> Anasayfa > Haberler > Plastik Kalıpçılığı > 3d Şişirme İle Kalıplama Metodu
Dil Seçimi
Anket
Aktif Anket Yok!
Kimler Online
US 3.209.x.x
Unknown 151.80.x.x
3d Şişirme İle Kalıplama Metodu

Şişirme kalıbı; içi boş plastik eşyaların (şişe, bidon, tüpler, tanklar, kavanozlar, yakıt depoları vb gibi) üretiminde kullanılan, iki parçalı olup şişirilecek eşyanın dış hatlarını oluşturan boşluğu içeren, demir, çelik, alüminyum, çinko alaşımlı malzemelerden yapılmış hassas seri üretim araçlarıdır.

Bu çalışmada şişirme kalıplama metotları, şişirme kalıplama makinesi, makine çalıştırma koşulları, şişirme kalıplama reçinelerinin işlenmesi, kalıp tasarımı gibi prosesler hakkında bilgi verilmiştir.



Enjeksiyon şişirme makinesinin hunisine konulan plastik hammadde ekstrüder tarafından eritilir. Daha sonra bu eritilmiş plastik, plastik kalıbı aracılığıyla tüp şekline getirilir. Bu plastik tüp parison olarak adlandırılır.

Ekstrüzyon şişirme kalıbında ise parison ekstrüzyon dişisinden şekillendirilir. Erimiş malzeme ekstruderden ekstrüzyon yönüne göre  yataydan dikeye değiştiren bir adaptöre akarak yerçekiminin parçaya homojen etki etmesi sağlanır.

Bütün şişirme kalıplama prosesleri 3 aşamadan oluşmaktadır:

1. Termoplastik reçine taneciklerinin  plastikleştirilmesi

2. Ön biçimin elde edilmesi (enjeksiyon şişirme kalıplama durumunda ekstrüde edilmiş bir tüp veya “parison”, ekstrüzyon şişirme kalıplama durumunda ise enjeksiyon kalıplı bir “parison”).

3. Bir şişirme kalıp içerisinde parisonun şişirilmesi (genellikle hava ile). Bunu, kalıptan çıkarma ve parça çapağını alma işlemi takip etmektedir (1).

2- ŞİŞİRME KALIPLAMA PROSESİNİN TANIMLANMASI

2.1.  Sürekli ekstrüzyon makineleri

Bu proseste ekstrüder vida, başlıktan sarkan dikey bir “parison” elde etmek için tanecikleri plastifiye edip reçine eriyiğini başlık ve kalıp içerisine pompalayarak aralıksız çalışmaktadır. Parison gerekli uzunluğa ulaştığında kalıp bunun çevresine kapanır ve tam o sırada parison kesilir. Bu sırada, bir sonraki parison ekstrüde edilir. Parison et kalınlığı ve bundan doğan parça et kalınlığı, ekstrüzyon prosesi sırasında kalıp boşluğunu ayarlamak için hidrolik yoluyla çalışan çok noktalı bir “parison programlayıcı” ile kontrol edilmektedir (1.2).

2.2.  Akümülatör başlık makineleri

Sürekli ekstrüzyon prosesi, parisonun her bir kalıp devrinin komple uzunluğu boyunca yük altında sarkması gibi doğasında mevcut bir dezavantaja sahiptir. Bu durum, özellikle uzun kalıplamalar için reçinede oldukça iyi eriyik dayanımı gerektirir (1).
Akümülatör başlığın sisteme yerleştirilmesi ile yeterli miktarda reçinenin birikmesi mümkün olabilmektedir. Akümülatör başlık makinesi, uzun parçalardaki parison gerilmesinin etkilerinin en aza indirgenmesinde ve yarı kristal mühendislik reçinelerinin kalıplanmasında (bu malzemelerin sürekli ekstrüzyon makinelerinde kalıplanan parison yüzeyinin hızlı soğutulması veya oksitlenmesinin sorun yaratabileceği durumlarda) faydalı olabilir (1.2).

2.3.  Co-ekstrüzyon ve ardışık 3-D şişirme kalıplama

Co-ekstrüzyon şişirme kalıplama, tabakalarda bulunan iki veya daha fazla sayıda uygun reçinenin kalıplama duvarı içerisinden anında ekstrüzyonunu gerektirir. Bu nedenle çoklu ekstrüderlere gereksinim duyulur (1.2).

