu  bulunan sonuçlara göre müdahale etmemize olanak sağlar. [6] 

3.2. Kalıp Basıncını Ölçme Sistemi Uygulamaları

3.2.1. Kalıp İçerisinden Direkt Basınç Ölçme

Şekil 2. Direkt Ölçüm İçin Sensörün Yerleştirilmesi

Direkt ölçme metodunda basınç sensörü kalıp gözü içerisindeki erimiş plastik ile herhangi bir pime ihtiyaç duyulmadan direkt temas halindedir. Bu sensörler bir adaptörlü parça ile veya adaptörsüz olarak bir yuvaya yerleştirilerek kalıba monte edilirler. Adaptörlü çeşidi üretici firma tarafından en küçük çapta imal edilir. Adaptörsüz sensörler ise kalıpçı tarafından dikkatlice ve doğru olarak takılmalıdır.

Genellikle birçok sensörde sensör yüzeyi, kalıbın çekirdeklerinin oluşturduğu yüzeylere temas eder ve böylece kalıbın içerisindeki en küçük basınç veya sıcaklık değişimlerini hassasiyetle algılar.

Şekil 3. Direkt Ölçüm İçin Sensörün Kalıp İçerisine Yerleştirilme Şekli

Avantajları

Alternatif basınç ölçme şekli itici pimlerinin arkasına yerleştirilen basınç sensörü ile ölçme yaparak bunu gerçek basınca yani enjeksiyon basıncına dönüştürerek yapılan ölçmedir. Endirekt ölçme sistemi yalnızca direkt ölçme  için kalıpta yer olmadığı zamanlar kullanılır ve sadece basınç hakkında bilgi verir. Sürtünmeden ve aşınmadan dolayı deforme olan itici pim ölçüm sonuçlarını maalesef olumsuz yönde etkiler ki bu ciddi bir etkidir. Özellikle kontrol ve izleme operasyonlarında direkt ölçme sistemi daha çok tercih edilen bir sistemdir.


Şekil 4. Endirekt Ölçüm İçin Sensörün Yerleştirilme Şekli

Avantajları

3.3. Sensörlerin Yerleşiminde Dikkat Edilmesi Gereken Temel Kurallar

Şekil 5. Basınç-Sıcaklık Sensörünün uygun şekilde yerleştirilmesi

1. Göz boşluğu basınç sensörü yolluk ağzına mümkün olabildiğince yakın yerleştirilmelidir. Çünkü o bölge kalıp içinde en yüksek basıncın bulunduğu yerdir. Yolluk ağzına yakın olan sensör proses hakkında daha fazla bilgi verecektir.

4. Kalıp göz basıncı ölçme sisteminin faydaları

Aşağıdaki diyagramda kalıp içerisindeki basınç eğrilerinin zamana bağlı olarak noktasal değişimleri bir enjeksiyon zamanı boyunca gösterilmiştir.

Şekil 6. Basınç/Sıcaklık - Zaman Grafiği

Diyagramdan da  görülebildiği gibi kalıp içerisinde oluşan basınç ve sıcaklıkların değerleri sensörlerle ölçüldüğünde daha gerçekçi ve kesin sonuçları vermektedir. Kalıp içerisindeki basınç değişimleri ve sıcaklık değişimleri süreç parametrelerinin incelenmesi gerektiğini gösterir. Kalıplanan parçadaki değişiklikler de bunların birer göstergesidir. Müdahale etmeye zorlayan Enjeksiyon hızı, Basınç sabitliliği, Enjeksiyon zamanı, kalıp sıcaklığı gibi  parametreler  vardır. [4]

4.2. Plastik Malzemelerin Zaman, Basınç Ve Sıcaklık Etkilerine Göre Kalıp İçerisindeki Hareketi

Şekil 7. Basınç-Zaman Grafiği

Şekil 8.  Amorf Yapılı ve Yarı Kristal Hammaddeler İçin Basınç- Zaman Grafiği [3]

Şekil 9: Plastiğin Kalıp İçerisindeki Hareketleri ve Sonuçları [4]

Tablo 1. Ergimiş Plastiğin Kalıba Enjekte Edilme Basamakları ve Sonuçları [4]

4.3 Ürün Kalitesine Etki Eden Faktörler Ve Etki Dereceleri

Çeşitli Alman makine imalatçıları kalıplama parametrelerinin hangisinin kalıplama sonunda  en yüksek etkileri olduğunu belirlemek amacıyla bir çok farklı kalıp üzerinde  incelemeler yaparak ve aşağıdaki sonuçlar elde etmişlerdir.

Tablo 2. Enjeksiyon Değişikliklerinin Parça Kalitesine Etkisi [6]

Bu sonuçlara göre iki ana düşünce açıkça kendini belli etmektedir. Ürün kalitesi için her şeyden önce en önemli olan faktörler  ince duvarlı parçalarda maksimum göz basıncı ve kalın duvarlı parçalarda ise uzun enjeksiyon zamanı ve enjeksiyon basıncıdır. [4]

5. Değerlendirme

Enjeksiyon kalıp baskı parametrelerinin denetimi ve kontrol edilmesi birçok faydaları neticesinde ürün kalitesini artırmaktadır. Ülkemizde yaptığımız araştırmalara göre yok denecek kadar az olan bu sistemlerin kullanımının akademik araştırmacıların yakından ilgilendiği bir konu haline gelmiştir. Bu sektörde hassas parçaların üretimini yapan kaliteli ürün yapan firmalarında maliyetleri dikkate alarak bu sistemleri kullanmaları gerekecektir.  Bu sistemlerin kullanımı plastik enjeksiyon makinaları imalatçılarının da makinelerini bu sistemlerle eş zamanlı çalışabilecek şekilde değişime uğratma zorunluluğunu getirebilecektir.

Kaynaklar