Plastik enjeksiyon kalıplarında soğutma sisteminin üretilen parça kalitesi üzerine etkileri
Effects of the cooling system in plastic injection moldson the quality of the produced parts
Yazar: HASRET YAVUZ
Danışman: PROF. DR. ALİ OSMAN KURT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Plastik enjeksiyon kalıpları = Plastic injection molds ; Plastik enjeksiyon makineleri = Plastic injection machinery ; Polipropilen = Polypropylene ; Termoplastik malzemeler = Thermoplastic materials

Özet:
Plastik enjeksiyon, birçok endüstride seri plastik parça üretimi için yaygın olarak 
kullanılan bir yöntemdir. Bu üretim sürecinde, eritilmiş plastik malzeme enjeksiyon 
makinesi aracılığıyla kalıplara enjekte edilir ve ardından soğutularak sertleştirilir.
Soğutma sistemi, bu sertleşme sürecini kontrol etmek ve optimize etmek için kritik bir 
rol oynar. Bu yöntem, plastik parçaların hızlı ve verimli bir şekilde üretilmesini sağlar. 
Plastik enjeksiyon, otomotiv, elektronik, tıp, ambalaj, oyuncak ve daha birçok sektörde 
yaygın olarak kullanılır. Çeşitli plastik malzemeler, farklı tasarımlar ve boyutlar için 
enjeksiyon kalıplama sürecinde kullanılabilir. Plastik enjeksiyon yöntemi, yüksek 
hassasiyet, hızlı üretim, tekrarlanabilirlik ve çeşitli malzemelerin kullanımı gibi 
avantajlarıyla bilinir. Ancak, kalıp tasarımı, malzeme seçimi ve sürecin kontrolü gibi 
faktörler, kaliteyi ve verimliliği etkileyebilir.
Soğutma sistemi, kalıp içerisinde plastik parçanın hızlı, homojen ve kontrollü bir 
şekilde soğumasını sağlamak amacıyla tasarlanmıştır. Bu sistem genellikle kalıp içine 
entegre edilen su kanalları veya soğutma devreleri ile sağlanır. Soğutma suyu veya 
uygun soğutucu sıvılar bu kanallardan dolaşarak malzemenin sıcaklığını düşürür ve 
sertleşmesini hızlandırır.
Üretilen parçanın geometrisine, boyutlarına ve özelliklerine bağlı olarak farklı 
soğutma sistemleri kullanılır. Bu sistemler genellikle kalıplara ek kanallar ekleyerek 
tasarlanır. Ancak bu ek kanalların oluşturulması işçilik gerektirir ve ayrıca sistemin 
maliyetini artırabilir. Bu nedenlerden ötürü, bazı işletmeler soğutma sistemi 
kullanmadan üretim yapmayı tercih edebilirler.
Özellikle küçük boyutlu parçaların üretiminde, soğutma sistemini kullanmamak 
genellikle sorun oluşturmaz. Ancak büyük boyutlu parçaların üretiminde durum daha 
karmaşık hale gelebilir. Büyük parçaların daha kalın bölgeleri ile daha ince bölgeleri 
arasında homojen olmayan soğuma hızları meydana gelir. Bu durum, parçanın fiziksel 
özelliklerinde ve boyutsal doğruluğunda değişikliklere neden olur. Bu çalışma, büyük 
boyutlu plastik parçalarda soğutma sistemi kullanımının olası etkilerini incelemeyi 
amaçlamıştır. Parçanın farklı bölgelerindeki soğuma hızlarının, mekanik dayanıklılık, 
boyutsal tutarlılık ve yüzey kalitesi gibi önemli özellikler üzerindeki etkileri 
araştırılmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, büyük parçaların üretiminde soğutma 
stratejilerinin tasarımına ve optimizasyonuna dair değerli bir perspektif sunabilir.
