2. Enjeksiyon
Kalıplı
Parçaların
Montajı
Birçok enjeksiyonla kalıplanmış plastik parça, daha büyük bir ürün grubunun bileşenidir.
Kalıplanmış plastik parçalar birbirleriyle veya nihai ürünü üretmek için diğer malzemelerden
üretilen bileşenlerle birleştirilir. Kullanılan sabitleme veya montaj yöntemi, ürünü oluşturan
çeşitli parçalar arasında mekanik süreklilik sağlamalıdır. Çoğu durumda, bu ürün montaj
işlemi ikincil bir imalat işlemidir veya diğer durumlarda, montaj yükü tüketiciye kaydırılır.
Her iki durumda da, montaj ve imalat ile ilgili maliyetleri basitleştirmek ve en aza indirmek
için belirli bir ürünü oluşturan parça ve malzeme sayısının en aza indirilmesi arzu
edilmektedir. Çoğu plastik ürünün tasarımında temel bir amaç, fonksiyonları birleştirerek ve
bağlantı elemanlarını doğrudan plastik parçalara kalıplayarak montaj işlemlerini en aza
indirmektir. Enjeksiyon kalıplama işlemi kullanılarak üretilen plastik parçalar, Montaj için
Tasarım (DFA) için idealdir, çünkü enjeksiyon kalıplama işlemi son derece karmaşık
geometrilere sahip parçalar üretebilir. Montaj için Tasarım, hem ürün kalitesini iyileştirmenin
hem de üretim maliyetlerini azaltmanın bir aracı olarak yaygın olarak kabul edilen bir
felsefedir. Çok düşük maliyetli tek bir vidanın veya rondelanın ortadan kaldırılmasının bile,
taşıma maliyetleri, montaj süresi, ekipman ve işçilik maliyetleri dikkate alındığında sonuçta
önemli bir etkisi olabilir.
DFA kavramı basittir. Kalıplanmış parçalara mümkün olduğunca çok montaj özelliği ekleyerek
bir ürün üretmek için gereken parça sayısını en aza indirin. Yapıştırıcı bağlama veya kaynak
gibi diğer montaj işlemlerinden mümkün olduğunca mümkün olduğunca vidalar, ekler ve
benzerleri gibi bağlantı elemanlarının (özellikle rotasyon gerektiren mekanik bağlantı
elemanlarının) kullanılmasından kaçınılmalıdır. Maalesef, bunu pratikte başarmak zor olabilir.
Bunun nedeni büyük ölçüde bir parçanın kalıplanabilirliğinin parça geometrisinin karmaşıklığı
ile çok yakından ilişkili olmasıdır (yani, karmaşık parçaların işlenmesi ve kalıplanması daha
zor olma eğilimindedir). Montaj maliyetlerindeki tasarruflar, daha karmaşık takımların ve daha
karmaşık birincil kalıplama işleminin maliyetiyle dengelenmelidir. Kalıp güvenilirliği ve
bakım sorunları, takım karmaşıklığı arttıkça daha da önem kazanmaktadır. Şekil 6.1'de
gösterilen örneği düşünün.
3. Golf topu üretiminin orijinal yöntemleri, hem
birincil enjeksiyon kalıplama operasyonunu hem de
ikincil montaj (sıkıştırma kalıplama ve kaynak)
operasyonunu içermiştir. Bu işlem için, enjeksiyonla
kalıplanmış termoplastik kabuklar önceden
katlanmış elastomerik çekirdek üzerine yerleştirilir.
Üç parça daha sonra ısıtılmış bir sıkıştırma kalıbına
yerleştirilir, burada dış kabuklar yumuşar, yüzey
detayını oluşturur ve birlikte kaynak yapar.
Sıkıştırma kalıbı daha sonra termoplastik kabuğun
yeniden çözündürülmesi için soğutulur ve bitmiş
tertibat çıkarılır.
