plastik-ambalaj.com

Plastik parçalarda oluşan akış izi probleminin saptanması ve giderilmesi

Özet

Günümüz otomotiv endüstrisi, araçların hafifletilerek emisyon değerlerin azaltılması konusunda büyük uğraşlar vermektedir. Araçların hafifletilmesinde, metal parçalar yerine plastik parçalar kullanmak en çok kullanılan yöntemdir. Otomotiv sektöründe kullanılmakta olan plastik parçaların büyük çoğunluğu plastik enjeksiyon yöntemi kullanılarak üretilmektedir. Ancak plastik parçalar üzerinde, plastik enjeksiyon prosesi kaynaklı bazı problemleri vardır ve üretim öncesinde tahmin edilebilmesi yer yer güç olabilir. Plastik parçalarda üretim prosesine bağlı olarak en çok gözlenen problemlerden bir tanesi de plastik akış izleridir. Bu problemin oluşabileceği, oluşması halinde parçanın neresinde ve ne şiddette oluşabileceğini önceden tahmin edebilmek çok zordur. Bu nedenle plastik parça için kalıp imalatı yapılmadan önce, plastik akış simülasyon yazılımları ile olası problemler, bu problemlerin oluşacağı bölgeler ve problemlerin kritiklik seviyeleri önceden saptanarak gerekli önlemlerin önceden alınması, zaman ve maliyet kazancı açısından oldukça önem kazanmıştır. Günümüz otomotiv endüstrisinde, plastik parçalar için akış simülasyon yazılımları kullanımının getirdiği faydalar, gün geçtikçe daha fazla fark edilir olmuş ve bu tür yazılımların kullanım oranı her geçen gün artmaktadır.  Bu çalışmada, plastik parça üzerinde oluşan malzeme akış izlerinin oluşum nedeni Autodesk Moldflow analiz programı ile saptanmış ve çözüm için yapılabilecek tasarım değişiklikleri Autodesk Moldflow analiz programı kullanılarak doğrulanmış ve en uygun çözüm yöntemi saptanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Otomotiv, Akış İzleri, Plastik, Moldflow

1. Giriş

Otomotiv sektörü sürekli olarak farklı ihtiyaçlarla karşılaşan dinamik bir sektördür. Sürücülerin yüksek performans ve güvenlik, daha fazla konfor ve yakıt tasarrufu gibi istekleri sektörü malzeme açısından da yeni arayışlara itmektedir. Tüm bu talepler ele alındığında geleceğin otomobillerinde plastik malzeme kullanımının artarak devam edeceği öngörülmektedir.[1] Günümüzde araçların toplam ağırlıklarının %16’sını plastik parçalar oluşturmaktadır. Bu rakamın 2020 itibariyle %18 seviyelerine ulaşması öngörülmektedir. [2] 

Bu çalışmada plastik parçalar üzerinde enjeksiyon prosesine bağlı olarak oluşabilen plastik akış izi probleminin, Autodest Moldflow Akış Analiz programı ile kök nedeninin saptanması ve çözüm yöntemlerinin doğrulanması anlatılmıştır.

2. Plastik Akış İzleri

Plastik enjeksiyon prosesi ile bir plastik parça üretmek hem bir sanat hem de bir bilimdir. Yeni parçaların seri üretime gelişi söz konusu olduğunda, maliyet hesaplamalarında hataların önlenmesi için yüksek düzeyde teknik uzmanlık ve detaylara dikkat etmek gerekir. Dikkat edilmediği taktirde ise parça üzerinde sonradan giderilmesi güç ve pahalı kusurlar görülebilir. Bu kusurlardan plastik akış izi kusuru, sıklıkla karşılaşılan ve öncesinde tahmin edilmesi oldukça güç olan bir kusurdur. 

Plastik akış çizgileri, erimiş plastiğin kalıp boşluğu içine enjekte edilirken, parça geometrisi ve kalıp içi soğutma profiline bağlı olarak oluşan ve bitmiş parça yüzeyinde görülen renksiz çizgiler veya desenlerdir.

