Özet
Otomotiv parçalarının enjeksiyonunda beklenmedik şekilde beliren düzensiz renklenmiş beyaz bölgeler sıklıkla giriş noktasının yakınlarında oluşur ve parçanın görünüşünü etkiler. Oluşan bu beyaz bölgeler enjeksiyon parametreleri ve kalıp yapısıyla alakalıdır. Bu araştırma, enjeksiyon prosesinin simüle edilmesi ve Von Mises Stress sonucu ile ürün yüzeyindeki beyaz noktaların arasındaki ilişkiyi saptayabilmek için Moldex3D’de analiz edilmiştir. Hedeflenen sonuç ise, enjeksiyon parametrelerini ve kalıp yapısını simülasyon ile optimize ederek beyaz noktaların oluşma riskini minimize etmektir.

Zorluklar
Beklenmedik renkler sıklıkla yolluk yolluğunun altındaki aşağı yönlenen bölgede meydana gelir ve sebebini belirleyip çözmek oldukça zordur. Beyaz noktalarının nedenini ve enjeksiyon sürecinin karmaşık faktörleri arasında meydana gelen bu sorunu simülasyonlar aracılığıyla çözmek, parlaklık ile kalıplama parametreleri arasındaki ilişkiyi oluşturarak kalıplama parametrelerini optimize etmek süreçteki zorlayıcı noktaları oluşturuyor.

Çözümler
Moldex3D, ASA çalışma modelini enjeksiyon kalıplama sürecini simüle etmek için kullanılmaktadır. Eriyik sıcaklığı, enjeksiyon hızı, kalıp sıcaklığı ve giriş kalınlığı gibi farklı enjeksiyon parametreleri ve kalıp yapısı simüle edilerek, beyaz leke oluşumunun nedenini ve iyileştirmesini incelemek amaçlanmıştır. Bu çalışma, elde edilen ilişkinin doğruluğunu pratik deneylerle doğrulayarak, ASA çalışma modelinin yüzeyindeki beyaz leke oluşumunu iyileştirmek için öneriler sunmayı amaçlamaktadır.

Faydalar
Farklı enjeksiyon parametreleri arasından ASA çalışma modelinin yüzeyindeki beyaz leke oluşumunu etkileyen ana faktörünü belirlemek. Pratik deneylerin yükünü azaltmak, gelecekteki deneylerde beyaz leke sorununu önlemek ve ürün geliştirmenin verimliliğini artırmak için doğru yönde ilerlemenin yolunu göstermek.

Vaka İncelemesi
Otomotiv ASA parçalarında beyaz lekelerin oluşumu araştırmak ve bir tahmin yöntemi geliştirmek için basit bir kalıp tasarlandı. Şekil 1’de gösterildiği gibi, ASA kenar girişine(edge gate) sahiptir ve 1mm derinliğinde, 5mm genişliğinde bir yolluk boyunca ilerler ve girişten 20mm uzaklıktadır, ardından eriyik homojen(uniform) kalınlığa sahip bir plakaya girer. Dört farklı enjeksiyon hızı ve dört farklı erime sıcaklığı ile on altı farklı analiz sonuçları ve deney ürünleri farklı seviyelerde beyaz leke göstermektedir.

Silme ile dengesiz renk giderilemediğinden, plastik katkı maddelerinin salınımı sebebiyle beyaz leke oluştuğu sonucuna varılabilir. Şekil 2’de gösterildiği gibi, en fazla ve en az beyaz leke içeren ürünlerin simülasyon sonuçları karşılaştırıldığında, yolluk alt bölgelerinde açıkça yüksek Von Mises Gerilimi görülmekte olup, fazla beyaz lekeye sahip üründe Von Mises Gerilimi, az beyaz lekeli ürüne göre çok daha yüksektir.

