Dr. Mustafa Gevrek
MMG Müşavirlik, Mühendislik San. ve Tic. Ltd. Şti.
Kasım 2005, İstanbul

Not: Orijinal olarak TurkCADCAM.net Dergisi 2. Sayısı için hazırlanmış bu makale, Ocak 2008'de TurkCADCAM.net Portalı'ndan yayına başlamıştır.

Plastik enjeksiyon kalıplarındaki sıcak yolluk uygulamalarının başarısı bir çok faktöre bağlıdır. Uygun polimerin seçimi ile beraber iyi bir parça ve kalıp tasarımının yapılması ve doğru enjeksiyon makinesinin seçimi kritik faktörlerdir. Bunların yanında parça üzerindeki yolluk girişinin konumu ve yolluk giriş tipinin seçimi enjeksiyondan başarılı neticeler alabilmek için çok daha önemlidir.

Plastik parça tasarımı sırasında, yolluk girişinin konumuna karar verilirken parçanın dengeli doldurulabilmesi ve yolluk girişinin oluşturduğu anizotropi dikkate alınmalıdır. Bilindiği gibi malzeme akış yönünde polimerde oluşan molekül zincirleri akış yönündeki mukavemeti artırırken, akış yönüne dik yönde daha düşük bir mukavemet yaratmakta, ayrıca her iki yöndeki çekme oranları da farklı olmaktadır. Yolluk giriş konumuna karar verdikten sonra çeşitli sıcak yolluk giriş metotları arasından doğru bir seçim yapmak gerekir. Çeşitli metotlarının seçilen uygulamaya göre ayrı ayrı avantaj ve dezavantajları vardır.

1- Yolluk giriş ucu tipleri

Sıcak yolluk sistemlerinde kullanılan meme uçları veya yolluk giriş uçları aşağıda tanımlanan dört ana grupta toplanabilir.

• Daire kesitli açık giriş ucu (Sprue Gate),
• Halka kesitli açık giriş ucu (Hot tip),
• Kenar giriş ucu (Edge Gate),
• Açma/Kapamalı giriş ucu (Valve Gate),

Daire Kesitli Açık Giriş Uçları - Sprue Gate

Bu uç tipinde basınç altındaki plastiğin rahat akışı için giriş kesiti açıktır. Enjeksiyon çevriminin sonunda girişteki dar kesitte donan plastik bir tapa vazifesi görerek girişi tıkamakta ve kalıbın dişi yüzeyine malzemenin akması (damlaması) önlenmiş olmaktadır. Kalıp açılırken yolluk giriş ucundaki dar kesitte donmuş olan plastik kopmakta ve parça üzerinde bir artık bırakmaktadır. Bu artığın büyüklüğü ve şekli yolluk giriş ucunun çapına ve geometrisine bağlı olduğu kadar enjeksiyon çalışma şartlarına (sıcaklıklar, basınçlar ve zaman) da bağlıdır. Bir sonraki baskıda enjeksiyon basıncı giriş ucundaki donmuş plastik tapayı kalıbın içine itmekte ve giriş ucu tekrar açılmaktadır. Bu plastik tapa baskı sırasında eriyerek kalıbı dolduran plastik ile karışmaktadır.

Burada dikkat edilmesi gereken plastik tapa yüksekliğinin diğer bir deyiş ile kalıpta açılan yolluk giriş ucu yüksekliğinin parça et kalınlığından daha düşük olması gerektiğidir. Parça yüzeyinde çok küçük bir artık istendiğinde yolluk giriş ucu yüksekliğinin ortada daralacak şekilde çift taraflı konik yapılması ile kopmanın en dar kesitte (giriş ucu yüksekliğinin ortasında) olmasını sağlayacağından hem tıkanma riski ortadan kaldıracak hem de parça yüzeyinde küçük bir artık kalacaktır. Şekil -1 A da giriş ucu kanalındaki yüksekliğe her iki yönden koniklik verilmiş ideal bir giriş ucu kesiti gösterilmektedir. Bu geometrinin kalıba işlenmesi daha zor olmasına rağmen, plastiğin kopma noktası bu formdaki bir uç geometrisi ile çok iyi tanımlanmaktadır. Bu yolluk giriş tipinde yolluk giriş kanalının yüksekliği genellikle 0. 10-0. 15 mm arasında seçilmektedir. Bu tasarım aynı zamanda düz silindirik girişe göre daha mukavemetli bir tasarımdır. Şekil -1 B de gösterildiği gibi bu geometrideki bir giriş kanalında donmuş plastik kalıp açılırken parça yüzeyinde çok küçük bir artık bırakmaktadır.

Şekil-1: Silindirik Yolluk Girişi. A-Enjeksiyon sırasında, B-Plastik donduktan sonra.

