Plastik enjeksiyon kalıplarında tabakalı obje imalatı yöntemi ile şekil uyumlu soğutma kanalı üretimi ve deneysel incelenmesi
Production and experimental investigation of conformal cooling channel with layered object manufacturing method in plastic injection molds
Yazar: MUSTAFA GÖKTAŞ
Danışman: PROF. DR. ABDULMECİT GÜLDAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Plastik enjeksiyon = Plastic injection ; Plastik kalıplar = Plastic molds ; Soğutma kanalları = Cooling channels

Özet:
Plastik enjeksiyon kalıplarında soğutma sistemi üretim maliyeti ve ürün kalitesi üzerinde belirleyici bir role sahiptir. Yapılan bu çalışmada plastik enjeksiyon kalıplarında daha verimli bir soğutma sistemi için şekil uyumlu soğutma kanalları kullanılmıştır. Şekil uyumlu soğutma kanallarının oluşturulması için sistematik bir tasarım metodu geliştirilmiştir. Eğimli yüzeylerden oluşan karmaşık geometrili bir plastik parça belirlenerek parça yüzeyini uyumlu bir şekilde takip eden soğutma kanalları tasarlanmıştır. Deneysel çalışma öncesinde Moldflow yazılımı kullanılarak giriş yeri, dolum, ütüleme, çarpılma ve soğuma analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen analiz sonuçlarına göre kalıp tasarımı gerçekleştirilmiştir. Şekil uyumlu spiral kanallara sahip plastik enjeksiyon kalıbı imal edilmek üzere bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Şekil uyumlu soğutma kanallarının üretimi için vakumlu sert lehimleme metodu kullanılmıştır. Kalıp çekirdeklerinin katı modelleri katmanlara bölünerek plakaların üretimi planlanmıştır. Birleşme yüzeyleri taşlanarak parlatılan plakalar bilgisayar denetimli freze tezgâhı ile işlenerek soğutma kanalını oluşturacak boşluklar oluşturulmuştur. Hazırlanan plakalar vakumlu sert lehimleme yöntemi ile birleştirilmiştir. Plakaların birleştirilmesi ile elde edilen ve içinde şekil uyumlu soğutma kanalı bulunan kalıp çekirdekleri bilgisayar denetimli freze tezgâhında tekrar işlenerek kalıp boşlukları oluşturulmuştur. Deneysel olarak karşılaştırmak üzere geleneksel olarak kullanılan doğrusal soğutma kanalları bulunan kalıp çekirdekleri de imal edilmiştir. Üretilen plastik enjeksiyon kalıbı plastik enjeksiyon makinesine bağlanarak baskı denemeleri yapılmıştır. Yapılan deneylerde sıcaklık, soğutma süresi ve plastik parça üzerinde oluşan çarpılma miktarları incelenmiştir. Baskı denemeleri sonucunda şekil uyumlu soğutma kanalı kullanımı ile soğuma süresi %22 oranında kısalırken çarpılma miktarı ise %50 oranında azalmıştır. Yapılan bu çalışma ile şekil uyumlu soğutma kanalı bulunan plastik enjeksiyon kalıbı düşük maliyetli bir yöntem kullanılarak üretilmiş, üretim hızı ve ürün kalitesinde artış sağlanmıştır.

Abstract:
In injection molds, the cooling system has a significant role in production cost and product quality. In this study, conformal cooling channels are used for a more efficient cooling system in plastic injection molds. A systematic design method has been developed to create conformal cooling channels. A complicated geometry plastic part with curved surfaces has been chosen and cooling channels are designed which follow the surface of the parts conformably. Before the experimental study, gate location, filling, packing, warpage and cooling analyzes were performed using Moldflow software. According to the obtained results of the analysis, the mold was designed. The plastic injection mold with spiral conformal channels is modeled using computer-aided design software to manufacture. The vacuum brazing method is used for the production of conformal cooling channels. Solid models of mold cores are divided into layers and production of plates is planned. The plates, which are polished by grinding the joining surfaces, are machined with a CNC milling machine to create gaps to form the cooling channel. The prepared plates were combined with the vacuum brazing method. The mold blocks, which are obtained by joining the plates and which have conformal cooling channels, were re-machined on the CNC milling machine and mold cavities are created. Mold cores with straight cooling channels were also produced to compare experimentally. The produced plastic injection mold was mounted on the plastic injection machine and filling tests were made. In the experiments, temperature, cooling time and warpage on the plastic parts were examined. As a result of the experiments, with the use of conformal cooling channels, the cooling time was reduced by 22% while the warpage decreased by 50%. With this study, the plastic injection mold with conformal cooling channels was produced using a low-cost method and an increase in production speed and product quality was achieved.