Geleneksel şişirme kalıplama proseslerinin en büyük dezavantajı hava kanalları gibi 3 boyutlu uzun dar parçaların şişirme kalıplamasında aşırı fire vermeden ve kalıp kapanma hatlarında istenmeyen çizgiler oluşmadan ideal sonucu vermemesidir. Bu gerçek, aslında benzer sonuçların sağlanması için 3 farklı sistemi tanımlayan sözde “3-D” şişirme kalıplama proseslerinin geliştirilmesine yol açmıştır. 3-D prosesleri, bir tek kalıplamada sert-yumuşak kombinasyonlar (bakınız şekil 1) ortaya koymak için genellikle ardışık şişirme kalıplama ile birleştirilirler (1.2).

2.3.1 “Laydow” prosesi

 “Laydow” prosesi ( şekil2 ) ile ortaya çıkacak parisonun, ekstrüder başlık ve kalıbı tamamen hareket ettirerek yada alternatif olarak kalıp yarısını hareket ettirerek kalıp boşluğunu izlemesi sağlanacak biçimde yatay biçimde sabitlenmiş bir kalıp yarısının üzerine dikey biçimde ekstrüde edilir. Üst kalıp yarısı alt kalıp yarısının üzerine kapanıp parisonun bir şişirme pimi kullanılarak tamamen şişirilmesine kadar geçen süre içerisinde parison yıkılmasını engellemek amacıyla hava desteği ile kısmen şişirilmiş şekilde tutulur (1.2).

2.3.2. “Parison işleme” prosesi

Bu teknik, geleneksel şişirme kalıplama (genellikle akümülatör başlık) prosesinden doğmuş bir tekniktir (ekstrüde edilmiş parisonun robotlar kombinasyonu ile ‘işlenmesi’ ve 3-boyutlu kalıp boşluğuna oturtmak için kalıp parçalarının hareket ettirilmesi). Parison genellikle, bir robot “yakalayıcı” ile dişi kalıptan çıkartılır ve şişirme pimi üzerine veya (ardışık iğne-şişirme durumunda) çok parçalı kalıbın tek parçası içerisine yerleştirilir. Birtakım “laydown prosesi” sorunlarının baş göstermesi ihtimaline rağmen bu proses genellikle yarı-kristal mühendislik polimerleri için daha uygun görünüyor (1).

2.3.3. 3D “Emiş” prosesi

3D “Emiş” prosesinde (şekil 3) ise basit bir akümülator başlık makinesi üzerine bağlı bir hava emiş aygıtı ile kalıp boşluğunun alt ucunda vakum uygulanırken kapalı kalıbın üst bölgesinde bir delik açılarak boşluğa parison ekstrüde edilir. Bu emiş parisonun çekilmesine yardımcı olur ve kalıbın alt ucuna ulaşmasına dek parisona kılavuzluk eder. Bu noktada, kalıbın merkezinde bulunan bir şişirme pimi kullanılarak veya parisonun herhangi bir noktasından geçirilen bir pim aracılığıyla parison şişirilir. Bu proses, özellikle parça uzunluğu boyunca çap veya kesit büyüklüklerinde önemsiz değişikliklerin yaşandığı bilhassa küçük çaplı hava kanalları veya borular için uygundur (1).

2.4. Enjeksiyon şişirme kalıplama

Enjeksiyon şişirme kalıplama (IBM) paketleme endüstrisinde sıkça tercih edilen bir prosestir (örneğin; hızlı devir zamanlarında küçük bidonların yüksek hacimli üretiminde). Bununla birlikte, aynı nedenlerden dolayı mühendislik reçinelerindeki küçük teknik kalıplamalar için de uygundur. Bu proses, boyut ve toleransların daha doğru biçimde kontrol edilmesi gibi bir avantaja sahiptir. Söz konusu prosesin mühendislik reçineleri için kullanıldığı yer HYTREL® polyester elastomerlerde sabit hacimli parçalı ayakların kalıplanmasıdır (1).

