Sonlu elemanlar yöntemi ile plastik enjeksiyon sürecinde çarpıklık analizi: Otomobil tampon destek parçası örneği
Warpage analysis in plastic injection molding using the finite element method: A case study on an automobile bumper bracket
Yazar: AYŞE HAZAL CEYLAN
Danışman: DOÇ. DR. BÜLENT KAYA
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enjeksiyon kalıplamada çarpıklık, kalıplanmış bir plastik parçanın, genellikle enjeksiyon kalıplama döngüsündeki soğutma işlemi sırasında ortaya çıkan deformasyonudur. Çarpılma, özellikle ince cidar ve uzun parçaların plastik enjeksiyon kalıplamasında sık karşılaşılan kalite sorunlarından biri olarak karşımıza çıkar. Bu problem çoğu zaman engellenemez ancak, belirli toleranslar, geometrik limitler içinde tutulabilir. Bu tolerans bandının genişliğinin tahmini, yani deformasyon miktarı kalıp imalatçısı tarafından mutlaka ön görülmelidir. Bu kapsamda, elbette kalıp üzerinde iyi tasarlanmış bir soğutma ağına ek olarak, geometriye eklenen federler, bunların konumları ve et kalınlıkları etkili olmaktadır. Bu çalışmada, ön tampon parçası tutucu fikstür vazifesi gören polipropilen (PP) malzemeden üretilen hedef bir geometri üzerinde, Solidworks Plastics yazılımı vasıtasıyla çarpılma analizleri gerçekleştirildi. Çalışmada öncelikle PP malzeme için bir çarpılma analizi gerçekleştirildi. Çıkan analiz sonuçlarına göre, üreticinin daha düşük sapma oranları talebi nedeniyle PP malzemenin, %10, %20 ve %30 elyaf katkılı durumu üzerinde de analizler gerçekleştirildi. Çıkan çarpılma analizlerinde, elyaf katkısının çarpılma üzerinde olumlu etkileri gözlendiğinden, parça %30 katkılı olarak üretildi. FEM simülasyonuna göre elde edilen çarpılma sonuçlarını, enjeksiyon baskı ile üretilen gerçek parçayı mukayese etmek için, imal edilen parça optik bir tarayıcı ile tarandı. Geomagic Control X yazılımı vasıtasıyla, analiz sonucundaki çarpılma ile elde edilen 3 boyutlu geometri ile optik tarama sonuçlarından elde edilen 3 boyutlu ağ yapısı mukayese edilerek, yakınsama oranları bu çalışma ile sunulmaktadır. 
Anahtar Kelimeler: Plastik enjeksiyon, Çarpılma, Çarpıklık simülasyonu, Solidworks Plastics, Sonlu elemanlar yöntemi

Abstract:
Warpage is the deformation of an injecting molded plastic part, usually occurring during the cooling process in the injection molding cycle. Warpage is a common quality problem, especially in injection molding of thin-walled and long parts. This problem cannot be prevented most of the time, but it can be kept within certain tolerances within geometric limits. The estimation of the band width of this tolerance band, in other words the amount of part deformation, must be predicted by the mold manufacturer. In this context, of course, in addition to a well-designed cooling network on the mold, the ribs added to the geometry, their positions and wall thicknesses are also important. In this study, warpage analysis was performed on a target geometry of polypropylene (PP) material, which serves as a front bumper part holding fixture by using Solidworks Plastics software. In the study, a warpage analysis was first performed for the PP material. According to the analysis results, due to the manufacturer's demand for lower deflection rates, the analysis was also carried out on the PP material with 10%, 20% and 30% fiber filling. Since the resulting warpage analysis showed positive effects of fiber filling on the warpage, the part was produced with 30% filling. In order to compare the warpage results obtained from the FEM simulation with the actual part produced by injection molding, the manufactured part was scanned with an optical scanner. By utilizing Geomagic Control X software, the 3D geometry obtained from the distortion of the analysis result and the 3D mesh structure obtained from the optical scan data are compared and the convergence rates are presented in this study. 
Keywords: Plastic injection, Warpage , Warpage simulation, Solidworks Plastics, Finite element method (FEM)