Enjeksiyon Edilmiş Plastiğin Soğutulması İşleminin Optimizasyon Çalışması

Öz

Kalıp içi soğutma işlemi plastiklerin imalatında önemli bir yer tutmaktadır. Bu yüzden optimum koşulların tespit edilmesi maliyet ve süre açısından ciddi bir öneme sahiptir. Bu noktada simülasyon programları günümüzde bu açığı kapatmaktadır. Deneysel üretim yapılmadan önce mutlaka tasarımın simülasyonu yapılmalıdır. Kalıp tasarlanırken soğutma kanallarının yeri, konumu, çapı, şekli ve özellikleri son derece önemlidir. Çünkü enjeksiyon kalıbındaki plastik malzeme yavaş bir şekilde soğutulursa üründe oluşabilecek çatlak ve gerilme riski en aza düşürülmüş olur. Bu çalışmada soğutma işleminde farklı parametrelerin (akışkan debisi, yüzey pürüzlülük değeri, kanal içi çap) ürün soğutulması üzerindeki etki yüzdeleri hesaplanmıştır. Optimum soğutma koşulları yüzey pürüzlülük değeri 2.5 mm, akışkan debisi 8lt/dk ve kanal çapı 1cm olarak elde edilmiştir. Soğutma işleminde en fazla katkıyı akışkan debisi (%83) sağlamıştır. Optimum koşulda kalıbın 300 saniyede 170◦C soğuduğu görülmüştür. Sonuç olarak pürüzlülük ve debinin artışı ile kalıbın daha kısa sürede soğuduğu tespit edilmiştir. Ancak kanal çapının artışı ile kalıbın daha geç soğuduğu gözlenmiştir. Son olarak analizden elde edilen sonuçlar ile Taguchi analizinin doğrulama çalışması yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Comsol
• Soğutma
• Enjeksiyon kalıbı
• Taguchi
• Optimizasyon.

Optimization Study of The Process of Cooling Injected Plastic

Abstract

The cooling of injection-molded process has an important place in the production of plastics. Therefore, determining the optimum conditions is of great importance in terms of cost and time. At this point, the significant of simulation programs is increasing. The design must be simulated before the experimental production is made. The location, diameter, shape and properties of the cooling channels are extremely important when designing the mold. Because if the plastic material in the injection mold is cooled slowly, the risk of cracking and stresses that may occur in the product is minimized. In this study, the effect percentages of different parameters (fluid flow rate, surface roughness value, channel diameter) on product cooling in the cooling process were calculated. Optimum cooling conditions were obtained as surface roughness value of 2.5 mm, fluid flow rate of 8lt/min and channel diameter of 1cm. Fluid flow rate (83%) contributed the most in the cooling process. It was observed that the mold cooled to 170◦C in 300 seconds under the optimum condition. As a result, it was determined that the mold cooled in a shorter time with the increase of roughness and flow rate. However, it was observed that with the increase of the channel diameter, the mold cooled down later. Finally, the validation study of Taguchi analysis was carried out with the results obtained from the analysis.

Keywords

• Comsol
• Cooling
• Injection mold
• Taguchi
• Optimization.

References

1. Churchill, S.W. (1997).Friction factor equations span all fluid flow regimes”, Chem. Eng., vol.84, no. 24, p.91.
2. Comsol Multiphysics 5.3. (2021). Pipe Flow Module User’s Guide, Heat Transfer Module.
3. Guan, B., Cherrill, M., Pai, J.H., Priest, C. (2019). Effect of mould roughness on injection moulded poly (methyl methacrylate) surfaces: Roughness and wettability, Journal of Manufacturing Processes, 48, pp.313–319. doi: 10.1016/j.jmapro.2019.10.024.
4. Incropera, F.P., DeWitt, D.P. (2002). Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 5th ed., John Wiley & Sons, pp. 486–487.
5. Li, C.L. (2001). A feature-based approach to injection mould cooling system design. Computer Aided Des., 33(14), pp.1073–90. doi: 10.1016/S0010-4485(00)00144-5.
6. Li, C.L., Li, C.G., Mok, A.C.K. (2005). Automatic layout design of plastic injection mould cooling system, Computer-Aided Design, 37(7), pp.645–662. doi:10.1016/j.cad.2004.08.003.
7. McAdams, W.H., (1954). Heat Transmission, 3rd ed., McGraw Hill, New York, Bölüm 7.
8. Mercado-Colmenero, J.M., Rubio-Paramio, M. A., Marquez-Sevillano, J.J., Martin-Doñate, C. A. (2018). New method for the automated design of cooling systems in injection molds, Computer-Aided Design, 104, pp.60–86. doi:10.1016/j.cad.2018.06.001.

9. Opolski, S.W., Kwon, T.W. (1987). Injection molding cooling system desig., In: ANTEC’86, pp. 264–8.
10. Ronkay, F., Molnar, B., Dogossy, G. (2017). The effect of mold temperature on chemical foaming of injection molded recycled polyethylene-terephthalate, Thermochimica Acta, 651, pp. 65–72. doi: 10.1016/j.tca.2017.02.013.
11. Taguchi, G. 1990. Introduction to quality engineering. Asian Productivity Organization, Tokyo.
12. Turng, L.S., Wang, K.K. (1990). A computer-aided cooling-line design system for injection molds, J Eng Ind-Trans ASME, 112(2), pp.161–167.doi: 10.1115/1.2899560.
13. Türkan, B., Etemoğlu, A. B., Çeğil, Ü. (2020). Poliüretan Kaplı Araç Direksiyonunun Soğutulmasının Simülasyonu, El-Cezeri, 7 (2) , 592-602. doi: 10.31202/ecjse.681520