KALIBIN  TASARIMI  VE İŞLENMESİ

Kalıp ve takımların tasarımı, ekonomik olarak üretilmesi ve kullanılması çok önemlidir.Üretilecek parçanın şeklinden başlayarak, mümkün olduğu kadar fazla üretime imkan verecek şekilde bir tasarım yapılmalıdır. İdeal bir takım çeliğinden yapılmış, uygun ısıl işlemden geçmiş bir kalıp, tasarım hatalı ise ısıl işlem sırasında bile kırılabilir. Zaman kaybını önlemek ve maliyetleri düşük tutmak için bir tasarım şarttır.

Kalıbı oluşturan parçalar, çalışma koşulları göz önünde bulundurularak ayrı ayrı değerlendirilir.

Hangi parçalar esnek olmalıdır?

Çalışma koşullarına göre parçaların korozyona ne kadar dayanıklı olması gerekir?

Parçada aşınma mı, yoksa darbe mi ön plandadır?

Keskin köşeler var mı? Nasıl sakınabiliriz?

Çentik Etkisi:Keskin köşeli veya ani kesit değişiklikleri içeren kalıp veya takımlar, peryodik yükler altında bu değişikliklerin çentik etkisi yaratmasından dolayı tehlike altındadır. Yazı veya desen kalıpları gibi çentikler içeren kalıpları durumları daha da kritiktir. Bu gibi kalıplarda özellikle kesit değişimlerinin başladığı noktalarda çatlama başlar. Sertlik arttıkça risk daha da artar. Sertliğin yüksek olması gereken kalıplarda köşeleri ve kenarları işlerken daha büyük radyuslar seçilmelidir.

Isıl  İşlem  Açısından  Tasarım: Isıl işlem sırasında, gerek çeliğin içerisindeki yapısal dönüşümlerden kaynaklanan gerilmeler, gerekse de çeliğin yüzeyi ile merkezi arasındaki sıcaklık farklılıkları iç gerilmeler oluşturur. Bu gerilmeler çeliğin çatlama veya kırılma riskini arttırır. Eğer “Gerilim giderme tavlaması” yapılmadı ise, bu risk daha da artar. Tasarımcı mümkün olduğunca simetrik bir şekil çıkarmaya özen göstermelidir. Üretilecek parçanın hacmi arttıkça kalıpta bir alt parça oluşturmanın gerekliliği üzerinde düşünülmelidir. Böyle bir tasarım aşınan veya hasar gören parçaların hızlı bir şekilde değiştirebilme avantajını ortaya çıkarır.

İŞLEME

Çelikler tornalama, frezeleme, planyalama ve taşlama gibi talaş kaldırma yöntemleri ile işlenirken, işleme yüzeylerinde kesici ucun sürtünmesi ve yüksek sıcaklıklara ulaşması yüzünden gerilmeler meydana gelir.Kalıbın şekline ve işlemenin miktarına bağlı olarak bu gerilmeler değişir.”Gerilim giderme tavlaması”nın amacı bu gerilmeleri yok etmek içindir.

Kesme sırasında, mekanik olarak uygulanan hemen hemen tüm kesme kuvvetleri ısıya dönüşür.Bu yüzden mekanik işleme sırasında açığa çıkan ısı yayınımı ve kesici takımın ucundaki sıcaklık işlemede çok önemli etkenlerdir.

Erozyonun zararlı etkisini azaltmak için, işlem olduğunca düşük akımla bitirilmelidir.

Yüzeydeki zararlı tabakalar gaz taşı ile veya ince taneli bir taş ile mutlaka alınmalıdır. Aşağıdaki şekilde erozyondan çıkmış yüzeyin taş ile yetersiz alınmasından kaynaklanan yüzey boşlukları görülmektedir. Bunların çoğu kez çeliğin yapısından kaynaklanan boşluklar olduğu sanılır. Oysa iyi bir taşlama ve parlatma ile bu boşluklar giderilebilir.

Boşluklar tüm yüzey boyunca yayılır, fakat parlatılması güç olan bölgelerde görülür.

