Makaleler

Plastik Malzemeler İçin Mühendislik Analizleri

Son yıllarda ülkemizde mühendislik altyapısı oldukça ilerledi. Bunun bir sebebi de Ar-ge merkezlerimiz ve ana sanayilerimizin dünya üzerinde söz sahibi olmaları ya da olma hedefi ile yola çıkmaları. Dolayısı ile analiz programlarının kullanımı da her geçen gün hedefler büyüdüğü için mecburiyet kazanıyor. Bu yazımda özellikle iki yıldır yoğun olarak kullanmaya başladığım ve çalıştığım firmalara da çok ciddi avantajlar yaratmamızda bize yardımcı olan mühendislik analiz programlarından moldflow analiz programı, plastik malzeme yapısı ve enjeksiyon baskı - hata ilişkisi hakkında detaylı bilgileri sizinle paylaşmak istiyorum.

Plastik malzemelerin sahip olduğu birçok olumlu özellikten dolayı, bu malzemelerden yapılmış ürünlerin hayatımızda kapladığı yer her geçen gün artmaktadır. Plastik malzemelerin önemli özelliklerinden bir tanesi de seri imalat yatkın olmalarıdır.
Plastikler uzun zincirli molekül yapısına sahiptir. Zincir yapıları lineer veya üç boyutlu çapraz şekilde olabilir. Bu bakımdan plastikler ‘Termoplastik’ ve ‘Termoset’ olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Genellikle lineer yapıya sahip olan plastikler olan termoplastikler kolay kalıplanabilirler, karışık şekiller alabilir ve yüksek darbe dayanımına sahiptirler. Termosetler ise daha iyi boyut kararlılığı, ısı dayanımı ve elektriksel özelliklere sahip olmakla beraber daha zor kalıplanabilirler. Bu nedenle termoplastiklerin kalıplanmasında enjeksiyon, termosetlerde ise baskı ve transfer yöntemi kullanılmaktadır.
Bir plastik enjeksiyon işletmesindeki en büyük sorun ise "enjeksiyon hataları" diye adlandırdığımız istenmeyen oluşumlardır. Bu hataların kaynakları çeşitli olmakla birlikte arz ettikleri önem genellikle iki kategoride toplanabilir. Birincisi ürünün kullanım yerinde veya süresince etkili olabilecek performansı ilgilendiren hatalar, ikincisi parçanın estetiğini ve satışını etkileyebilecek olan görsel bozukluklardır. Hataların kaynaklarının bilinmesi, oluşmuş bozuklukların gerek performans gerekse de görüntü yönünde ne denli önem taşıyacağının kestirilmesi ve ekonomikliğinde göz önüne alınmasıyla böylesi bir belirleme yapılmalıdır. Gereksiz bir titizlik kalıp, proses ve kalite kontrolde gereksiz maliyet yükselişlerine neden olabilir. Buna karşı bazı bozuklukların nelere mal olacağı düşünülmemiş ve önemsememiş ise bedeli ağır olabilir.

Hatalar çeşitli olmakla birlikte genellikle malzemeden, kalıptan, makineden, işletme düzeninden ve ürün tasarımından kaynaklanırlar.

Oluşabilecek imalat hataların bir kısmını;

- Eksik dolum
- Birleşme izleri
- Yanık izleri
- Akış izleri
- Pürüzlü yüzeyler
- Parçanın kalıptan çıkmaması
- Çapaklı ürün
- Çöküntü oluşumu
- Çarpılma
- Çatlama

olarak sıralayabiliriz.

Moldflow Program Kullanımı

Analiz programları sayesinde imalat sırasında oluşması muhtemel hatalar önceden belirlenebilirler. Plastik enjeksiyon işlemi sırasında plastik parçada oluşabilecek problemlerin genel sebepleri parçanın hacim dağılımı, buna bağlı olarak da akışkan plastik malzemenin bu hacim içerisindeki hareketinin karakteri ile ilgilidir. Kalıp içerisindeki boşlukta ergiyik plastiğin akışının simüle edilmesi birçok hata hakkında fikir verebilir. Oluşacak çarpılmalar ve fiber katkılı malzemelerdeki mukavemet dengesizlikleri konusunda da malzeme hareketini önceden görebilmek bizim için çok önemlidir.

Malzeme hareketini ve davranışlarını inceleyebilmek için doğru malzeme tanıtılmalı veya oluşturulmalıdır. Moldflow programı içerisinde 8799 kayıtlı termoplastik malzeme bulunmasına karşılık kullanıcı eğer istediği malzemeyi bu liste içerinde bulamaz isek mekanik, kimyasal ve termal özelliklerini girerek özel bir malzeme oluşturarak kullanabilir.
Moldflow kullanılarak yapılacak bir parça analizinde ilk olarak programın öngördüğü sıralama ile gidilirse ilerleyen safhalarda istenilen sonuçları görmede herhangi bir sorun oluşmaz.
 