3- ŞİŞİRME KALIPLAMA MAKİNESİNDE  ÖNEMLİ HUSUSLAR

3.1. Vida ve kovan tasarımı

Birçoğunun yüksek enerji gereksinimi duymasından ötürü mühendislik reçineleri için vida tasarımı oldukça önemlidir. Bu, genellikle yüksek L/D oranına (uzunluğun çapa oranı) sahip bir aşamalı vida basıncının önerildiği anlamına gelir. Sabit bir proses, yüksek kapasite ve homojen eriyik elde edebilmek için vidanın ideal olarak 2,7 ile 3,5:1 (besleme bölgesi derinliğinin ölçme bölgesi derinliğine bölünmesi ile bulunur) arasında değişen bir basınç oranına sahip en az 24’lük bir L/D’ ye sahip olması gerekir. Kısa vidalar homojen olmayan bir karışım verebilir ve yanlış sıkıştırma oranları eriyiğin aşırı ısınması, dalgalanma veya hava kabarcıkları gibi sorunlara neden olabilir. (1).

3.2. Manifold/adaptör tasarımı

Vidanın en ucu ile başlık girişi arasında yer alan eriyik akış kanalları, en iyi akış verimliliğinin sağlanması ve duvardaki reçine tıkanıklığını en aza indirgeyecek yeterli yüksek hızın elde edilmesi için dikkatli biçimde tasarlanmalıdır. Yavaş akış veya tıkanma noktaları zamanla kısmen temizlenebilecek jel ve tortu ile sonuçlanan polimer bozunmasına yol açabilir. Uygun bir manifold tasarımı bu problemleri önleyecektir (1).

3.3. Akümülatör ve sürekli ekstrüzyon başlık tasarımı

3.3.1. Akümülatör başlık tasarımı

Akümülatör başlık “ilk giren ilk çıkar” tasarımı olmalıdır. Akış kanallarında yaşanacak malzeme tıkanması durumları daha uzun termal sıcaklıklara maruz kalma süresi ile sonuçlanacaktır ki bu malzemeyi çürütebilir. Ayrıca akümülatör başlığının yeniden birleşme kısmı, akışların ayrılıp daha sonra tekrar birleştiği yerlerde parisonun yeniden birleşme dayanımını iyi sağlamalıdır (1).

3.4. Başlık takımı tasarımı

Başlık takımı tasarımı parison Çapı, şişme (kalınlık ve çapın artması), parison et kalınlığı, parison yüzey kalitesi gibi birkaç parison özelliğini etkileyecektir (1).

3.5. Parison frezeler

Makine türüne bağlı olarak sıcak parisonu kesmek gerekebilir. Parisondaki cam liflerin ekstra katılığının yol açabileceği hasar veya kırılmaların önlenebilmesi için sıcak bıçağın iyi bir şekilde takviye edilmesi gerekebilir (1).

3.6. Kalıp mengene kuvveti

Mengene kuvveti planlanan parça alanının 75-225 N/cm2’si ve gerektiğinde uzunluğunun 500-5000 N/cm’si olacak şekilde kalıplar tasarlanmalı ve makineler seçilmelidir. Alüminyum kalıpların ve gerekli kısımlarının işlenmesi sırasında düşük basınçlara gerek duyulabilir. Basınç gereksinimleri aynı zamanda sıkıştırma ihtiyacı, çapak boşluğu ve kalıp boşluğu tasarımları ve parison et kalınlığı gibi ayrıntılara bağlıdır (1).

3.7. Sıcaklık kontrolü

Şişirme kalıplama makinesinde uygun sıcaklık kontrolü oldukça önem arz etmektedir. Eriyik sıcaklığı atıştan atışa değişiklik göstermemelidir; aksi takdirde tutarsız parison eriyiği dayanımı parçada et kalınlığı farkları yaratabilir. Başlık  içerisinde veya silindir ile başlık  arasında bulunan bağlantı bölgelerinde ısıtılmamış geniş metal alanları bulunmamalıdır. Herhangi bir “soğuk nokta”, katılaşması nedeniyle yarı kristal mühendislik reçinelerinin işlenmesi sırasında soğuk kabuk veya tıkanmalarla sonuçlanacaktır (1).

Uygun kontrol ve gözlemin sağlanabilmesi için her ısıtma bölgesine uygun alarm ve otomatik kapanabilen ampermetrelerin yerleştirilmesi önerilir (1).

3.8. Kalıp ilavelerin birleştirilmesi

Metal veya plastik parçaların bazen her bir şişirme-kalıplama devri öncesinde kalıbın içerisine önceden doldurulması gerekir (1).
Metal ilavelere gelince, bunlar genellikle şişirme devri sırasında şişirme kalıplanan parça içerisine mekanik olarak tutturulurlar veya adezyonu (kaynaşma,yapışma) arttırmak için önceden uygun bir bağlama aracı ile kaplanabilirler. Plastik ilaveler, şişirme kalıplı parça gibi aynı (veya en azından uyuşabilir) reçineden yapılmalıdır. Şişirme kalıplama işlemi sırasında bağlamayı sağlamak için ilavelerin bir fırın içerisinde ön ısıtmaya alınması gerekebilir (1).