Plastik akış izleri, eriyik plastiğin kalıp boşluğu boyunca ilerlerken akışın, türbülans oluşturacak şekilde yön değiştirmesiyle, farklı et kalınlıklarına sahip parça içerisinde ilerleyen akışın, akış hızlarındaki farklılık oluşmasıyla, kalıp boşluğu içerinde farklı donma hızlarına sahip olması durumunda veya çok düşük enjeksiyon hızlarında ortaya çıkar. [3]

Şekil 1’de plastik parça üzerinde oluşmuş akış izleri net bir şekilde görülebilmektedir. Parça üzerinde var olan delikler, akışı bölerek türbülans oluşturmuşlar ve akış boyunca bu izi taşımışlardır. Özellikle estetik görevi olan plastik parçalarda boya sonrası dahi kapanmayan bu izler oldukça büyük ve çözülmesi zor problemler oluşturur. Malzeme karakteristik özelliklerine de bağlı olarak izlerin belirginlikleri değişken olabilir. Proje safhasında birçok olası problemi önceden görebilmemizi sağlayan akış analiz programları, bu kusuru net bir şekilde gösterememektedir. Bu da problemin saptanmasını ciddi oranda zorlaştırmaktadır.

Plastik akış izi probleminin çözümü için aşağıdaki yöntemler kullanılabilir. [3]

a. Enjeksiyon hızının ve basıncının, kalıp boşluğunu en uygun şekilde dolmasını sağlayacak şekilde arttırmak.

b. Plastik eriyik sıcaklığını veya kalıp yüzey sıcaklığını arttırmak.  

c. Parça et kalınlığının değişim noktalarında, plastik akışının ani yön değiştirmelerine izin vermeyecek şekilde yuvarlatmak 

d. Enjeksiyon giriş noktasını ince cidarlara yakın konumlandırmak. 

3. Plastik Akış İzinin Kök Nedeninin Saptanması ve Çözüm Önerisinin Doğrulanması

Otomotiv sektöründe özellikle görsel açıdan önemli olan plastik parçalarda herhangi bir estetik kusur istenmez. Bu nedenle plastik parça henüz tasarım aşamasındayken plastik akış analiz programları ile kontrol edilerek, en uygun parça tasarımı ve en uygun kalıp tasarımının yapılması sağlanır. Ancak plastik akış izleri gibi bazı estetik kusurlar vardır ki akış analiz programlarında saptanması oldukça güçtür ve çoğunlukla proje başlarında bu analizler ile saptanamazlar. Bu durumda bitmiş parça üzerinde akış izleri görülebilir. Problem ile karşılaşıldığında analiz sonuçları, ilgili probleme neden olabilecek detaylar üzerine yoğunlaşıp tekrar gözden geçirilerek, sorunun nedeni anlaşılabilir. Nedeni bilinen problemler de gerekli önlemler alınarak çözülebilirler. 

Şekil 2 ve Şekil 3’de estetik açıdan çok önemli olan plastik parça üzerinde proje devreye alma aşamasında görülen akış izleri net bir şekilde görülebilmektedir. Akış izi oluşmuş plastik parça boyanıyor da olsa, oluşan bu akış izleri kapanmaz ve estetik olarak kusur olmaya devam ederler.  Proses üzerinde yapılan çok sayıda iyileştirme ve denemeler sonrasında Şekil 2’deki akış izleri ortadan kaldırılmış ancak Şekil 3’de görülen akış izlerinde yeterli ölçüde iyileşme sağlanamamıştır. Proses ayarları ile tam olarak çözülemediği için, parça geometrisi üzerinde, ilgili bölge ve yakınlarındaki akışın yönünü değiştiren geometrilerin saptanmasına çalışılmıştır. Bu nedenle öncelikle akış izleri oluşturan geometrik yapının yani mevcut tasarım yapısının moldflow analizi yapılarak, ilgili bölgedeki akış hareketleri saniye saniye incelenmiştir. Şekil 4’de mevcut akış hareketleri gösterilmiştir. 

Saniye saniye incelen plastik akış hareketlerinde, akışın bağlantı bölgesindeki kare ve çap delik etrafından dolaştıktan sonra kırmızı oklu çizgi ile belirtildiği şekilde hareket ettiği görülmüştür. Akış bağlantı bölgesini geçer geçmez daralan kesitten geçerken hızlanmış ve estetik yüzeydeki akışın yönünü de değiştirerek, estetik bölgeye geçmiştir. Daha sonrasında ise tekrar kaput altında kalacak bölgeye geçerek kısa süreli bir türbülansa sebep olmuştur. Oluşan bu türbülansta dolumun son noktalarında akış izlerine neden olmuştur.

