Plastik ürünler için toleransların, kontrol edilebilen enjeksiyonla kalıplama değişkenleriyle teorik ve deneysel ilişkilendirilmesi
A theoretical and experimental relationship establishment between the tolerances of a plastic part and the controllable injection molding variables
Yazar: SAMAD TAGHIZADEH GAVGANI
Danışman: PROF. DR. AHMET ÖZDEMİR ; DOÇ. DR. ONURALP ULUER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ASTM D955-08 standardı, enjeksiyonla kalıplanan plastik parçaların kalıptan çıktıktan sonraki ilk 48 saatlik zaman sürecinde şekil değiştirmeye devam ettiğini ve bu nedenle, kalıptan çıkar çıkmaz parçaların "ret" veya "kabul" onayının ya da kararının verilemeyeceğini vurgulamaktadır. Özellikle insansız üretim sistemlerinde, robotların kalıplama sonrasında ürünleri hangi kategoride değerlendireceğinin programlanabilmesi için parçanın son şeklinin hemen kalıplama sonrasında tahmin edilebiliyor olması çok önemlidir. PP ve YYPE malzemeler için, kalıplama sırasında ölçülen kalıp içi basınç ve sıcaklık verilerinden elde edilen veriler kullanılarak, numunenin kalıplamadan 48 saat sonraki geometrik ve boyutsal toleranslarını kalıplama ile eş-zamanlı tahmin edebilen YSA modelleri oluşturulmuştur. Ayrıca, PP ve YYPE malzemeleri için enjeksiyon parametreleri ile kalıp içi gerçek basınç ve sıcaklık profillerinin ilişkisi de incelenmiştir. Kalıp sıcaklığı, ergiyik sıcaklığı, enjeksiyon hızı, enjeksiyon basıncı ve ütüleme basıncı ayarlanabilen kalıplama değişkenleri olarak kabul edilmişlerdir. Tüm deneylerde kalıp içi basınç ve sıcaklık değişimi, algılayıcılar ile ölçülmüştür. Elde edilen "basınç-zaman" ve "sıcaklık-zaman" profillerinden en yüksek ergiyik basıncı, en yüksek basınca ulaşma süresi, "basınç-zaman" profilinin integrali, en yüksek ergiyik temas sıcaklığı ve "sıcaklık-zaman" profilinin integrali veriler olarak dikkate alınmıştır. Üretilen numunelerde boyutsal ve geometrik toleranslar, CMM ile ölçülmüştür. Birinci aşamada kullanılan her iki malzeme için eğitim deneylerinde kullanılan kalıplama değişkenlerinin değerleri ile kalıp içinde ölçülen değerler arasındaki ilişki grafiklerle ifade edilmiştir. Bir sonraki adımda, eğitim deneylerinden elde edilen kalıp içi basınç ve sıcaklık profilleri ve bu profillerden elde edilen veriler girdi olarak kullanılarak kalıplamadan 48 saat sonraki iç çap, dış çap, kalınlık, iç çap daireselliği, dış çap daireselliği, düzlemsellik ve eş-merkezlilik olmak üzere seçilen numunenin geometrik ve boyutsal toleranslarını daha kalıplama aşamasında tahmin eden YSA modelleri eğitilmiştir. Rastgele Kalıplama değişkenlerinin rastgele değerleri ile yapılan test deneylerinin sonuçları, oluşturulan YSA modellerinin tahmin hata oranını belirlemek için kullanılmıştır ve yüksek doğrulukta tahminlerin yapılabileceği gösterilmiştir. Yöntemin geliştirilerek, enjeksiyon makinası kontrol panellerine entegre edilmesi, kapalı döngü kontrol ile üretim verimliliğinin artırılabileceği anlamına gelmektedir.

Abstract:
ASTM D955-08 standard emphasizes that the injection-molded part continues to shrink within the first 48 hours after the ejection, therefore the "accept" or "reject" decision of a part based on its quality, cannot considered immediately after the ejection. Especially in unmanned production systems, for programming the robots to classify the parts, the estimation of the product final shape instantly after molding is very important. For PP and HDPE materials, real-time ANN models, which predict the geometrical and dimensional tolerances of the molded part after 48 hours from the ejection were created using in mold actual pressure and temperature data during molding. Moreover, the relationship between the injection parameters and the actual pressure and temperature profiles of cavity for PP and HDPE materials were investigated. Mold temperature, melt temperature, injection speed, injection pressure and holding pressure were determined as the controllable injection variables. During experiments, the special sensors measured the in-mold pressure and temperature. The highest melt pressure, time to reach maximum melt pressures, pressure-time profile integral, maximum melt contact temperature and temperature-time profile integral were extracted from the measured actual pressure-time and temperature-time profiles. Dimensional and geometrical tolerances of the molded part were measured using CMM. In the first step, the relation between the process set-values and the actual cavity data for both of the used materials are graphically expressed. In the next step, ANN models were trained using the education experiments which are the results of the measured actual cavity pressure and temperature profiles as inputs to obtain as outputs for inner and outer diameter, thickness, inner and outer diameter circularity, flatness, angularity and concentricity of the specimens after 48 hours from ejection. To indicate the estimated error of the ANN models, results of the test experiments were used and it is pointed out that reliable estimation results can be carried out. Integration of developed method to injection molding machine control panels means to increase production efficiency with the closed loop control.