3.9. Kalıp sıcaklık kontrol üniteleri

Kalıp sıcaklıklarını önerilen ayarlarda tutmak için uygun soğuk su veya bazı durumlarda sıcak su veya yağ sistemleri kullanılmalıdır (1.2).

4- MAKİNE ÇALIŞTIRMA KOŞULLARI

4.1. Kovan sıcaklıkları

İyi bir proses gerçekleştirebilmek için şişirme kalıplama makinesinde korunması gereken en uygun eriyik sıcaklıkları vardır. Bu sıcaklıklar, kovan/vida ucunda mükemmel bir şekilde sağlanmalıdır; böylece sonraki sıcaklık kontrol bölgeleri (adaptör, başlık vb.), sadece erimiş reçine başlık içerisinden kalıba geçerken (ısıyı arttırıp düşürmeksizin) onu aynı sıcaklıkta tutmak için kullanılmaktadırlar (1).

Vidanın ucunda istenilen eriyik sıcaklığına ulaşabilmek için genellikle kovan sıcaklıklarını en uygun eriyik sıcaklığının altında, 5-15 C arasında ayarlamak gerekir (böylece vida kaymasından kaynaklanan bir miktar aşırı ısınmaya karşı önlem alınmış olunur) (1).

4.2. Akümülatör sıkıştırma basınçları ve hızları 

Sıkıştırma basınçları makine tasarımı ve emniyet hususları ile sınırlandırılmış olabilir. Ancak herhangi bir makine/başlık/kalıp kombinasyonu ile ölçülen basınçlar; reçine türü/sınıfı, reçinenin viskozitesi (eriyik sıcaklığı, nem içeriği vb. ile belirlendiği şekilde), dişi  kalıp boşluğu (dişi  kalıp boyutları ve parison programı ile ayarlandığı şekilde), kalıp geometrisi (biçim), kalıp sıcaklığı, basınç hızı gibi kriterlere bağlıdır (1).

4.3. Kalıp sıcaklığı

Kalıp sıcaklıkları birtakım önemli kriterleri göz önünde bulundurarak seçilmektedir (1). Bunlardan bazıları şunlardır; toplam devir süresini en aza indirgeme gereksinimi, kalıp ile temasta bulunduğu sırada, bazı malzemelerde yüzey kalitesini etkileyebilecek malzemenin katılaşma oranı (sıcak kalıp daha iyi yüzey kalitesi sağlayabilir), malzemenin çekme oranı, sıcak kalıp kullanımı ile en uygun düzeye getirilebilecek gerekli kaynak dayanımı

4.4. Temizleme ve kapama

15 dakika ile 3 saat arasında değişen kısa süreli tıkanıklıklar için besleme hunisinin sürgüsü kapatılıp kovan ve başlıktaki bütün malzemeyi dışarı çıkartılarak makinenin boş çalıştırılması önerilir (1).

5- ŞİŞİRME KALIPLAMA REÇİNELERİNİN İŞLENMESİ

5.1. Nem etkileri

Bütün poliamid ve polyester reçineler prosesteki nemin varlığından etkilenmektedirler; dolayısıyla şişirme kalıplama öncesinde düşük nem seviyesine dek kurutulmalıdırlar. Ancak, poliamidler genellikle yüksek miktarda nem emdiklerinden özellikle nem çekmeye ve bunun sonucunda viskozite üzerindeki etkilere karşı hassastırlar. Nem, erimiş parison içerisinde baloncuk veya diğer kusurların baş gösterebileceği kadar yüksek olmayan bir seviyede bile viskoziteyi önemli ölçüde etkileyebilir (1).

Bu yüzden, kurutulan malzemenin çabucak makine hunisine aktarılması ve daha sonra daha fazla miktarda nem çekmesinin uygun biçimde önüne geçilmesi gerekir. Bunu gerçekleştirmenin en iyi yolu makine hunisi üzerine takılacak veya sızdırmaz bir boru sistemi ile huniye bağlanacak nem alıcı kurutucular kullanımıdır (1).