- Design Adviser (Tasarım Yönetimi)
- Gate Location (Enjeksiyon Bölgesi)
- Molding Window (Kalıplama Penceresi)
- Fill, Pack, Sink, Warp Analysis (Dolum, Ütüleme, Çökme, Çarpılma Analizleri)
- Sprue, Gate and Runner System (Kalıp girişi, Parçaya girişi ve yolluk sistemi)
- Runner Adviser & Runner Balance (Yolluk yönetimi ve Yolluk Dengesi)
- Cooling System (Soğutma sistemi)

Yukarıdaki sıra doğrultusunda parça analiz işlemleri gerçekleştirildiğinde en uygun sonuçlar elde edilebilmektedir. Sırasıyla bu işlemlerin özellikleri;

1.Design Adviser (Tasarım Yönetimi)

Moldflow parçanın programa eklenmesinin ardından herhangi bir veri istemeksizin kullanıcıya bu analiz sonucu olarak parça duvar kalınlığını, kalıptan çıkma açılarını ve kalıptan çıkmaya uygun olmayan yüzeyleri sunar. Kullanıcı bu veriler ışığında parçasının kalıp içerisindeki durumunu öğrenir.

2. Gate Location (Enjeksiyon Bölgesi)

Parça üzerinde enjeksiyon noktası belirlemek parçanın plastik dolumu sırasındaki ve sonrasındaki durumu çok yakından ilgilidir.
Üretim süresinden gerekli enjeksiyon basıncının belirlenmesine içinde oluşabilecek hava boşluklarından kaynak çizgilerine kadar bir çok yapısal özelliklerini etkileyen önemli bir faktördür.

3. Molding Window (Kalıplama Penceresi)

Enjeksiyon noktası/noktaları belirlendikten sonra seçilen malzeme ışığında program gerekli olan kalıp sıcaklığını, eriyik plastik sıcaklığını ve enjeksiyon süresinin ne olması gerektiğini hesaplar.

4. Fill, Pack, Sink, Warp Analysis (Dolum, Ütüleme, Çökme, Çarpılma Analizleri)

Plastik eriyik dolum analizi sonundan parça içinde nasıl davranışlar gösteriyor. Enjeksiyon basıncı, kaynak çizgileri, hava boşlukları ve yüzeylerdeki sıcaklık değerlerinin nasıl değiştiği gibi önemli sonuçları belirler.

Baskı sırasında oluşacak akışkan birleşmeleri ve sonucunda meydana gelecek birleşme izleri de hem görsel açıdan istenmezler hem de mukavemeti düşüreceğinden tehlikeli olabilirler. Analiz programı içerisinde bu bölgelerin yerleri tespit edilebilir ve kalıp tasarımında yapılacak değişikler ile yok edilmeleri veya parçanın sorun çıkarmayacak bölgelerine kaydırılmaları gerçekleştirilebilir.
Bunun yanında program içerisinde bu analiz tipleri ayrı ayrı seçilerek de sonuçların görülebilmesi mümkündür. Ütüleme süresi ve ütüleme esnasında kalıp üzerinde kaç tonluk bir basınç oluşturulması gerektiği belirlenir. Parça üzerinde hangi bölgelerde çökmeler meydana geleceği ve hangi yönde ne kadar çarpılmaların meydana geleceği çökme ve çarpılma analizleriyle belirlenir.

Plastik parçalardaki en önemli sorunlardan bir tanesi de çarpılmadır. Analiz programları sayesinde çarpılma oluşacak bölgeleri, çarpılma miktarını ve daha da önemlisi çarpılmanın sebeplerini ve hangi sebebin en fazla etkili olduğunu kalıbı oluşturmadan önce öğrenebilir ve tasarımımızı bu yönde şekillendirebiliriz. Çarpılmaların sebebi dengesiz soğuma, fiber yönlenmeleri, geometrik problemler olabilir. Bunların çarpılmaya etki oranlarını ne kadar net görürsek problemi çözmek de o kadar kolaylaşacaktır.

Bu sonuçlar ışığında üretime başlamadan üretim esnasında nelerle karşılaşılabileceği ve ne gibi önlemlerin alınması üretimi kolaylaştırır ve parçanın kalitesini arttırır bunlara karar verilir.