Üretim Özgürmetal Plastik ve Kalıp San. Firması'nda gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın 
odak noktası, plastik enjeksiyon üretimi sürecinde soğutma sisteminin kullanılmasının 
ve kullanılmamasının parça özellikleri üzerindeki etkilerini incelemektir. Bu inceleme, 
xxii
firmanın kronik sorunlarından biri olan "plastic seat rib (PSR)" parçası üzerinde 
yoğunlaşmaktadır. PSR parçasının soğutma sistemi kullanılmadan üretildiğinde delik 
kısmında oluşan geometrik ve ölçüsel sorunlar, firma için önemli bir zorluktur. 
Bu bağlamda, firma, soğutma sisteminin bu hatalar üzerinde ne kadar etkili olduğunu 
araştırmak amacıyla bu çalışmayı desteklemiştir.
Araştırma kapsamında, polipropilen malzeme kullanılarak aynı parça üretildi. Bir sette 
hızlı soğutma koşulları uygulanırken, diğer sette ise soğutma sistemi kullanılmadı. Her 
iki sette de üretilen parçaların mekanik dayanıklılık, boyutsal doğruluk, kristal yapı 
gibi özellikleri detaylı olarak karakterize edildi. Sırasıyla boyutsal ölçüm, sertlik testi, 
XRD analizi ve Moldflow analizleri gerçekleştirilmişitir.
Yapılan boyutsal ölçümlerde soğutma sistemi kullanılarak ve kullanılmadan üretilen 
parçalardan 2şer adet numune alınarak toplamda kritik olan 7 adet ölçü teknik 
resimdeki değerler baz alınarak ölçülmüştür. Ölçüm yapılan noktaya göre ölçümler 
dijital kumpas ve CMM kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ölçüm sonucundan soğutma 
sistemi kullanılmadan üretilen parçaların kritik olan ölçüsünde (delik çapı) tolerans 
dışında küçük çıkmıştır. Soğutma sistemi kullanılmaması durumunda, plastik 
malzeme daha yavaş ve düzensiz bir şekilde soğur. Bu durumda, parça kalıp içinde 
daha uzun süre kalır ve sıcaklık dağılımı homojen olmaz. Bu, parçanın boyutsal olarak 
küçülmesine neden olmaktadır.
Yine her iki setten alınan 2şer adet numuneye shore sertlik testi uyglanmıştır. Soğutma 
sistemi bağlı iken 60 shore değilen 55 shore ölçülmüştür. Shore sertlik ölçeği 
genellikle 0 ila 100 arasında bir değer alır. 5 Shore'luk bir sertlik değişimi, 5 birimlik 
bir fark anlamına gelir. Ancak, bu tür bir değişiklik genellikle görsel veya fiziksel 
olarak belirgin bir fark yaratmaz. Bu nedenle, 5 Shore'luk bir sertlik değişimi büyük 
bir değişim olarak kabul edilmez ve genellikle parça özelliklerinde göze çarpan bir 
fark yaratmaz. Ancak, her durumda, parçanın kullanım amacı ve gereksinimleri göz 
önünde bulundurulmalıdır. Belirli bir uygulama için gereken sertlik toleransları, 5 
Shore'luk bir değişimin önemli olabileceği durumlar olabilir. Özellikle, bazı hassas 
uygulamalarda, sertlik hassasiyeti daha yüksek olabilir ve daha küçük sertlik 
değişimleri bile önemli olabilir.