Erozyon elektrodu olarak elektrik iletkenliği yüksek bakır elektrotlar seçilmelidir. Elektrolitik bakırlar tercih edilmemelidir. Çünkü içerisinde herhangi bir alışım elementi olmadığından, mekanik özellikleri son derece düşüktür. Oysa CuCrZr(bakır-krom-zirkonyum). Bakır alaşımının hem sertliği yüksektir, hem de elektrik iletkenliği yeterlidir. Çok gözlü kalıplarda tecrübeye bağlı olarak 4,5,6 adet elektrolatik bakırdan yapılan elektrodun yaptığı işi bir adet CuCrZr’den yapılmış elektrod gerçekleştirebilmektedir.

Taşlama:Çok iyi bir yüzey ve yüksek ölçü hassasiyetinin elde edilebildiği bir yöntemdir. Dikkatsizce yapılan bir taşlama işlemi, sertleştirilmiş kalıp veya takımın çatlamasına sebep olabilir. İyi bir taşlama yapmak için uygun taş seçimi yapılmalı, yağlı taşlar kullanılmamalı, soğutucu sıvı yeterli miktarda ve kaliteli olmalıdır.

Çeliğin sertliği yüksek ise, daha yumuşak taşlar seçilmeli ve daha düşük basınçla taşlama yapılmalıdır.bol soğutucu sıvı ile taşlama yapılsa bile,taşın yanlış seçimi veya yüksek basınçlı taşlama, taşlama çatlaklarına yol açabilir. Yüzeydeki aşırı ısınmadan dolayı yumuşak bir yüzey de ortaya çıkabilir. Taşlama sonunda yüzeyde meneviş renkleri veya yanmış tabakalar bulunmamalıdır.

Cidar  Kalınlığı:Üniform cidar kalınlıkları, distorsiyon ve gerinimlerin arındırılmış parçaların sağlanmasına yardımcı olmaktadır. Boyutsal değişimler, kendini çekmenin yol açtığı gerilmelere neden olmaktadır. Özellikle, homojen olmayan kalınlıklar veya ani kesit geçişlerinde bu durum daha da etkindir. Dolu kesitlerin üniform cidar kalınlıkları haline getirilmesine çalışılır.

Kesitlerin ince tutulması da, kırılmalara, malzeme akışının sınırlandırılmasına, hava kabarcıkları oluşumuna, hatalı ve lekeli parçalara neden olabilmektedir. Kalın cidarlar ise, mukavimleşme için ısıtma süresinin uzamasına ve parça maliyetinin yükselmesine  yol açmaktadır.Tablo 2 de çeşitli termoplastikler için uygun cidar kalınlıkları verilmektedir.Termoset parçalar kalıptan kolayca çıkabilecek şekilde dizayn edilmelidir. Dış çıkıntılar bulunduğunda kalıbın parçalı yapılması gerekmekte, takım ve parça maliyeti yükselmektedir. Dolayısıyla ilave bölme yüzeyi ve ilave çapak temizleme işlemi de ortaya çıkmaktadır. İç çıkıntılı parçaların imali ise hemen hemen imkansız olduğundan bunlardan kaçınılmaktadır.

Bölme Yüzeyi:Bölme yüzeyi, kalıpların tam çalışması ve sızdırmazlık sağlanması için önemlidir. Burada düz yüzeyler tercih edilmelidir. Bölme yüzeyi profilli olduğundan hem maliyet yükselir hem de sızdırmazlık sağlamak güçleşir. Transfer ve enjeksiyon yöntemlerinde malzeme basılmadan önce kalıp kapandığından bölme yüzeyi sorunu azaltılmış olmaktadır. Aşındırıcı etkisi fazla olan profillerde yuvarlatmalara gidilmektedir.

Keskin Köşeler:Bölme yüzeyindekiler hariç tüm keskin köşelere kavis veya pah verilir. Bunların malzeme akışı, parça veya kalıbım dayanımı, aşınması, dolması v.b. yönlerden olumlu etkileri görülmektedir. Dolayısıyla üniform yoğunluk ve gerilmesiz bir parça bünyesi sağlanmış olur.kavis yarıçapları (veya pahlar) yaklaşık 0,8-1,1 mm arasında tutulmaktadır.

