Cam Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemelerin Kalıplama Teknolojisinde Insertlü Bağlantı Elemanlarının Kullanımı

10 Haziran 2019


Mehtap Türkmen

Ar-Ge Uzmanı
Polin Waterparks

 

 

 


Sibel Yıldız
Ar-Ge Mühendisi
Polin Waterparks

 

 

 

 


Selen Gül Güzeliş

Ar-Ge Mühendisi
Polin Waterparks

 

 

Özet
Dünyadaki hızlı nüfus artışı ve buna paralel olarak yaygınlaşan sanayi, oldukça hızlı bir rekabet ortamı meydana getirmektedir. Bu rekabet ortamı ise sürekli gelişim, yenilikçi yaklaşımlar veya üretim maliyetlerinin düşürülmesi olarak karşımıza çıkmaktadır. Rekabetin ortaya çıkardığı bu şartlar nedeniyle daha az kaynakenerji kullanılarak, daha fazla ürünü min. maliyetle elde etmek, yenilikçi ve sürdürülebilir projeler geliştirmek,global arenada rekabet eden firmamızda büyük önem arz etmektedir.

Bu bakış ile Endüstri 4.0 konseptine uygun olarak hareket eden firmamız su parkları ve eğlence sektöründe 103 ülkede gerçekleştirdiği 3000’den fazla proje ile dünyada bu sektörde faaliyet gösteren tüm firmalar içerisinde en üst sırada yer alan 3 firma arasında gösterilmektedir.

Özellikle üretim aşamalarında yenilikçi ve sürdürülebilir çalışmalara büyük önem veren firmamızda bu çalışmalarımız hızla devam etmektedir. Bu bağlamda yenilikçi Ar-Ge ve üretim çalışmalarımızdan birisi de, bağlantı deliklerini kalıptan çıkardıktan sonra açtığımız L-RTM kaydırak parçalarımızın, kalıptan direk bağlantı parçaları ile yekpare çıkarılması ve direk olarak sahada montaja hazır hale getirilmesi projemizdir. Böylece kalıptan çıkarıldıktan sonra ekstra herhangi bir operasyona gerek duyulmaksızın, ürünü tek işlemde elde etme amaçlanmaktadır. Bu yöntemle asıl hedefimiz; işçilik-zamanhata oranı vb. gibi, maliyete büyük ölçüde etki eden parametrelerimizde önemli gelişmeler elde etmektir.

1. Giriş
CTP malzemeden yapılan kalıplardan üretilen L-RTM kaydırak parçalarımız yalın halde yani herhangi bir bağlantı parçası vb. olmadan parça üzerinde ki delme, kesme, kanal açma vb. operasyonlar olmadan kalıplardan çıkarılmaktadır. Kaydırak parçası üzerindeki tüm operasyonel işlemler, parçanın üretim prosesi gereği tesviyesi, kalıptan çıkarıldıktan sonra mekanik sistemler yardımıyla gerçekleşmektedir. Mekanik sistemler olarak robot delme-robot kanal açma, robot kesim, manuel kesme-delme vb. olarak uygulanmaktadır.

Özellikle mekanik olarak açılan cıvata bağlantı delikleri,üretim aşamasında zaman-işçilik-üretim sonrası hatalı  delme vb. maliyetlerine bakıldığında oldukça zaman alıcı ve hataya açık işlemler olarak karşımıza çıkmaktadır. Ayrıca üretim ve sonrası yaşanan bu kayıp maliyet parametreleri, sahada montaj esnasında da yine zaman-işçilik gibi ekstra maliyet olarak katlanarak geri dönmektedir.

Şekil 1’de herhangi bir operasyonel işlem olmadan kalıptan çıkarılan kaydırak parçası gösterilmiştir. Parça üzerinde cıvatalı birleşim deliklerinin yerleri olmayıp kalıptan şekildeki haliyle çıkarılmaktadır. Parçaların birleştirilmeleri için açılan delik delme-kesme vb. işlemler robotik-mekanik sistemler veya manuel olarak kalıptan çıkarıldıktan sonra yapılmaktadır.

Şekil 2’de kalıptan çıkarılan parçaların el yardımıyla mekanik olarak delme işlemi uygulaması görülmektedir. Şekil 3’te de kalıptan çıkarılan parçaların robotik sistem ile kesme-delme ve kanal açma işlemlerinin yapıldığı kaydırak parçası görülmektedir.

