İmalat dünyasında kalıplar, sonsuz sayıda ürünün şeklini veren ama yeterince takdir edilmeyen unsurlardır. Ancak, tüm kalıpların eşit olduğunu düşünmek büyük bir hatadır. Bu, metal şekillendirmede kullanılan kalıplarla plastik şekillendirmede kullanılan kalıplar arasındaki fark gibidir; her ikisi de tamamen farklı malzeme davranışlarını ve ürün imalat ihtiyaçlarını karşılayan, birbirinden farklı yapılar gibidir. Mühendisler, tasarımcılar ve üreticiler için metal pres kalıpları ile plastik işleme kalıpları arasındaki temel farkları bilmek önemlidir.
1. Temel Zorluk: Malzeme Davranışı
Metal Şekillendirme Kalıpları: Bu kalıplar, katı halde iken plastik deformasyon sorunuyla karşı karşıyadır. Kalıbın bileşenleri arasına metal sac veya bobin (örneğin çelik, alüminyum, bakır) yerleştirilir. Uygulanan büyük basınç (tonaj), metalin kalıcı olarak şekil değiştirmesine, bükülmesine, esneyip uzamasına, kesilmesine ya da erimeden mümkün bir şekle dönüşmesine neden olur. Bu süreçte metalin akma dayanımının aşılması ve yaylanma (metal esnekliğini bir miktar geri kazanmak istediğinde başlangıç formunu korumaya çalışması) durumu üzerinde durulmaktadır.
Plastik İşleme Kalıpları (Mamlar): Bu kalıplar erimiş veya oldukça yumuşatılmış malzemeyle çalışmaktadır. Plastik peletler, viskoz bir sıvı gibi akabilecek hale gelene kadar eritilir. Bu erimiş malzeme daha sonra basınçla kalıp boşluğuna enjekte edilir veya zorlanır. Plastik mamda donar ve mamın son şeklini alır. Bunun nedeni, akış dinamiklerinin kontrolünde yaşanan zorluklar, boşluğun tamamen doldurulduğundan emin olmak, soğuma sürecini kontrol ederek hataların (örneğin çökmeler veya çarpılma) minimum seviyede tutulması ve katılaşmış parçanın kolayca atılması gerektiğidir.
2. Kalıp Tasarımı ve Yapım Öncelikleri
Metal Şekillendirme Kalıpları:
●Dayanıklılık ve Aşınma Direnci: Son derece önemlidir. Kalıplar büyük darbeleri ve sık sık geri çekilmesi ve değiştirilmesi gereken metal temaslarının aşındırıcı kazıma etkilerine dayanmak zorundadır. Takım çelikleri (D2, A2 gibi) ya da karbürler tipik olarak kullanılır ve genellikle çok yüksek Rockwell C sertliğine kadar sertleştirilir.
●Hassas Boşluk: Kesme işlemlerinde fazla çapak oluşumunun ve/veya kullanılan takımın zarar görmesini önlemek için punta ve kalıp bloğu arasında çok küçük bir boşluk bırakılır.
●Basınç Uygulaması: Büyük tonajların etkili bir şekilde iletilmesi amacı ile sağlam yapı elemanları (punta, kalıp blokları, topuklar) ile tasarım yapılır.
●Sıkça: Birçok farklı şekle sahip sac kalıpları, özellikle bükme veya düz kesme modlarıyla ilgili olanlar, plastik kalıpların sahip olduğu kadar kapsamlı detaylara ihtiyaç duymazlar.
●Plastik İşleme Kalıpları (Mamurlar):
●Karmaşık Boşluk ve Çekirdek: Kalıp, tasarımı yapılan plastik ürünün karmaşık dış (boşluk) ve iç (çekirdek) geometrisini belirler. Karmaşıklık derecesi oldukça yüksek olabilir.
●Soğutma Sistemi: Soğutucu (su veya yağ) kanallarından oluşan içsel bir sistem kaçınılmazdır. İyi optimize edilmiş ve tutarlı soğutma, çevrim süresi ve parça kalitesi ile doğrudan ilişkilidir.
●Gating Sistemi: Erimek olan plastik, makine nozulundan çıktığında, kalıp boşluğuna dökülen sprue, runner ve gatelerden geçer. Tasarım, akış desenlerini, doldurma basıncını ve parçaların görünüşünü etkiler.
●Çıkarma Sistemi: Pimler, kılıflar veya kaldırma elemanları, soğumuş parçayı kalıptan çıkaracak şekilde dikkatlice yerleştirilir ve parçanın sağlam kalmasını sağlar.
