Erkan Kahraman
Gazi Üniv. Teknik Eğitim Fak. Makine Böl.
Mayıs 2005

ÖZET

Son yıllarda günümüz teknolojisinde hacim kalıplarında plastiklerin şekillendirilmesi sıcak yolluk sisteminin önemli ölçüde enerji, işçilik ve malzeme kazançlarının yanında bir çok avantajlar getirmesi nedeniyle kullanımı giderek artmaktadır. Sıcak yolluk sistemi sağladığı avantajların yanı sıra kendine has özellikleri ve gereksinimleri vardır. Bu makale; Sıcak yolluk sisteminin genel tanımı, ihtiyaçları ve avantajları literatür araştırması yapılarak hazırlanmıştır.

1. GİRİŞ

Sıcak yolluk sistemi son yıllarda plastik enjeksiyon kalıpçılığında soğuk yolluk (normal yolluk) sistemine göre daha fazla tercih edilmeye başlanmıştır. Plastik enjeksiyon kalıpçılığında sıcak yolluğun soğuk yolluğa göre daha fazla tercih edilmesini yüksek kaliteli ürün alma isteği, daha kısa sürede daha çok iş yapabilme ve işçilik giderlerinin azaltılması olarak şekilde kısa özetleyebiliriz.

Sıcak yolluk sistemi; Plastik enjeksiyon kalıplarında enjeksiyon makinesinin memesinden plastik enjeksiyon kalıp gözüne kadar ergimiş plastik malzemeyi sıcaklık, basınç kaybı olmadan ve hasara uğramadan kontrollü bir şekilde bekletme ve istenildiğinde kalıp gözüne enjekte etme sistemidir. Şekil 1.'de sıcak yolluk sistemini oluşturan başlıca elemanları görebilmekteyiz (1).

Şekil 1. Sıcak yolluk sistemini oluşturan elemanlar (2).

1. Kalıp gözü taşıyıcı plakası
2. Ara plakası
3. Destek plakası
4. Bağlama (Sıkma) plakası
5. Yalıtım (zolasyon) plakası
6. Merkezleme halkası
7. Takviye plakası
8. Sıcak yolluk dağıtıcısı (Manifold)
9. Isı reflektörü (reflektör plakası)
10. Destek halkası (rondela)
11. Destek halkası (rondela)
12. Kapama tapası
13. Merkezleme plakası
14. Yolluk burcu
15. Filtre tertibatı (malzeme filtresi)
16. Isıtıcı (spiral rezistans)
17. Havşa başlı vida
18. Vidalı emniyet pimi
19. Vidalı tapa
20. Silindirik saplama
21. Silindirik saplama
22. Yüksek güçlü ısıtıcı (fişek rezistans)
23. Termoeleman (sıcaklık ölçer)
24. Bağlantı kutusu
25. Yüksek verimli meme
26. Metal O-Halkası
27. Kalıp gözü tertibatı
28.O-Halkası

2. SICAK YOLLUK SİSTEMİNDE KULLANILAN ELEMANLAR

Sıcak yolluk sistemi için gerekli olan kullanılan elemanları; Thermocoupler (Sıcaklık kontrol elemanları), Sıcaklık kontrol cihazları, Isıtıcılar (Dağıtıcı ve meme ısıtıcıları), Sıcak yolluk memesi ve Sıcak yolluk dağıtıcısı (manifold) olarak beş ana gruba ayırabiliriz (Şekil 2). (1)

Şekil 2. Sıcak yolluk sisteminin kesiti (3)

2.1.Manifold (Sıcak yolluk dağıtıcısı):

Sıcak yolluk dağıtıcısının (manifold Şekil 1-8) amacı, ergiyik plastik malzemeyi yolluk burcundan (Şekil 1-14) alarak en az basınç kaybıyla ve aynı sıcaklıkta memelere (Şekil 1-25) iletimini sağlamaktır (4).
Enjekte edilmiş malzeme ısıtıcılar ve termokupollar sayesinde eriyik halde ve olumsuz sıcaklık değişimi olmadan kalır. Manifoldlar genelde H, I ve X tipli olarak bulunmaktadır (Şekil 3). Bazı durmalarda bu temel tipleri kullanarak değişik kombinasyonlarda manifold sistemleri oluşturulabilir. Manifold tipi belirlerken hedef mümkün olduğu kadar eşit akış sağlamaktır. Genelde ideal manifold göz sayıları 2-4-8-16 ve 32'lidir. 3-6 ve 12'li gözler dengesiz akışa neden olduğu için tercih edilmez (4).