Çalışmada yapılan XRD analizi parçaların iki bölgesinden alınarak yapılmıştır. PSR 
parçasının kulak kısmından alınan kesitlerin XRD analizi sonucunda, soğutma sistemi 
kullanılmadan yapılan üretimin kulak ve delik kısımlarını karşılaştırırsak kulak kısmı 
nispeten daha ince olduğundan delik kısmına göre daha hızlı soğuyacaktır fakat farklı 
kristal yapıların oluşmadığı görülmüştür. Yaptığımız çalışmada tek değişken faktör 
soğutma sisteminin varlığı olduğundan farklı kristal yapıları oluşturacak bir etken 
bulunmamaktadır. XRD analizi, kristal yapıların varlığını ve kristal yapıların 
özelliklerini belirleyen bir tekniktir. XRD analizinde, malzeme örnekleri X-ışınlarına 
maruz bırakılır ve bu X-ışınları kristal yapılar tarafından saçılır. X-ışınlarının saçılma 
desenleri, malzemenin kristal yapısı hakkında bilgi sağlar. Kontrolsüz soğutma ve hızlı 
soğutma yöntemleri farklı kristal yapılar oluştursa da XRD analizi sırasında ölçülen 
kristal yapıların saçılma desenleri benzer olabilir. Bu nedenle, kontrolsüz soğutma ve 
hızlı soğutma sonucu üretilen polipropilen örneklerinin XRD analizi benzer sonuçlar 
vermektedir. 
Aynı zamanda Moldflow analizi yapılmıştır. Bu analizde soğutma sistemi kullanılması 
ve kullanılmaması durumları simüle edilmiştir. Yapılan analiz sonrası hacimsel 
büzülme farklılıkları hızlı soğutma sistemi kullanılarak yapılan üretimde, kontrolsüz 
soğutma ile yapılan üretime göre daha fazladır. 
xxiii
Hacimsel büzülmenin tüm parça boyunca tekdüze olmadığına dikkat etmek önemlidir. 
Parçanın farklı alanları, soğutma hızları, parça kalınlığı ve parça geometrisindeki 
farklılıklar nedeniyle değişen seviyelerde büzülme yaşayabilir. 
Bu muntazam olmayan büzülme, parçanın farklı bölgelerinde parça bozulmasına, 
eğrilmeye veya boyutsal değişimlere neden olabilir. Sonuçlar yapılan literatür 
araştırmasını destekler niteliktedir. Soğutma sistemi kullanlan üretimde büzülme oranı 
kullanılmayan üretime göre daha fazladır. Fakat bu farklılık parça geometrisini 
etkilemeyecek seviyededir.
İki üretime ait yüzey ve kalıp sıcaklıklarını gösteren moldflow analizinde soğutma 
sistemi kullanılarak yapılan üretim sonucu yüzey sıcaklığı daha düşüktür. İki üretim 
sonucu da parça da gözle görülür bir yamulma ve çarpılma olmamıştır. 
İki üretime ait yüzey sıcaklık farklılıkları moldflow analizi sonucuna göre soğutma 
sistemi kullanılmadığında parça kontrolsüz olarak soğuyacağından parçada bölgesel 
sıcaklık farklılıkları oluşur. Bu farklılık artık strese neden olur. Bu da parça da et 
kalınlığı fazla olan bölgede çekmeye sebep olur.
Üreticiler, Moldflow analizini kullanarak enjeksiyon kalıplama sürecini simüle ederek 
PP parçalardaki artık gerilimi tahmin edip analiz edebilir ve etkisini en aza indirgemek 
için kalıp tasarımını ve enjeksiyon kalıplama sürecini ayarlayabilir. Bu, minimum
kusur, azaltılmış bükülme ve geliştirilmiş boyutsal doğruluk ile yüksek kaliteli 
parçalarla sonuçlanabilir.
Araştırmanın bulguları, soğutma sistemi kullanımının parça kalitesini önemli ölçüde 
iyileştirebileceğini göstermektedir. Soğutma sistemi, parçaların iç ve dış bölümleri 
arasındaki sıcaklık farkını azaltır ve çekme, yamulma gibi istenmeyen 
deformasyonları azaltır. Ayrıca soğutma sisteminin kullanılması parçanın kalınlığına 
ve geometrisine bağlı olarak parça içindeki gerilmeleri dengeler ve deformasyonları 
önler.