●Hava Alma: Erimiş malzeme boşluğa girdiğinde, hapsolmuş havanın çıkması için küçük kanallar veya deliklerle hava alınır; aksi takdirde yanma veya eksik dolum oluşabilir.
●Malzeme: Sertleştirilmiş kalıp çelikleri (P20, H13, S7) veya çeşitli paslanmaz çelikler olabilir; ancak yüzey kalitesi ve korozyon direnci (özellikle bazı plastiklerde) de önemli faktörlerdir.
3. Üretim Ortamı
Metal Şekillendirme: Genellikle mekanik pres veya hidrolik pres üzerinde yapılır. İşlemleri son derece hızlıdır (dakikada yüzlerce parça basit bileşenler için üretilebilir). Bu işlem normalde soğuk bir prosestir; ancak özel amaçlı bazı şekillendirme süreçlerinde ısıtma işlemi de dahil olabilir. Sürtünme ve aşınma genellikle yağlayıcılarla azaltılır.
Plastik İşleme: Plastik en çok enjeksiyon kalıplama makineleri kullanılarak, aynı zamanda ek olarak ekstrüzyon, blow molding (şişirme kalıplama), kompresyon kalıplama vb. diğer yöntemlerle işlenir. İşlemin kendisi önemli miktarda ısı içerir: plastik önce eritilir, ardından kalıpta soğutulur. Bir döngü, parçanın boyutuna ve duvar kalınlığına göre saniyeler ile dakikalar arasında değişebilir. Soğutma verimliliği döngü süresi üzerinde büyük etkiye sahiptir. Baskıdan çıkan parçaların kalıptan çıkması için bazı maddeler kullanılabilir; ancak bunlar metal şekillendirme yağlayıcıları kadar yaygın değildir.
4. Ömür & Aşınma Mekanizmaları
Metal Şekillendirme Kalıpları: Aşındırıcı aşınma çoğunlukla metalin kalıp çeliğine karşı gösterdiği, adezif - yapışkan aşınma ise galling (yüzey transferi) şeklindedir. Çentikler zamanla körelir. Yüksek döngülü gerilmeler nedeniyle yorulma çatlaması da oluşabilir. Bakım olarak bilenmesi, aşınmış bölgelerin değiştirilmesi veya takımların eklenmesi yapılabilir. İyi bakılan kalıpların ömrü genellikle yüzbinler ile milyonlarca vuruşla ölçülür.
Plastik İşleme Kalıpları (Mamurlar): Plastiklerde karşılaşılan aşınma türleri, plastik dolguların aşındırıcı etkisi, bazı polimerler veya soğutma suyu nedeniyle korozyon ve potansiyel olarak yüksek hızlı plastik erimesi nedeniyle erozyondur. Boşluk yüzeyindeki parlatma kalitesinin bozulması, parçanın dış görünüşünü etkiler. Bakım işlemleri arasında parlatma, yüzeydeki hasarların onarılması ve soğutma kanallarının veya hava boşaltma kanallarının tıkanıklığının giderilmesi yer alır. Ömürleri genelde oldukça uzundur (yüzbin ile milyonlarca işlem döngüsü), ancak kullanılan plastik türüne ve bakıma oldukça duyarlıdır.
Neden Farklılık Önemlidir
Yanlış kalıp tasarım felsefesinin malzeme ile uyumlu olmaması, başarısızlığa yol açan bir hazırlıktır. Metalten parçaların preslenmesinde kullanılan bir kalıp, plastik için gerekli olan bu soğutma kanallarına ve kapak sistemine sahip değildir. Plastikte bir iz, çelik presleme sırasında oluşan titreşimlere dayanamaz. İşte temel farklılıklar bunlardır: katı hal deformasyonu ve erime işleme, soğutmayı optimize etme ve dikkatli tolerans, akış yönetimi ve yaylanma yönetimi; bunların anlaşılması şu amaçlar doğrultusunda zorunludur:
● Etkili, dayanıklı kalıp tasarımı yapmak.
●İmalat süreçlerini optimize etmek.
●Kalıp için uygun malzemeleri seçmek.
●Üretim sorunlarını etkili şekilde gidermek.
●Kalıp ve parça maliyetlerini doğru şekilde tahmin etmek.
Her iki kalıp türü de seri üretim çabalarında kullanılan hassas cihazlar olmakla birlikte, tasarım, yapı ve işlevsellikleri metallerin ve plastiklerin ham işlemeden nihai parçaya dönüştüğü tamamen farklı fizik kurallarıyla belirlenir. Bu temel fark, imalatta büyük fırsatlar yaratır.