Şekil 3. Çeşitli manifold şekilleri (4)

2.2.Isıtıcılar (Dağıtıcı ve meme rezistansı):

Sıcak yolluk sisteminde kullanılan ısıtıcıları

a-) Spiral rezistanslar,
b-) Fişek rezistanslar ve
c-) Flexible ısıtıcılar

olarak üç grup da inceleyebiliriz.

a-) Spiral rezistanslar:

Sıcak yolluk memesinin üzerinde kullanılan (Şekil 1-16) ve plastiği ısıtmada kullanılan ısıtıcıdır. Spiral rezistanslar thermocoupleli ve thermocouplesiz olarak silindirik, kare ve dikdörtgen tel kesitlerinde ihtiyaca göre çeşitli çap, boy ve wattlar da üretilebilir. Plastik enjeksiyon kalıpların da en çok daha fazla temas yüzeyine sahip olması ve iyi bir ısı iletimi gerçekleştirebilmesi nedeniyle dikdörtgen spiral rezistanslar daha fazla tercih edilir (5).

b-) Fişek rezistanslar:

Seçilen manifold tipine göre çeşitli çap, boy ve wattlar da üretilen fişek rezistanslar sıcak yolluk dağıtıcısını ısıtmak amacı ile kullanılır (Şekil 1-22). Fişek rezistanslardan en iyi şekilde verim alabilmemiz için fişek rezistansların manifolda takılacağı yuva pisliklerden arındırılmış ve H7 toleransında işlenmiş olmalıdır (5).

c-) Flexible ısıtıcılar:

Fişek rezistanslara alternatif olarak sıcak yolluk dağıtıcılarının ısıtılmasında kullanılır. Homojen bir ısıtma yaptığından daha avantajlıdır. Montajı ve bozulma sonrası değiştirmesi fişek rezistanslara göre daha zordur. Manifold formuna göre flexible ısıtıcıları kıvırırken belirli radyüslere uyulmalıdır. Flexible ısıtıcılar keskin köşeli olarak kıvrılmamalıdır (5).

Şekil 4. Dağıtıcı ve meme ısıtıcıları

2.3.Sıcaklık kontrol cihazı:

Sıcak yolluk sistemlerinde ısı kontrolünü sağlayan kontrol sistemidir. Sıcak yolluk kontrol üniteleri mutlaka PID kontrollü, toplam rezistans wattını kaldıracak güçte ve FeCuNi termocuople uygun olmalıdır. Mümkün olduğunca ısı kontrol sisteminin hassasiyeti ±1° olmalıdır. Ayrıca sıcaklık kontrol cihazı ısıyı ağır ağır yükseltmelidir. Çünkü sıcak yolluk sistemi de kullanılan rezistanslarının içerisinde yalıtım malzemesi olarak kullanılan magnezyum oksit tozu, üzerine nem çekme özelliği taşıyan bir malzemedir. Özellikle soğuk havalarda magnezyum oksit tozunun özelliğinden dolayı rezistansların üzerinde nem tanecikleri birikir. Ani bir ısıtma durumunda bu nem tanecikleri aniden buharlaşarak rezistansların üzerine basınç uygular bu oluşan basınçta rezistansların ömrünü %50 oranında azaltır. İdeal bir ısı kontrolü sağlamak için her göze bir ısı kontrol sistemi kullanılmalıdır (Şekil 5) (5).

Şekil 5. Çeşitli ısı kontrol sistemi parçaları

2.4.Sıcak yolluk memesi:

Sıcak yolluk sisteminin en önemli elemanı olan sıcak yolluk memesi düz uçlu ve iğne uçlu olarak iki tipte bulunur (Şekil 6). Düz uçlu memelerin montajı iğne uçlu memelere göre daha kolaydır. Kolay olmasına rağmen baskı sonrası parça üzerinde itici izine benzer izler bırakır. İğne uçlu memede ise baskı sonrası parçada nokta şeklinde daha estetik bir iz kalır. Fakat tıkanması durumunda memeyi sökmek gerektiği gibi montajı daha zor ve hassasiyet gerektirir (5).