Öte yandan soğutma sistemi kullanılmazsa parçanın soğuma süresi uzar ve homojen 
bir şekilde soğutulamaz. Bu da çekme, eğilme ve deformasyon gibi sorunlara yol 
açabilir. Ayrıca kalıp döngü süreleri daha uzun olabilir ve üretkenlik üzerinde olumsuz 
etkileri olabilir. Bu makalede sunulan bulgular, plastik enjeksiyonda soğutma sistemi 
kullanımının parça kalitesini iyileştirdiğini ve istenmeyen deformasyonları azalttığını 
göstermektedir. Soğutma sisteminin etkili bir şekilde tasarlanması ve optimize 
edilmesi, parça imalat sürecinde önemli bir faktördür ve enjeksiyon kalıplama 
endüstrisinde daha iyi sonuçlar için dikkate alınmalıdır.

Abstract:
Plastic injection is a widely used method for mass production of plastic parts in many 
industries. In this production process, the raw material is injected into the molds by 
means of an injection machine and then hardened by cooling. The cooling system plays 
a critical role in controlling and optimizing this curing process. This method allows 
plastic parts to be produced quickly and efficiently. It is widely used in plastic 
injection, automotive, electronics, medicine, packaging, toys and many more 
industries. It can be used in the injection molding process for various plastic materials, 
different designs and sizes. The plastic injection method is known for its advantages 
such as high precision, fast production, repeatability and use of various materials. 
However, factors such as mold design, material selection and process control can affect 
quality and efficiency.
The cooling system is designed to provide rapid, homogeneous and controlled cooling 
of the plastic part in the mold. This system is usually provided with water channels or 
cooling circuits integrated into the mold. Cooling water or suitable coolants circulate 
through these channels, lowering the temperature of the material and accelerating its 
hardening.
Different cooling systems are used depending on the geometry, dimensions and 
properties of the produced part. These systems are often designed by adding additional 
channels to the molds. However, creating these additional channels is labor-intensive 
and can also increase the cost of the system. For these reasons, some businesses may 
prefer to produce without using a cooling system.
Especially in the production of small-sized parts, not using the cooling system is 
usually not a problem. However, in the production of large-sized parts, the situation 
can become more complex. Inhomogeneous cooling rates occur between the thicker 
regions and the thinner regions of large parts. This causes changes in the physical 
properties and dimensional accuracy of the part. This study aimed to examine the 
possible effects of using a cooling system on large plastic parts. The effects of cooling 
rates in different parts of the part on important properties such as mechanical strength, 
dimensional consistency and surface quality were investigated. The results of this 
study can offer a valuable perspective on the design and optimization of cooling 
strategies in the production of large parts.
Production carried out Özgürmetal Plastik ve Kalıp San. company. The focus of the 
study is to examine the effects of using and not using the cooling system on the part 
properties in the plastic injection production process. This review focuses on the 
"plastic seat rib (PSR)" part, which is one of the company's chronic problems. When 
the PSR part is produced without using the cooling system, the geometric and 
dimensional problems that occur in the hole part are an important challenge for the 
xxvi
company. In this context, the company supported this study in order to investigate how 
effective the cooling system is on these faults.
Within the scope of the research, the same piece was produced using polypropylene 
material. While rapid cooling conditions were applied in one set, no cooling system 
was used in the other set. The properties of the parts produced in both sets, such as 
mechanical durability, dimensional accuracy, and crystal structure, were characterized 
in detail. Dimensional measurement, hardness test, XRD analysis and Moldflow 
analysis were carried out, respectively.
In the dimensional measurements, 2 samples were taken from the parts produced with 
and without the cooling system, and 7 critical dimensions were measured based on the 
values in the technical drawing. According to the measurement point, measurements 
were made using digital caliper and CMM. As a result of the measurement, the critical 
dimension (hole diameter) of the parts produced without the use of a cooling system 
was out of tolerance. If the cooling system is not used, the plastic material cools more 
slowly and unevenly. In this case, the part stays in the mold longer and the temperature 
distribution is not homogeneous. This causes the part to shrink in size.