Şekil 4’te ise alt-üst olarak iki kalıp yarımından çıkarılan kaydırak parçalarının cıvata-somun bağlantılı birleştirme görseli bulunmaktadır.

Şekil 1. Kalıptan operasyonel işlem görmeden çıkarılan kaydırak malzemesi 

Şekil 2. Kalıptan çıkarılan parçalara manuel olarak
delik açılma işlemi

Şekil 3. Kalıptan çıkarılan parçalara robotik sistemler ile bağlantı deliği ve slot açılmış parça   


 Şekil 4. Cıvata-somun bağlantısı yapılmış kaydırak parçası

Parçaların birleştirme işlemleri alın-alın ve yan-yan olmak üzere dört yüzeyden yapılmaktadır. Ortalama 825 mm. iç çapındaki parçalarda alın-alın bağlantısında toplamda 24 adet cıvata-somun bağlantısı bulunmakta, yan-yan bağlantısında ise parça uzunluğuna göre bu sayı değişim göstermektedir.

Ortalama 1500 mm. uzunluğundaki alt-üst kaydırak parçası için, parça üzerinde açtığımız delik sayısı yaklaşık olarak 100 adettir. Bu sayı uzun metrajlı projelerimizde parça sayılarımızın artmasına bağlı olarak bağlantı parçalarını çok fazla sayılara ulaştırmakta, bu ise oldukça zaman alıcı işlemler olarak karşımıza çıkmaktadır.

2. Malzeme ve Yöntem
İlk aşama olarak; kalıba insert edilecek parçalarının yerleştirildiği bölgede tutunma davranışını en iyi yapabilmesi, aparatların kalıp içerisinde kayma, eğilme vb. hatalara maruziyet vermemesi ve kalıba verilecek malzemenin bağlantı parçalarının etrafında homojen dağılım sağlayabilmesi Şekil 5’te yer alıyor.

 

Şekil 5. Kalıba yerleştirilen cıvata, somun kaynaklı aparatlar

İkinci aşama olarak; standart kalıp malzemeleri kullanılarak L-RTM prosesine uygun, ürünün kalıp içerisinden cıvatalı olarak çıkarılmasını sağlayacak şekilde kalıp üretimi yapılmıştır. Deneylerde bu kalıptan alınan 8 mm. et kalınlığındaki cam elyaf takviyeli jelkotlu kompozit malzeme kullanılmıştır.

Alt kalıba ürün basımı sırasında cıvata ve somunun yerleştirilebileceği boşluklar Şekil 6’daki görselde oluşturulmuştur.

Şekil 6. Alt kalıba açılan cıvata-somun delikleri

Üst kalıba ise tasarlanan bağlantı aparatları yerleştirilmiştir. Destek olması amacıyla jelkot ile cıvata aralarına elyaf yerleştirilerek kalıbı yapılan CTP plaka Şekil 7’de görülmektedir.

Üçüncü aşamada standart kalıplarımızdan alınan sonradan cıvata bağlantısı yapılmış parçalar ile Insertlü kalıptan alınan parçalar test cihazına uygun hale getirilmiştir. Şekil 8 ve Şekil 9’da iki farklı kalıptan alınan bağlantıları tamamlanmış, çekme testi için hazır edilen parçalar görülmektedir.

 

 

 

 


Şekil 7. Üst kalıba yerleştirilen bağlantı aparatları

Şekil 8. CTP parçaların kalıptan çıkarıldıktan sonra delme işlemi yapılmış cıvatalı bağlantısı

Şekil 9. CTP parçaların insertlü kalıptan alındıktan sonraki cıvatalı bağlantısı

Şekil 10. Çekme testi deney cihazı

Çekme testi için Şekil 10’daki 20 kN çekme kapasiteli, clipon ekstensometreye sahip, basma yapabilen, çekme-kopma test cihazı olan, Instron marka Seri No: 3367L5704 POL192 olan 3367 model tensometre cihazı kullanılmıştır.

CTP parçalarını birleştirmede M6x24 cıvata kullanılmıştır.

Şekil 11. Çekme deney düzeneği-1

Şekil 11’deki düzenekte standart kalıpta üretilen CTP parçalarımıza çekme testi uygulanmıştır.