Golf topu, elastomerik çekirdeği enjeksiyon kalıbı
boşluğunun içine yerleştirerek ve etrafına
termoplastik eriyik enjekte ederek tek seferlik bir
işlemle de üretilebilir. Elastomerik çekirdek
başlangıçta dolgu sırasında veya sonunda sırayla
geri çekilen destek pimleri ile stabilize edilir. İkinci
tek aşamalı işlem, ikincil kaynak veya şekillendirme
işlemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır, ancak,
daha karmaşık ve pahalı bir birincil işleme işleminin
kullanılmasını gerektirir. Buna ek olarak, tasarımcı
parçanın “Kalite” kullanılan imalat ve montaj
süreçlerinden etkilenecektir.
4. Rekabetçi sabitleme sistemleri kullanılarak üretilen parçaların kalitesi eşdeğer olmayabilir. Örneğin, bir tasarımcının, kalıplanmış konsol bağlantı kirişini
doğrudan kalıplanmış ürüne dahil ederek kendiliğinden diş açan vidaların (veya diğer mekanik bağlantı elemanlarının) kullanımını ortadan kaldırması
nispeten kolaydır. Kalıplanmış geçmeli kiriş montaj yöntemi arzu edilir çünkü bir bileşeni, kendinden diş açan vidayı ortadan kaldırır ve rotasyon gerektiren
bir işlemi, basit "pushon" montajının istenen amacına uygun olanla değiştirerek montajı basitleştirir. Bu iki sabitleme yöntemi rekabet ederken, iki son
ürünün genel performansı aslında oldukça farklı olacaktır. Örneğin, ek kiriş servis sırasında (veya ürün onarımı sırasında) arızalanırsa, tüm kalıplanmış
bileşen hurdaya çıkarılmalıdır. Öte yandan, soyulmuş vida dişleri genellikle daha uzun veya daha büyük çaplı bir vida kullanılarak onarılabilir. Ön yük ve
titreşim kontrolünün enstantane ile kontrol edilmesi daha zor olabilirken, vidalar ön yük üzerinde sonsuz kontrol sağlar. Buradaki nokta, hem üretim hem de
performans kriterlerinin dikkate alınması gerektiğidir.
Bazı durumlarda, tek bir montaj tekniğinin yeterli olduğu düşünülmez ve ek güvenlik için yapıştırıcı bağlama gibi birincil montaj tekniğinin yanı sıra
stratejik olarak yerleştirilmiş birkaç güvenilir mekanik bağlantı elemanının kullanıldığı bir “kayış ve jartiyer” yaklaşımı uygulanır.
Bu bölümde bir dizi montaj tekniği tartışılacaktır. Teknikler şunları içerir:
• Basın montaj düzeneği
• Geçmeli montaj tertibatı
• Mekanik sabitleme teknikleri
• Kaynak teknikleri
• Yapışkanlı yapıştırma
• Çözücü bağlama
Belirli bir ürün için en uygun olan montaj yönteminin seçimi, ekonomik hususların üstünde ve ötesinde bir dizi hususu içerir. Birleştirilecek bileşenleri
oluşturacak malzemeler en önemli hususlardan biridir. Örneğin; polietilen, sünekliği nedeniyle pres oturtma ve geçmeli montajlar için ideal bir aday
olabilir; bununla birlikte, üstün kimyasal direnci ve düşük yüzey enerjisi bu malzemeyle yapıştırıcı kullanımını önler. Kaynak teknikleri termoplastikler için
uygundur ancak termosetler için uygun değildir. Termal genleşme katsayısı, özellikle farklı malzemelerden üretilen bileşenleri monte ederken veya montaj
işlemi, yapışkanlı birleştirme veya mekanik sabitleme gibi üçüncü bir malzemenin eklenmesini içerdiğinde de önemli bir malzeme değerlendirmesidir.