Halka Kesitli Açık Giriş Uçları - Hot Tip

Giriş kesiti halka formunda olan uçlar, ekseninde plastik malzemenin donmasını önlemek için torpil formunda (torpedo) sıcak bir silindirik parçanın yerleştirildiği açık uçlu yolluk girişleridir. Yolluk memesi içindeki sıcak malzeme ile ısıtılan ve parçanın dış yüzeyine kadar uzanan torpedo, düşük sıcaklıktaki kalıbın soğuttuğu giriş ucuna plastik malzemenin sıcaklığını taşıyarak giriş ucundaki malzemenin enjeksiyon sırasındaki donma riskini ortadan kaldırılmaktadır. Torpedonun etrafında daima sıcak bir plastik tabakası oluşmakta, soğuk kalıp çeliği ile temasta olan plastik malzeme ise eksendeki plastik malzeme için bir izolasyon tabakası oluşturmaktadır. Plastik malzeme yolluk giriş ucundaki sıcak torpedonun etrafından boru şeklinde akarak kalıp gözüne girmektedir. Sıcak torpedo ucunun çevresinden plastik malzemenin yüksek hızlardaki akışı, özellikle katkılı plastikler kullanıldığında torpedo ucunu zaman içinde aşındırmakta ve değiştirilmesini gerektirmektedir.
Genellikle bir çok sıcak yolluk üreticisi tarafından yüksek ısı iletimi özelliğinden dolayı torpedo malzemesi olarak BeCu tercih edilmektedir. Ancak son zamanlarda BeCu malzemenin aşınma mukavemeti yeterli bulunmadığından toz metalürjisi ile imal edilen ısı iletim katsayısı yüksek özel Tungsten karbür alaşımları kullanmaktadırlar.

Bu yolluk ucu tipinin avantajları aşağıda verilmiştir;

1- Yolluk ucunda donma olasılığı çok azdır. Torpedonun çevresinde daima ince bir tabakada sıcak viskoz plastik bulunduğundan, giriş ucunda donmuş olan dış plastik halka bir sonraki baskıda kolaylıkla eritilmektedir.
2- Yolluk ucunda iplikleşme diğer uç tiplerine göre çok daha az oluşur. Bu tip uçlar özellikle sıcaklığa hassas olmayan, kolay iplikleşme gösteren plastik malzemelerde ve kısa çevrim süreleri için çok yüksek doldurma hızları kullanılan kalıplarda (şişe kapağı kalıpları gibi) kullanılır.
3- Silindirik uçlara göre parça üzerinde çok daha küçük yolluk artığı kalmaktadır.
4- Yolluk giriş ucunda sıcaklık daha iyi kontrol edilebildiğinden enjeksiyonda daha geniş bir çalışma penceresi elde edilmektedir.

Bu avantajlara karşılık şu dezavantajlar da sayılabilir;

1- Yolluk kanalı içine yerleştirilen torpedo malzeme akışında bir süreksizlik yarattığından, torpedonun boyu yeterli değil ise parça üzerinde istenmeyen akış izleri meydana gelebilir.
2- Küçük kesitli uçtaki akış direncini yenmek için yüksek basınçlar gerektiğinden, bu uç tipi bütün polimerlere uygun değildir.
3- Bu uç tipi hiç bir zaman kirli malzeme kullanılmasına izin vermez.
4- Torpedonun formu ve uç içindeki bağlantısı iyi tasarımlandırılmamış ise, bu yüzeylerde uzun süre takılı kalan malzeme degrade olup basılan malzemeye karışarak parça kalitesini düşürür.

Şekil-2'de Mold Masters firmasının geliştirdiği torpedo tasarımının kalıp içindeki yerleşimi ve yolluk memesine monte edilmiş torpedonun kesit fotoğrafı gösterilmektedir. Isı iletimi yüksek bir "Tungsten Karbür" alaşımından toz metal enjeksiyonu ile imal edilmiş olan torpedo, uç kısmında çapı büyütülen yolluk memesi kanalının içine vidalanmaktadır. Bu sayede aşınma mukavemeti çok yüksek olan Tungsten Karbür torpedonun uç kısmında uzun çalışma süreleri sonunda bir aşınma söz konusu olursa değiştirme imkanı bulunmaktadır. Torpedo yolluk ucuna, malzeme akışında süreksizlik yaratmayacak bir form verilmiş kanatçıklar yardımı ile bağlanmıştır. Torpedonun ucu yolluk giriş ucunun ekseninde bulunmaktadır. Yolluk giriş ucunun dış çapı, enjeksiyonu yapılan parçanın ağırlığına ve et kalınlığına göre 0.6-3.0mm arasında seçilerek kalıpçı tarafından kalıba işlenilmektedir.

Şekil-2 A Kalıp montaj detayı


Şekil-2 B Sıcak yolluk memesi ucuna vidalanmış torpedo ucun kesit fotoğrafı

Şekil-2: Mold Masters firmasının torpedo tasarımı.