Şekil 6. Sıcak yolluk sisteminde kullanılan memelerin basit görünümleri

2.5.Thermocoupler (Sıcaklık kontrol elemanı):

Sıcak yolluk memelerinde ve manifoldlarda ısıyı ölçmek için kullanılır. Bir tanesi Demir (Fe) diğeri, Nikel Bakır (Ni-Cu) karışımından oluşan iki kablodan oluşur. Bu iki kablonun ucu termo elemanın uç noktasında birleşir. Thermocouple ısı kontrol cihazına sinyal gönderir ve cihaz bu sinyale göre manifold ve memelerin ısını gösterir. Memelerin ve manifoldların ısısını kontrol edebilmek için mutlaka thermocoupler kullanılmalıdır (Şekil 7) (5).

Şekil 7.Thermocouple örnekleri

3. SICAK YOLLUK SİSTEMİNİN İHTİYAÇLARI

Plastik enjeksiyon sistemlerinde sıcak yolluk sistemi kullanımı diğer yolluk sistemine ek olarak bir çok detay ve hassasiyet gerektirmektedir. Bunları sırası ile inceleyelim.

3.1. Saf (temiz) ham madde kullanımı:

Sıcak yolluk sistemi kullanarak tasarlanmış olan plastik hacim kalıplarında kullanılacak ham malzeme yabancı maddelerden arındırılmış, nemden uzak olmalıdır. Bu özellikler baskı kalitesini artırdığı gibi sıcak yolluk sisteminin de ömrünü artırır (6).

3.2. Hassas sıcaklık kontrolü:

Sıcak yolluk sisteminde sabit sıcaklığın sağlanması gerekmektedir. (Örneğin: PID kontrollü) İyi bir sıcaklık kontrol cihazı, yüksek reaksiyon hızına sahip, otomatik parametre düzeltme, ısıtıcının yumuşak harekete geçmesi (soft start özelliği) ve doğru yapılmış kablo bağlantı düzeneği gibi özelliklere sahip olması gerekir. Enjeksiyon sırasında yolluk girişindeki oluşabilecek, sıcaklık dalgalanmalarına izin vermemek için sıcaklık kontrol cihazlarının hızlı ve hassas bir geri besleme özelliğine sahip olması gerekir (6).

3.3. İyi bir kalıp tasarımı:

Sıcak yolluklu kalıplarda kullanılan manifold plakasının sertliği 35-42 HRc, ve yolluk giriş bölgesindeki kalıp çeliğinin kalitesi en az 1, 2344 ve 48-50 HRc olmalıdır (3).

Sıcak yolluk kullanılarak yapılan kalıp tasarımlarında soğutucu kanaların konumu sıcak yoluk sistemi göz önüne alınarak yapılmalıdır. Memelerin soğutulması üst kısımdan değil memelerin uç kısımdan yapılmalıdır (Şekil 8) (6).

Şekil 8. Memelerin soğutulması için uygun kanal konumları (6)

Ayrıca sıcak yolluk sistemleri kullanılan kalıplarda ölçü ve toleranslar, hava boşlukları, sıcak yolluk sisteminin montajında kullanılacak vida tipi, boyutu, adedi, montaj yöntemi, sıkma torkları tamamen sıcak yolluk üreticisinin tasarımına uygun ve önerdiği şekilde olmalıdır. Bu şekilde yapılmış bir tasarım kaliteyi artıracaktır (3).

3.4. Kalıp üretiminde yapılması gerekenler:

Yolluk giriş bölgesinde EDM işlemi uygulanmamalı, uygulanır ise, eliğin sertleşip kırılganlaşmasını önleyecek düşük amperlerin kullanıldığı parlatma kalitesindeki bir erozyon işlemi yapılmalıdır. Bu bölgedeki çelikte sertleşme yaratabilecek hiç bir nitrürasyon ve krom kaplama gibi işlemlerde uygulanmamalıdır. Enjeksiyon yapılan malzemenin gerektirdiği kalıp sıcaklığı 40°C' nin üzerinde ise kalıbın bağlantı plakasının üzerinde bir izolasyon plakası kullanılmalıdır. Herhangi bir nedenle su veya hidrolik kaçağının manifold plakası içindeki ısıtma ve ölçme kabloları ile teması ve kısa devre olasılığı azaltmak amacı ile manifold plakasının alt kısmında (kalıbın alt tarafında) boşaltma delik veya kanalları açılmalıdır (3).

Özellikle çok gözlü kalıplarda kalıbı enjeksiyon makinesinden sökmeden, yolluk giriş uçlarına ve sıcak yolluk memelerine kolayca erişebilmek için kalıbın dişi plakasını erkek plakasına sabitleyebilecek bir kilit sistemi yapılmalıdır (3).