5. Estetik gerekliliklerin montaj yönteminin seçimi üzerinde de etkisi vardır. Kendiliğinden diş açan vidalar, sadece bir görünüm yüzeyi gerektiğinde
bir istiridye kabuğu düzeneği üretmek için kör bir patron ile birlikte kullanılabilir; ancak istiridye kabuğunun üst ve alt yüzeylerinde daha iyi
estetik gerektiren uygulamalarda kullanımı yasaklanabilir. Çevresel ve yapısal performans gereklilikleri, sabitleme tekniğinin seçimini de
etkileyecektir. Örneğin, belirli bir termoplastik ürünün mekanik olarak sabitlenmesi veya kaynaklanması, son kullanım uygulaması yüksek
sıcaklıklar ve yüksek nemler içerdiğinde yapışkanlı bağlama üzerine tercih edilebilir. Ürün montajı ile ilgili çeşitli yapısal kaygılar da vardır.
Bağlantı sisteminin darbe yükü, yorulma yükü, statik yük altında performansını ve artık veya termal olarak indüklenen stresin etkilerini içerirler.
Montaj yöntemlerini değerlendirirken göz önünde bulundurulması gereken en önemli faktörlerden biri işlevsellik veya onarım veya geri dönüşüm
için bileşenleri tersine çevirme veya sökme yeteneğidir. Yapıştırıcı bağlama ve kaynak işlemlerinin genellikle geri döndürülemez olduğu
düşünülürken, geçmeli bağlantılar, pres fitilleri ve mekanik montaj teknikleri sökme potansiyeli sunar. Örneğin, kendinden diş açan vidalar
kullanılarak monte edilen parçalar, bir veya iki demontaj/ yeniden montaj döngüsünün beklendiği yerlerde kullanılabilir (örneğin cihaz
onarımında), daha sık montaj beklendiğinde (örneğin fotokopide) daha dayanıklı makine vidası / kesici uç takımları kullanılır makine bakımı).
Sökme için Tasarım (DFD) felsefesi, tek tek bileşenlerin “ayrılması” ile ilişkili maliyetleri azaltarak çok malzemeli, çok bileşenli ürünlerin geri
dönüştürülebilirliğini geliştirmek için bir yöntem olarak çok önemli hale gelmiştir.
Bu tasarım felsefesi otomotiv, bilgisayar ve cihaz üretimi gibi alanlarda uygulanmaktadır. DFD kavramı basittir:
• ürünün imalatında kullanılan malzeme ve parça sayısını en aza indirgemek
• kolayca geri dönüştürülebilen malzemeler kullanmak, ve
• tersinir montaj tekniklerini kullanmak.
DFD, boyama, baskı, metalleştirme veya kaplama gibi ikincil işlemlerden mümkün olduğunca kaçınılmasını gerektirir.
Sabitleme yöntemleri, sökme için tasarımın kalbi olarak tanımlanmıştır. Girişim veya tersinir geçmeli oturtma gibi kalıplanmış tutturucular DFD
için tercih edilen montaj yöntemidir. Geçmeli tip montajlar tercih edilirken, ters-mekanik mekanik bağlantı elemanlarının (vidalar gibi) kullanımı
da DFD'de kabul edilir, bunların kullanımı kaynak veya yapışkan bağlama gibi daha kalıcı montaj tekniklerine göre tercih edilir. Elektromanyetik
kaynak veya geçici yapışkan bağlama gibi işlemler de umut vaat etmektedir; bununla birlikte, artık yapışkanların geri dönüştürülmüş plastik
malzemenin performansı üzerinde olumsuz bir etkisi olabilir (yapışkan kontaminasyonu ile plastik reçine arasındaki nispi uyumluluğa bağlı
olarak).