Delikler:Deliklerin birbirine ve yan cidara olan mesafeleri, malzemenin kesit aralarında akış yaparken katmer hatası meydana gelmemesi yönünden önemlidir.

Boydan boya delikler, kör deliklere tercih edilmektedir. Kalıpta basma yönteminde delik çevrelerinin çapaksız çıkarılması güçtü ve delik tiplerinin dizaynı ile ilgilidir.                                                                                                            Kalıpta basmada, kör deliğin derinliği h>2,5d olmalıdır. d(çap)=1,5mm ise h=d alınabilmektedir.

Kaburgalar:Termoset parçaların dayanımını arttırıp deformasyonunu önlemek için yapılmaktadır. Kaburga kalınlığı, dayandığı kesitten az olmalıdır. Yüksek bir kaburga yerine, daha az yüksek birkaç adet kaburga tercih edilir.

Çıkıntılar(Boss):Yuvarlak veya prizmatik çıkıntılar daha ziyade delik etrafına düzenlenmektedir. Bunların yüksekliği, çapının iki katı tutulmalıdır. Ayrıca, dip kavisi verilerek kalıptan çıkarma ve dayanım yönünden kolaylık sağlanmalıdır.

Eğimler:Termoset parçalara hem iç hem de dış yüzey eğimleri verilmektedir. Kendini çekme olayı ile ilgili olarak daha fazla sıkma görüleceğinden iç yüzeylere daha büyük eğimler verilmektedir. Derin çekilen parçalarda da yan yüzeylere 0,5-1 derecelik eğimler verilerek, malzeme akışı ve kalıptan çıkarma rahatlatılmaktadır.

Vidalar:İç ve dış vida dişleri kalıpta basma ile elde edilebilmektedir. Ancak, kalıp ve parça maliyetinin de yükseldiği görülmektedir. Dış vidalı parçalar, cıvata gibi sökülmek suretiyle kalıptan çıkarılabilmektedir. Özel tip diş dibi ve diş üstü yuvarlak ve sığ dişli vidalar ise direkt olarak sıyrılarak çıkarılabilir. Bazı kalıplar da, vida ekseninden açılarak parça çıkarılmaktadır.

Boyutsal Faktörler:Termoset plastiklerin hassas toleranslar ile şekillendirilebilmesi mümkündür. Ancak şekillendirme proseslerinin hangisi uygulanırsa uygulansın, talaşlı işlenen metal parçaların toleranslarına ulaşmak olanaksızdır. Bunun nedenleri şu başlıklar altında toplanabilmektedir.

1-Malzemenin kendini çekmesi

2-Basma sonrası çekme (özellikle üre ve melaminde yüksektir).

3-Basma esnasındaki zaman, sıcaklık ve basınç değişimleri.

4-Kalıptaki değişim ve aşınmalar.

5-Basma miktarındaki(veya hacim) değişimleri.

6-Yolluk ve metal alaşımındaki değişimler.

7-İmalat grupları arasında malzemedeki değişimler.

Boyutsal toleransların hassasiyetinin arttırılması, kalıp ve parça maliyetini hızla yükseltebilmektedir. Bu bakımdan konstrüktör, kritik boyutlardaki tolerans değerleri için imalatçı ile temas kurmalıdır.

KALIP  DİZAYN  ESASLARI

Plastik kalıpları, otomatik, yarı otomatik preslere bağlanabilmekte; hatta basit el kalıpları olarak düzenlenebilmektedir. Plastik malzeme için yöntemin doğru seçimi, plastik türü, verilen süre içinde kaç parçanın imal edileceği, boyutlar, geometri ve toleranslar gibi hususların belirlenmesi gerekmektedir.

Kalıp dizaynı için genel kurallar şu şekilde özetlenebilir:

1-Kalıpta kaç adet gravürün yer alacağı, bunların biçimi ve yeri belirlenmelidir.

2-Uygun presin seçimi yapılmalıdır. Kalıbın eni, boyu ve kalıp kapanma yüksekliği saptanmalıdır.

3-Her iki tarafından gözlü tutma vidaları (5/8”) düzenlenmelidir.