Şekil 12. Çekme deney düzeneği-2

Şekil 12’deki düzenekte üst kalıba cıvatalı aparatların yerleştirildiği Insertlü kalıptan alınan parçalara çekme testi uygulanmıştır.

Şekil 13. Çekme deney düzeneği-1 deney sonucu görüntüsü

Standart kalıptan üretilen CTP parçasının çekme testi uygulanmış görüntüsü Şekil 13’tedir. CTP kompozit parçalar üzerindeki bağlantı delikleri etrafında gözle görülür kırılma ve çatlaklar oluşmuştur. Deneyin grafik sonuçları Şekil 15’tedir.

Şekil 14. Çekme deney düzeneği-2 deney sonucu görüntüsü

Insertlü kalıpta üretilen CTP parçasının çekme testi uygulanmış görüntüsü Şekil 14’tedir. CTP kompozit parçalar üzerindeki bağlantı delikleri etrafında gözle görülür kırılma ve çatlaklar oluşmamıştır. Deneyin grafik sonuçları Şekil 15’tedir.

2. Sonuçlar ve Tartışma
Bu çalışmada, kalıptan herhangi bir operasyonel işlem olmadan çıkarılan, mekanik olarak sonradan işlem görecek ve montaj aşamasında cıvatalı birleştirilme işlemi yapılacak olan kaydırak parçalarının, kalıptan yekpare olarak cıvatalı çıkarılması, bağlantıya hazır hale getirilmesi ve montaj esnasında gerçekleştirilen mekanik bağlantılarının modüler sistem mantığından hareketle direk olarak montajlanması öngörülmüştür.

Çizelge 1. Cıvatalı ve insertlü kalıptan alınan CTP kompozit parçaların çekme testi değerleri

Şekil 15. Insertlü kalıp ile cıvatalı birleştirme yapılacak standart kalıptan çıkan CTP kompozit parçaların çekme deneyi grafiği

Çalışmada iki farklı kalıptan (insertlü ve cıvatalı bağlantı) alınan kaydırak parçalarına uygulanan çekme testi sonuçları Çizelge 1’dedir. Çizelge değerlerine göre insertlü kalıptan alınan parçanın kopma uzaması ve max. çekme yükü yakın değerlerde gözükmektedir. Fakat max. çekme değerinde neredeyse iki katı fark vardır. Şekil 15’te görülen grafikte insertlü kalıptan alınan değerlerin, cıvatalı kalıptan alınan çekme mukavemeti değerlerinin altında kaldığı gözükmektedir. Buna bağlı olarak insertlü kalıptan alınan CTP kompozit parçaların standart kalıptan alınan ve sonradan delme ve birleştirme işlemi yapılan CTP parçalarına göre dayanımı daha iyidir. Ayrıca insertlü kalıptan alınan parçalar üzerinde tork ölçümü de yapılmıştır. Yapılan tork ölçümünde iki farklı standart kalıptan alınan 8 mm. et kalınlığında üretilen CTP kompozit plaka Şekil.16’da verilmiştir.

Şekil 16. Insertlü kalıptan üretilen 8 mm. et kalınlığındaki CTP kompozit plakada tork ölçümü

Insertlü kalıptan alınan CTP plakanın M8 cıvataya göre tork ölçüm değeri 8.8 torklama kriterine göre yapılmış ve 100 Nm. bulunmuştur. Standart kalıptan üretilen CTP plakalarımızda ise ölçülen tork değerimiz M8 cıvataya göre 25 olarak bulunmuştur. Bu değerlerin üzerinde plakada çatlama ve cıvata başının CTP kompozit plakanın içerisine gömülme durumu gözlenmiştir.

Genel olarak baktığımızda, insertlü kalıp sisteminde üretilen cam elyaf takviyeli kompozit malzemede yapılan testlerde standart olarak üretilen ve delme vb. işlemleri kalıptan çıktıktan sonra yapılan parçalara göre daha üstün olduğu ölçülmüştür. Bu üstünlük üretim maliyetleri, üretim sonrası operasyonel hatalar ve montaj zaman kayıpları vb. birçok parametrede avantaj olacağı öngörülmüştür.

Teşekkür
Bu çalışmayı başından itibaren destekleyen AR-Ge Mekanik Müdürümüz Sn. Serçin Basut, Ar-Ge Direktörümüz Sn. Ali Cansun ve Polin Waterparks’a teşekkürlerimizi sunarız.