5.2. Geri dönüşüm

Geri dönüşüm malzemesinin işlenmesi nem etkileriyle oldukça yakından ilgilidir. Bu yüzden bütün geri dönüşümlerin ya kalıplamanın ardından çabucak yeniden kullanılması (örneğin; otomatik olarak çapak alma ve çapağı kalıp makinesi hunisine ileten bir kapalı döngü sisteminde) veya uzun bir süre içerisinde nemini çekmesine izin verildiği takdirde kullanım öncesinde tamamen kurutulması önemlidir (1).

6- KALIP TASARIMI

6.1. Genel

Şişirme kalıplama reçinelerinde kalıp tasarım, temel olarak polietilen gibi diğer reçineninkilere benzerdir. Temel ek hususlar şunlar olmalıdır: kalıp tasarımı ve yapı malzemesi, şişirme (çekme) oranı, çekme payları ve soğutma (1).

6.2. Yapı malzemeleri

Birçok şişirme kalıplanabilir reçinelerde ise, kalıplar aşağıdaki malzemelerin bir yada birden fazlası ile yapılabilir. Bunlar; Çelik (işlenmiş veya döküm), Aluminyum (işlenmiş veya döküm), Berilyum Bakır (işlenmiş veya döküm), Kirksite (düşük eriyik metal alaşımı – genellikle sadece prototipler için), Dolgulu epoksiler (prototipler veya küçük üretim faaliyetleri), Döküm poliüretan (genellikle sadece prototipler için) dır (1).

6.3. Şişirme (çekme) oranı

Şişirme kalıplama prosesindeki şişirme veya çekme oranı, başlangıç parison yüzey alanının kalıplanan parçanın toplam şişirilmiş yüzey alanına oranıdır (1).

6.4. Kalıp çekme payları ve parça boyutları

Şişirme kalıplamada parça çekmesi, enjeksiyon kalıplamada olduğundan önemli ölçüde daha yüksektir. Belli bir reçine sınıfı için tam çekme miktarı şunlara bağlıdır; et kalınlığı (daha kalın=daha fazla çekme), eriyik sıcaklığı (daha yüksek=daha az çekme), kalıp sıcaklığı (daha yüksek=daha fazla çekme), süreç koşulları (örneğin; sıkıştırma hızı ve dişi kalıp/yönelim etkileri) (1).

Bunların içerisindeki en önemli faktör et kalınlığıdır ve parça boyunca et kalınlığındaki farklılıklar kalıplanmış ürünün deforme olmasına yol açar (1).

6.5. Parison ( ön biçim) sıkıştırma tasarımı

Bütün reçineler iyi sıkıştırmayla kaynaklama  davranışı için tasarlanmışlardır. Ancak, iyi sıkıştırma tasarımı, kalıplanan  parçadaki maksimum  dayanımı gerçekleştirmek açısından önemlidir (bazı kalıplar örneğin; 3-D kalıplama prosesleri ile yapılanlar bitmiş  parçada çimdikler içermezler) (1).

7- SONUÇ VE İRDELEME

Teknolojinin hızla gelişmesiyle birlikte; üretimde otomasyonun sağlanması, kısa zamanda yüksek kalitede, düşük hata oranları ile ekonomik ürünlerin meydana getirilmesi ihtiyacının karşılanması için hacim kalıpçılığına ve dolayısıyla şişirme kalıplarına ihtiyaç duyulmuştur.

“3-D” şişirme kalıplama proseslerinin geliştirilmesiyle birlikte simetrik olmayan endüstriyel parçaların üretilmesi daha da kolay olmuştur. 3-D prosesleri, bir tek kalıplamada sert-yumuşak kombinasyonlar ortaya koymak için genellikle ardışık şişirme kalıplama ile birleştirilmiştir (1).

Kalıplama sonrası ortaya çıkan sonuç, neredeyse hiçbir fire vermeksizin (her bir uçta meydana gelen fire dışında) gerçekleşen ve esasen hiçbir zayıf  bölge içermeyen kalıplamadır. Üretilen endüstriyel parçaların esneme kabiliyetlerinden dolayı amortisör gibi hareketli ve titreşimli  bölgelerde kullanılır.

Küçük Sanayi Sitesi, A Blok, 3 Nolu Cad. No:32 Şehitkamil / GAZİANTEP
Tlf: 0342 2350072 - Fax: 0342 2353466 - GSM: 0542 3842916