4-Bölme yüzeyinin yeri ve şekli ile iticilerin pozisyonları ve memenin durumu belirlenmelidir.

5-Gazın sıkıştırma noktaları ve dışarı atılma sorunları incelenmelidir.

6-Soğutma suyu için kanallar düşünülmelidir.

7-Plastik malzemenin kendini çekmesi göz önüne alınmalıdır.

8- Meme boyutu belirlenmelidir.(tereddüt halinde, başlangıçta küçük ve giderek genişleyen kesit düzenlenmesi).

9-Yolluk boyutu ve yeri belirlenir.

10-Eğimler düzenlenir.

11-Kalıp bitirme hassasiyeti belirlenir (genelde hassastır).

12-Kalıp maçalarının yapılacağı malzemenin türü ve sertliği belirlenir.

İşlem

Enjeksiyonla kalıplama işlemi, malzemenin ısıtılarak akıcı hale getirilmesi ve kapalı soğuk kalıba itilmesi, kalıp içinde soğumak suretiyle sertleşerek istenilen biçimi alması prensibine dayanır.

Kural

Şekil 4-1 ve 4-2, enjeksiyonla kalıplamanın prensibini göstermektedir. Şekil 4-1, basit bir enjeksiyon kalıbının bir “atış” yapıldıktan sonraki durumunu kapalı olarak göstermektedir. “Atış” terimi, parça, giriş, dağıtıcı ve yolluklar da dahil olmak üzere bir devrede kalıp içine gönderilen malzeme miktarı için kullanılacaktır. Malzeme; toz veya küçük parçacıklar halinde depoya konur. Depo, elektrikle ısınan bir silindirin üzerindedir. Malzemenin her tarafına sıcaklık verilebilmesi için, silindir içinde malzemeyi cidarlara doğru sevkeden bir yayıcı (torpido) bulunur. Silindir içindeki ısınan malzeme yumuşar ve koyu bir şurup haline gelir. Dalıcı bu malzemeyi, memeden yolluğa oradan da kapalı durumdaki kalıbın sütun boşluklarına iter. Malzeme belirli bir soğukluktaki kalıp içinde soğur ve sertleşir.

Enjeksiyon dalıcısı geri çekilir, kalıp ayırma çizgisinden açılır ve parça kalıptan çıkarılır. Kalıp açık iken, yolluk çıkarma pimi yolluğu burcundan dışarı çeker. Yolluk, meme ucunun küçük deliğindeki erimiş malzemeden şekil 4-2’de görüldüğü gibi koparak ayrılır. İş parçaları, dağıtıcılar, girişler ve yolluk bir ünite olarak kalıptan dışarı atılır. İş parçaları yolluk ve dağıtıcılardan dar giriş kısımlarından koparılarak çıkarılır. Kalıp açık konumda ve enjeksiyon dalıcısı geri çekilmiş iken, malzeme ısıtma silindirine gönderilir. Sonra kalıp kapanır ve devre tekrarlanır. Şekil 4-1 ve 4-2 basit tipte bir besleyici düzenini göstermektedir.

Çok pratik ve etkili diğer malzeme besleme metodları ise, hacimsel tartılı ve ön plastiklenmiş olarak ısıtma silindirine yapılan beslemelerdir.

Hemen hemen bütün enjeksiyon kalıpları yarı, yahut tam otomatiktirler. Bu husus iş parçasının ölçüsüne, kullanılmakta olan presin büyüklüğüne ve kalıpların tek veya çok iş parçası için yapılmış olmalarına bağlıdır. İş parçalarını, yolluk ve dağıtıcıları kalıptan dışarı çıkarmak için kalıbın önemli kısımlarından biri olan bir cins itici sistem kullanılır. Bütün enjeksiyon kalıpları, çeşitli parçalarına delinerek açılmış olan kanallardan su dolaştırılarak soğutulur.

2-Merkeleme Bileziği veya Yolluk Burcu Tutma Bileziği:Üst tespit plakasındaki yuvasına, yolluk burcunu ve memeyi merkezlemek için oturtulur.