3.5. Kalıbın üretime hazırlanması:

Sıcak yolluk sistemindeki manifold ve sıcak yolluk memeleri için kullanılan her sıcaklık kontrol cihazı için ayrı sıcaklık kontrol kartı kullanılmalıdır. Kalıbı prese bağlamadan önce tüm ısıtıcı ve sıcaklık ölçerlerin, kablo bağlantılarında kopukluk ve kısa devre olup olmadığı kontrol edilmelidir. Isıtıcı resistansların da kopukluk olmadığı daima ohmmetre ile kontrol edilmeli. Isıtıcının ohm değeri, ısıtıcının teknik resminden kontrol edilmeli. Isıtıcı tel ile topraklama hattı arasında hiç bir ohm değeri okunmamalıdır. Nem almış ısıtıcılarda Megaohm değerleri (250 Kohm - 10 Mohm) görülebilir. Bu durumda ısıtıcılar kurutulana kadar 100-120 0 C arasında ısıtılmalıdır. Sıcak yolluk sisteminin, "sıcaklık kontrol cihazı" ile bir ön ısıtmaya tabii tutulması önerilir. İzolasyonun resistansı 250 Kohm değerinin altında ise ısıtıcıya hiç bir zaman tüm güç uygulanmamalıdır. Sıcaklık ölçer kablolarının "+" ve "-" uçları ohmmetre ile kontrol edilmeli. Sıcaklık ölçerin ucuna ısı uygulandığında ohmmetre ibresi hareket etmiyor ise sıcaklık ölçer değiştirilmelidir. Sıcaklık ölçerin uzunluğuna göre ohmmetre de 9 ila 25 ohm arasındaki değerler okunmalıdır. Daima "Soft Start" özelliği olan sıcaklık kontrol cihazı kullanılmalıdır. Enjeksiyondan önce sıcak yolluk sistemi ısıtıcı bağlantı şeması gözden geçirilerek, bölge numaralarına göre hangi sıcak yolluk memesinin hangi kalıp bölgesinde olduğu ve sıcaklık kontrol cihazının hangi ısıtıcı bölgesine bağlı olduğundan emin olunmalıdır. Isıtıcı bağlantı şeması sıcak yolluk kalıplarında, kalıp üzerine monte edilebilen bir plaka üzerine işlenmelidir (3).

3.6. Kalıbın üretim sırasında yapılması gerekenler:

Enjeksiyon makine meme çapı, sıcak yolluk sisteminin malzeme giriş çapından küçük olmalıdır. Yolluk girişine iyi oturmayan makine memesi, malzemede yüksek kesme gerilmelerine, basınç kayıplarına ve renk değişimlerinde problem yaratacak ölü bölgelere neden olacağı için buna dikkat edilmelidir. Tüm su bağlantıları, var ise hidrolik ve pnomatik bağlantıları yapılıp test edilmelidir. Hidrolik sistemde hava kalmadığından emin olunmalıdır. Isıl genleşmeler sonucu oluşacak gerilmeler artmaması ve kalıpta hasar veya olası plastik malzeme kaçakları önlemek için sıcak yolluk sistemi kataloglarında çalışma sıcaklığı hiç bir zaman aşılmamalıdır. Enjeksiyona başlamadan önce bütün bölgelerin istenilen çalışma sıcaklığına eriştiği kontrol edilmelidir.

Sıcaklık yolluk sistemi ısıtılırken başlangıçta tüm ısıtıcıların kapalı olması, her bölgenin ayrı ayrı ısıtılarak o bölgedeki sıcaklık ölçerin cevap verdiğinden emin olunması gerekir. Bu işlemin kalıp enjeksiyon presinde tam kapama kuvveti altında iken yapılarak sıkışmış kablo olmadığından emin olunmalıdır. "Valf Gate" li kalıplarda soğutma sularını açtıktan sonra sıcak yolluk sistemi ısıtılmalıdır. Sıcak yolluk sistemi dengeli termal genleşmeler oluşturacak şekilde çalışma sıcaklığına erişebilmesi için kalıpta su devreleri açık iken, sıcak yolluk sisteminin sıcaklığı çalışma sıcaklığının 50-100 0 C daha altına ayarlanıp, sistem bu sıcaklıkta en az 10 dakika tutulmalıdır. Sıcak yolluk sisteminin sıcaklığı, makine vida sıcaklığından farklı olmamalıdır. Makine vidasından yolluk giriş ucuna kadar eşit bir sıcaklık profili sağlanmalıdır. Kalıp sökülür iken de önce sıcak yolluk sisteminin ısıtıcıları kapatılmalı, kalıp oda sıcaklığına soğuduktan sonra soğutma suları kapatılıp kalıp presten indirilmelidir (3).