Yolluk alt bölgesine yedi sensor node yerleştirildi. Sensor node 1 yolluğa en yakın nokta iken, sensor node 7 en uzak noktadır. Orta kısımdaki diğer beş sensor node, Şekil 3’te gösterildiği gibi eşit mesafede düzenlenmiştir. On altı farklı analiz sonuçları, Von Mises Geriliminin gate ile sensor node arasındaki mesafe arttıkça hızla arttığını ve daha sonra yavaşça azaldığını göstermektedir. Genellikle en yüksek Von Mises Gerilimi, yolluktan 5 mm uzaklıkta olan sensor node 2’de görülür, en yakın yolluk noktası olan sensor node 1’de değil.

Von Mises Gerilimi’nin yanı sıra, Şekil 4’te gösterildiği gibi kalınlık yönündeki hız da sensor node’lar ile benzer bir eğilim sergiler. Kalınlık yönündeki hız, sensor node’lar yolluktan uzaklaştıkça belirgin şekilde farklılık gösterir. Girişte hızlıca artar ve sonrasında yavaşça azalır. Yolluk yakınındaki akış bölgesi kararsızdır ve maksimum hız sensor node 2’de görülür. Simülasyon sonuçları, kalınlık yönündeki hızın ve Von Mises Gerilimi’nin beyaz leke sorununu tanımlamak için kullanılabileceğini göstermektedir.

Beyaz leke oluşumunun ana sebebini bulmak için, ürün yüzeyinin parlaklığını incelemek için giriş kalınlığı, erime sıcaklığı, enjeksiyon hızı ve kalıp boşluğunun kalınlığı olmak üzere dört enjeksiyon parametresi seçilmiştir. Deneysel verilerin ortogonal analizinden, giriş kalınlığı ile yüzey parlaklığı arasındaki ilişki diğer üç faktörle kıyaslandığında önemli değildir. Kalıp boşluğunun kalınlığı, enjeksiyon hızı ve erime sıcaklığı, yüzey parlaklığının önemli faktörleri olarak sırasıyla enjeksiyon hızı, kalıp boşluğu kalınlığı ve erime sıcaklığıdır. Her bir faktörün yüzey parlaklığı ile ilişkisi Şekil 5’te gösterilmektedir.

Şekil 6’da görüldüğü gibi, simülasyon sonuçlarının Von Mises Gerilimi ile deneylerden elde edilen parlaklık karşılaştırıldığında, korelasyon analizi bize gösterir ki yüzey parlaklığı ile Von Mises Gerilimi’nin anlamlı bir ilişkisi bulunur. Bu nedenle, kalıplama simülasyonundan Von Mises Gerilimini tahmin ederek beyaz leke riskini değerlendirmek mantıklı ve uygulanabilir bir yöntem olmaktadır.

Her bir faktörün eğilimini ve parlaklık üzerindeki etkisini analiz ederek, verilen aralık içindeki en uygun enjeksiyon parametreleri regresyon(regression) analizi yoluyla elde edildi: kalıp boşluğu kalınlığı 3 mm, erime sıcaklığı 280 Celsius, enjeksiyon hızı 15 mm/saniye ve gate kalınlığı 2.5 mm. Ciddi beyaz lekeye sahip orijinal enjeksiyon parametresi ile karşılaştırıldığında, optimize edilmiş enjeksiyon parametresinin simülasyon sonuçları, Şekil 7’de Von Mises Gerilimi ve kalınlık yönündeki hızda belirgin bir azalma göstermektedir. Dahası, optimal enjeksiyon parametreleri ile beyaz lekeler ortadan kaldırılmıştır.

Sonuçlar
Bu çalışma, kalıntı gerilim ve kalınlık yönündeki hızı tahmin etmenin, beyaz leke riskini değerlendirmek için bir araç olarak kullanılabileceğini göstermektedir. DOE(Optimizasyon yöntemi) kullanılarak, her enjeksiyon parametresi ile beyaz leke arasındaki ilişki belirlendi. Kalıp tasarımı ve enjeksiyon süreci koşulları daha sonra beyaz leke oluşumunu önlemek amacıyla optimize edildi.