5. Sprue, Gate and Runner System (Kalıp girişi, Parçaya girişi ve yolluk sistemi)

Parça tek olarak mı yoksa ürün ailesi oluşturularak mı kalıp içerisinde konumlandırılacak belirlendikten sonra kalıp için uygun bölgeden giriş bölgesi oluşturulur. Kalıp girişi belirlendikten ve enjeksiyon giriş noktası ve şekli belirlendikten sonra gerek program içerisinden otomatik olarak gerekse manuel olarak yolluk sistemi oluşturulur.

6. Runner Adviser & Runner Balance (Yolluk yönetimi ve Yolluk Dengesi)

Yolluk yönetimi analizi yapılarak oluşturulmuş olan yolluk sisteminin uygunluğu analiz edilerek uygun olmayan bölgelerdeki yolluk çapları ne olması gerektiği belirlenir. Yolluk dengesi de farklı hacimlerdeki aile yapılı çok gözlü kalıplarda dolumu dengelemek adına yolluk çaplarındaki farklılıkları belirlememize ve bu sayede aynı dolum süresi ve ütüleme imkanı ile parça kalitesinin artması sağlanır.

En önemli problemlerden bir tanesi de aile kalıplarında ve çok gözlü kalıplarda yollukların tasarımının yapılmasıdır. Sağlıklı bir baskı yapılabilmesi için plastik malzemenin kalıp boşluğu içerisinde dengeli bir şekilde yol alması ve kalıp boşluğunun her noktasındaki dolum işleminin aynı anda sonlanması gerekmektedir. Eğer kalıp boşluğu içerisinde dengesiz dolum gerçekleşir ise yapılmaya çalışılacak ilk müdahale enjeksiyon basıncını arttırarak plastiğin boşluğu tam doldurmasını sağlamak olacak, bu da gerekli kapama kuvveti ihtiyacını arttıracaktır. Bu yöntem sonunda ya çapaklı parça oluşacak ya da gereksiz derecede büyük enjeksiyon makinesinde baskı yapılması gerekecektir.

Bunu önlemek için basit bir analiz işlemi ile optimum yolluk boyutlarını tespit etmek yeterlidir. Yolluk çaplarında yapılacak ufak değişiklikler ile plastik akışı dengelenebilir ve dengeli bir plastik akışı sayesinde düzgün dolum gerçekleşir.

7.Cooling System (Soğutma sistemi)

Enjeksiyon işlemi sırasında parçanın ne kadar ve ne hızla soğutulması gerektiği enjekte edilen plastik malzemenin de özelliği gereği parçanın dinamik ve mekanik özelliklerini etkilemektedir. Analiz sonucunda soğutmanın ne derecede hem soğutma kanalında hem de parça üzerindeki etkileri Moldflow aracılığıyla belirlenebilmektedir.

Parçanın soğutulmasında verilmesi gereken kararlar; kanalların geometrisi, geçirilecek soğutma sıvısı cinsi, sıvı sıcaklığı, debisi… gibi birçok değişkenlerdir. Klasik yöntemler ile bu parametrelerin tümüne birden hakim olmak ve doğru sonucu bulmak imkansız değil fakat zaman alıcı bir işlemdir. Fakat analiz programı içerisindeki basit tasarım araçları sayesinde soğuma kanalı geometrisini belirleyebilir, kullanılacak sıvı cinsini seçebilir, sıcaklık ve debileri hesap işlemlerini yaptırabilirsiniz. Bu da, açılacak soğuma kanallarının sonuçlarını baştan görerek işleme başlandığı için imalat riskini minimuma indirecektir.

Sonuç olarak ;

Katma değeri yüksek ürünler üretmek istiyorsak moldflow analizi başta olmak üzere ileri mühendislik analiz programlarını kullanma alışkanlığımızı geliştirmeliyiz. Bugün evrensel rekabeti yakalayan bütün Türk firmaları analiz programlarını onlarca yıldır etkin bir şekilde kullanmaktadır. Rekabet için daha az hammadde kullanımı ve daha kısa sürede parçayı basacak plastik enjeksiyon kalıp tasarımını da tasarım sürecine dahil etmemiz şart. Başka türlü rekabeti yakalama şansımız yok. İşimizi mükemmel bir şekilde yapmalı ve doğru partnerlerle çalışmalıyız ki ülkemiz orta gelir tuzağından çıkabilsin. Firma olarak da rekabette öne geçip; sıçrama yapmak için artık vites büyütmeliyiz.

Bizler analiz programları sayesinde rakip ürünlerdeki benzer parçalardan %20-%40’lara varan malzeme tasarrufu ve %10-%20’lere varan çevrim sürelerinde kısalmalarla çalıştığımız firmalara gerçekten çok ciddi avantajlar sağlıyoruz. Bu bilginin paraya dönüşmüş halidir.