Akışın karakteristik davranışını denemek için, Şekil 5’de görülebileceği gibi, akış yönünü değiştiren geometri tam olarak ortadan kaldırılmış ve o bölgedeki akışın engellenmesi durumunda oluşacak akış karakteri analiz edilmiştir. Şekil 5’de görüldüğü gibi parça üzerinde akışı durduracak bir delik oluşturulduğunda, bağlantı bölgesindeki akış durmuş ve o bölge estetik olacak bölgeden gelen akış ile doldurulmuştur. Bu da estetik bölgede bir türbülans oluşturmamakta ve akışın doğrusal olarak devam etmesini sağlamaktadır. 

Parça üzerinde yapılan denemeler ve çok sayıda moldflow analizi sonrasında anlaşılan konu, var olan akışın, doğrusal olarak hareket etmesinin sağlanması, akış izi problemi oluşturan türbülansı ortadan kaldırır. Şekil 5’te yapılan denemenin, gerçek parça üzerinde uygulanması imkansız olduğu için, akışın estetik bölgede sürekli ve doğrusal olarak hareket etmesini sağlayacak uygulanabilir tasarımsal değişiklik çalışmaları yapılmış ve her değişiklik moldflow analizi ile analiz edilmiştir. Birçok tasarım ve analiz çalışması sonunda Şekil 6’da, 1 ve 2 numara ile gösterilen bölgelerdeki et kalınlığının azaltılması ve 3 numara ile gösterilen yerlerde akışı yavaşlatmak için dışarıdan görünmeyecek şekilde, parçanın alt yüzeyinde kanallar açılması, akışın türbülans yaratmadan doğrusal bir şekilde ilerlemesini sağlamıştır. Bu tasarım değişikliği için yapılan moldflow analizi sonuçları da saniye saniye incelenmiş ve Şekil 7’de görüldüğü gibi bağlantı bölgesindeki akış herhangi bir türbülansa yol açmadığı görülmüştür. Moldflow ile yakalanmış olan bu sonuç, prova edilmek amaçlı olarak, parçanın et kalınlıklarını tasarıma yakın bir şekilde yakalayabileceğimiz gibi kalıp içerisine bakır parça konarak deneme baskıları yapılmış ve akış izlerinin giderildiği gerçek parça üzerinde de görülmüştür. Moldflow analiz programı ile çok daha kısa sürede ve çok daha ucuz olacak bir yöntem ile çözüm için yapılması gereken değişiklikler belirlenerek, zaman ve maliyet kazancı sağlanmıştır.

4. Sonuç

Plastik enjeksiyon prosesi ile üretilen ve estetik fonksiyonu olan plastik parçalarda oluşabilecek izlerin önceden saptanabilmesi veya parça üzerinde oluşan izlerin giderilmesi için yapılması gereken tasarımsal değişikliğin saptanabilmesi, kaliteli üretime, zaman kazanımına ve maliyet kazanımına katkı sağlamaktadır. Bu nedenle, plastik parçalar için tasarımdan imalat aşamasına kadar her aşamada plastik akış analiz programlarından faydalanılması, plastik parçanın kalitesini arttırırken maliyetlerinin de azalmasına neden olacaktır. 

Yaptığımız bu çalışmada da görülüyor ki, moldflow analiz programı ile maliyeti çok daha yüksek olacak deneme yanılma yöntemi yerine bilimsel olarak ispatlanmış çözümün denemesi ile doğrudan sonuç alınmıştır. Parça kalıbına bir kez değişiklik yapılarak problem kesin olarak ve başka herhangi bir yerde başka problemlere yol açmayacak şekilde çözülmüştür.

Kaynaklar

[1] PAGEV Türkiye Otomotiv Plastikleri Sektör Raporu 2016,

https://www.pagev.org/upload/files/Hammadde%20Yeni%20Tebli%C4%9F%20Bilg.%203/T%C3%BCrkiye%20Otomotiv%20Plastikleri%20Sekt%C3%B6r%20Raporu%202016.pdf

[2] Factsheet Plastics Product for vehicles in the European Union 

www.cbi.eu

[3] https://www.creativemechanisms.com/blog/what-cause-injection-molding-defects-and-how-to-fix-them

Sinan Vargelci

Tofaş Türk Otomobil Fabrikası A.Ş, ARGE, Bursa