Shore hardness test was applied to 2 samples taken from both sets. Measured 55 Shore 
with the cooling system connected and 60 shore disconnected. The Shore hardness 
scale usually takes a value between 0 and 100. A hardness change of 5 Shore means a 
difference of 5 units. However, such a change usually does not make a noticeable 
difference, either visually or physically. Therefore, a hardness change of 5 Shore is not 
considered a big change and does not usually make a noticeable difference in part 
properties. However, in any case, the intended use and requirements of the part must 
be considered. The hardness tolerances required for a particular application may be 
where a 5 Shore variation can be significant. In particular, in some sensitive 
applications, the hardness sensitivity can be higher and even smaller hardness 
variations can be significant.
The XRD analysis made in the study was made by taking two regions of the parts. As 
a result of the XRD analysis of the sections taken from the ear part of the PSR part, if 
we compare the ear and hole parts of the production without the use of a cooling 
system, it is seen that the ear part will cool faster than the hole part because it is 
relatively thinner, different crystal structures are not formed. Since the only variable 
factor in our study is the presence of the cooling system, there is no factor that will 
create different crystal structures. XRD analysis is a technique that determines the 
existence and properties of crystal structures. In XRD analysis, material samples are 
exposed to X-rays and these X-rays are scattered by the crystal structures. The 
scattering patterns of X-rays provide information about the crystal structure of the 
material. Although uncontrolled cooling and rapid cooling methods produce different 
crystal structures, the scattering patterns of crystal structures measured during XRD 
analysis may be similar. Therefore, XRD analysis of polypropylene samples produced 
as a result of uncontrolled cooling and rapid cooling gives similar results.
At the same time, Moldflow analysis was performed. In this analysis, the situations of 
using and not using the cooling system are simulated. After the analysis, the volumetric 
shrinkage differences are higher in the production using the rapid cooling system than 
in the production made with uncontrolled cooling. It is important to note that the 
volumetric shrinkage is not uniform throughout the entire piece. Different areas of the 
part may experience varying levels of shrinkage due to variations in cooling rates, part 
thickness, and part geometry.
xxvii
This non-uniform shrinkage can cause part distortion, warping, or dimensional 
changes in different parts of the part. The results support the literature research. The 
shrinkage rate in the production using the cooling system is higher than the production 
without using the cooling system. However, this difference is at a level that does not 
affect the geometry of the part.
In the moldflow analysis, which shows the surface and mold temperatures of the two 
productions, the surface temperature is lower as a result of the production using the 
cooling system. As a result of both production, there was no visible warping or 
distortion in the part.
According to the results of the moldflow analysis of the surface temperature 
differences of the two productions, when the cooling system is not used, the part will 
cool uncontrollably, and regional temperature differences occur in the part. This 
difference now causes stress. This causes shrinkage in the part with high wall 
thickness.
By simulating the injection molding process using Moldflow analysis, manufacturers 
can predict and analyze residual stress in PP parts and adjust the mold design and 
injection molding process to minimize its impact. This can result in high quality parts 
with minimal defects, reduced bending and improved dimensional accuracy.
The research findings show that the use of cooling system can significantly improve 
part quality. The cooling system reduces the temperature difference between the inner 
and outer parts of the parts and reduces undesirable deformations such as shrinkage 
and warping. In addition, the use of the cooling system balances the stresses in the part 
and prevents deformations depending on the thickness and geometry of the part.
On the other hand, if the cooling system is not used, the cooling time of the part is 
prolonged and it cannot be cooled homogeneously. This can cause problems such as 
shrinkage, bending and deformation. Also, die cycle times can be longer and have a 
negative impact on productivity. The findings presented in this article show that the 
use of cooling system in plastic injection improves part quality and reduces undesirable 
deformations. Effectively designing and optimizing the cooling system is an important 
factor in the part manufacturing process and should be considered for better results in 
the injection molding industry.