4. SICAK YOLLUK SİSTEMİNİN HACİM KALIPLARINA ETKİLERİ

Sıcak yolluklu kalıp tasarımında yukarıda belirttiğimiz hususlara uyduğumuz taktirde bu sistemin bizlere sağlayacağı yaraları kısaca inceleyelim.

4.1. Kaliteli ürün; Normal yolluk sistemiyle yapılan kalıplarda yolluk kısmı hemen donup sertleştiği için, en uçtaki ürün ikinci ütüleme basıncından etkilenmez. Bu durumda basınç sadece yolluğu etkiler. Sıcak yollukta ise böyle bir durum söz konusu değildir. Plastik sıcaklığı istenilen şekilde kontrol edilebildiği için ikinci ütüleme basıncı ürünün en uç noktasını etkileyeceği için parçada çöküntüler, hava kabarcıkları ve basınç eksikliğinden dolayı doğabilecek tüm problemler büyük ölçüde azaltılmış olur (5).

4.2. Zamandan tasarruf; Sıcak yolluklu kalıplarda yolluk bulunmadığından kalıp açılma aralığı sadece ürünün çıkabileceği kadar olduğu için zamandan tasarruf edilir (5).

4.3. İşçilikten tasarruf; Sıcak yolluk sisteminde soğuk yoluk sistemlerinde olduğu gibi baskı sonrası yolluk kırma ayırma işlemleri olmadığı için kırma ve ayırma işçiliğinden tasarruf edilir. Ayrıca çoğu sıcak yolluk sistemi otomatik çalıştırıldığından 2-3 makineye bir eleman bakabilir (5).

4.4. Alandan tasarruf; Baskı sonrası sadece çıkan ürünü depolamak gerekecek, yolluk ve benzeri artık malzemeler olmadığından alandan tasarruf sağlanmış olacaktır.

4.5. Makine Ömrü; Sıcak yolluk sisteminde, soğuk yolluk sistemine göre daha az basınç uygulandığından makine daha az yıpranmış olur.

4.6. Makineden tasarruf; Sıcak yoluk sistemi makinenin kapasitesini ortalama %20 oranında artırdığını düşünürsek, soğuk yolluk sistemi kullanarak altı makine ile çalışan bir işletme sıcak yolluk sistemi kullanarak çalışsa beş makine ile çalışması yeterli olacaktır. Böylece bir makine boşa çıkmış olur (5).

SONUÇ

Plastik enjeksiyon kalıplarında sıcak yolluk sisteminin kullanımı bilgi, kalifiye işçilik ve özen gerektiren hassas bir sistem olmasının yanında ilk bakışta maliyeti yüksek gibi görünse de, sistemin makineden, zamandan, işçilikten ve hurda malzemeden sağladığı tasarrufları göz önüne aldığımızda sıcak yolluk sisteminin daha tasarruflu ve daha kaliteli üretim yapabilmemizi sağlayan bir sistem olduğu ortaya çıkmaktadır.

KAYNAKLAR

1. DEMİRER, AHMET, 2002, Plastik Enjeksiyon Kalıplarında Sıcak Yolluk Dağıtıcıların Tasarlanması, Plastik & Ambalaj Teknolojisi, Eylül, Sayı 72
2. DEMİRER, AHMET, 200?, Sıcak Yolluklu Kalıplara Genel Bir Bakış, Plastik & Ambalaj Teknolojisi, Şubat, Sayı 52
3. www.turkcadcam.net/rapor/sicak-yolluk > TurkCADCAM.net / Rapor / Makale > Plastik enjeksiyon kalıplarında sıcak yolluk sistemleri
4. KARASUNGUR, HALİT, - KARATAŞ ÇETİN, Sıcak Yolluk Sistemlerinde Manifold Kullanımı, PAGEV,
5. ELLEZ, SMAİL, 2003, Sıcak Yolluk Sistemi, Plastik & Ambalaj Teknolojisi, Mayıs, Sayı 80
6. DEMİRER, AHMET, SOYDAN YAVUZ, 2004, Plastik Enjeksiyon Kalıplarında Sıcak Yolluk Sisteminden Kaynaklanan Problemlerin İncelenmesi, Plastik & Ambalaj Teknolojisi, Şubat, Sayı 89