3-Dişi  Kalıp  Bağlama  Plakası(Ön dişi kalıp plakası):Kalıbın sabit kısmında içine kılavuz pimler konur. Aynı zamanda maçayı, dişi kalıp bloklarını ve yolluk burçlarını tutar.

4-Maça  Bağlama  Plakası (Arka dişi kalıp plakası):Kalıbın hareketli kısmının üst plakasıdır. Dişi kalıp bağlama plakası ile kalıp ayrılma çizgisini teşkil ederler. Kılavuz pim burçlarını olduğu gibi maça ve dişli kalıp bloklarını tutturmak için kullanılır.

5-Dayama  Plakası(Arka plaka):Maça bağlama plakasının arkasına yerleştirilmiş olup enjeksiyonla kalıplamanın yüksek basıncı altında maça plaksının eğilmesini önlemek içindir.

6-Alt  Tespit  Plakası: Kalıbın hareketli kısmını, enjeksiyon makinasının hareketli tablasına tutturmak içindir.

7-Paraleller(Raylar):Alt tespit plakasının üstüne, kalıplandıktan sonra itici pimlerin çıkardığı iş parçasının dışarı alınabilmesi için boşluk saplamak amacıyla dayama plakasının altına tespit edilir.

8-İtici Bağlama  Plakası(Çıkarma pimi plakası):İtici pimleri, iticileri geri itme pimleri ve yolluk çekme pimlerinin başları için yuvalar açılmıştır.

9-İtici  Plaka(İtici çubuk):İtici bağlama plakası ile bir ünite teşkil etmek üzere cıvatalarla sıkılmıştır.İtici bağlama plakasındaki pimler için bir arka plaka gibi görev yapar.

10)  Dayama  Pimleri:Alt tespit plakasına pres edilmek suretiyle itici plakaya desteklik görevi yaparlar.

11-Sütunlar:Alt tespit plakası ile dayama plakası arasına yerleştirilen silindirik çubuklardır. Boyları paralellerle aynı yüksekliktedir. Alt tespit plakasına cıvatalanmıştır. Maça bağlama plakasına ilave bir dayama olarak kullanılır.

12-Yolluk  Burcu:Enjeksiyon makinası memesine yuvalık eder. Konik deliğinden malzemenin kalıp dağıtıcısına itilmesine aracı olur.

13-Yolluk  Çekme  Pimi:Yolluğun açık olan alt kısmına doğrudan doğruya yerleştirilmiştir. Atış yapıldıktan sonra yolluktaki malzemenin burçtan dışarı çekilmesinde kullanılır.

14-Geri  İtme  Pimi(İticiye geri çevirme pimi-emniyet pimleri):İtici bağlama plakasına yerleştirilmiştir. İtici bağlama ve itici plakalarını hareket ettirir. Böylece itici pimler kalıbın kapanması için alt konuma getirilmiş olur.

15-Klavuz  Pimler:Sulanmış ve taşlanmış pimler plakaların birine pres edilmiştir. Kalıp takımının iki yarım kısımlarını tam ayarında (sağa-sola kaçmamaları için) tutar.

Geleneksel olarak plastikler, ısı karşısında gösterdikleri davranışa göre iki ana gruba ayrılmaktadırlar.

Termoplastikler, temel enerji (ısı) uygulandığında kolaylıkla deforme olabilen malzemelerdir.bu özellikleri nedeniyle termoplastikleri “recycling” yoluyla tekrar tekrar kullanmak mümkün olabilmektedir. Stiren polimerleri, PVC ve PE serisi polimerler, akrilik polimerler, selülozikler, naylon türleri, çeşitli floroplastikler tipik örneklerdir.

Termosetler ise ısıyla, katalizörle, UV ışımasıyla muamele edildiğinde, çapraz bağlı bir polimerik yapı meydana getirerek sertleşen ve artık tekrar ısıtıldığında yeniden yumuşamayan plastiklerdir. Termoset, epoksiler, melaminler, üre-formaldehit reçineleri, penolikler tipik örneklerdir.

Plastiklerin bugün dünyada en çok üretilen ve çok sayıda kullanım alanı olan türü termoplastiklerdir.

Başlıca termoplastik çeşitleri olarak aşağıda belirtilen plastikler verilmektedir.