6. Pres Montaj
Tertibatları
Plastik parçaların birleştirilmesinin en basit yolu, pres-fiting takımları
üretmek için elastik veya yay benzeri özelliklerini kullanmaktır. Pres
bağlantı düzeneği yöntemleri en çok Şekil 6.2'de gösterilen göbek / mil
düzeneği gibi silindirik plastik parçalarla kullanılır; ancak, başka birçok
geometri de mümkündür. Baskıya uygun montajlar, bileşenleri birbirine
kilitli tutmak için iki bileşen arasındaki parazite dayanır. Konsept
silindirik parçalar için idealdir, çünkü girişim ile ilişkili gerilmeler ve
suşlar parçanın çevresi etrafında düzgün bir şekilde dağılmıştır.
7. Dişliler, kasnaklar, rulmanlar ve diğer halka şeklindeki
parçalar, pres fit tekniği kullanılarak genellikle metal veya
plastik şaftlara tutturulur. Bu tekniğin temel avantajı
basitliğidir. Parçalar alttan kesilmeden kalıplanır ve ek
mekanik olmaz tespit vidaları veya anahtar yollar gibi
bağlantı elemanları gereklidir. Burada pres oturtma
göbeklerinin uzun süreli çekme gerilmelerine maruz kaldığı
ve malzemenin çekme gerilmesi gevşeme özelliklerinin ve
çentiklenme veya çatlama potansiyelinin pres oturtma
düzenekleri tasarlanırken dikkate alınması gerektiği
unutulmamalıdır. Bu, bir dizi pim geçidi veya iç kollu
geçme kapıları ile kalıplanmış göbekler için özel bir endişe
kaynağı olabilir, bu da çekme gerilmesi yönüne dik bir dizi
kaynak hattı oluşturur. Kaynaklı hatlar elimine edildiğinden,
pres fit uygulamaları için disk veya diyafram kapıları tercih
edilir.
Baskıya uygun göbekler için ek bir imalat endişesi, göbeğin
iç çapını kalıplamak için kullanılan çekim açısıdır. Parçanın
kalıptan sökülmesini veya çıkarılmasını kolaylaştırmak için
çekme açıları eklenir; bununla birlikte bunların kullanımları,
pres bağlantısından sonra göbek için muntazam olmayan bir
gerilim dağılımı ile sonuçlanır. Mümkünse, göbeklerin sıfır
veya minimum taslak açısı olmalıdır. Serbest bırakmayı
kolaylaştırmak için çekim açıları kullanılırsa, biri boşluktan
diğeri merkezden uzanan iki çekirdek pim, Şekil 6.3'te
gösterildiği gibi kullanılabilir. Bu yaklaşım, tek çekirdekli
pime göre tercih edilir, çünkü gerekli çekim miktarını azaltır
ve son montajda daha dengeli bir stres dağılımı ile
sonuçlanır. Aşırı çekim açıları ile kalıplanmış delikler
montajdan önce boyutlandırmayı gerektirebilir.
8. Teorik olarak, pres oturtma montaj işlemi herhangi bir
termoset veya termoplastik malzeme ile kullanılabilir;
bununla birlikte, pratikte, daha yumuşak polimerlerle
pres oturtma tekniklerinin kullanımı önemli ölçüde
daha kolay hale gelmektedir.
Katı çelik bir şaft üzerine preslenmiş dişli gibi
kalıplanmış bir plastik göbeğin tipik uygulamasını
düşünün. Belirli bir tertibatın burulma mukavemeti,
hem malzeme özellikleri hem de çapsal girişim miktarı
ile belirlenir. Fenolik veya polistiren gibi sert, camsı
polimerler, %1,0'dan daha düşük kopma gerilme
değerlerine sahiptir. Özellikle gerilim gevşemesinin
olabileceği daha uzun süreli uygulamalar için
kullanılabilecek tasarım gerilme değerleri, bu kopma
gerilme değerinin yaklaşık %10-40'ını aşamaz. İzin
verilen parazit değerleri doğrudan tasarım gerilme
değerleriyle ilişkilidir ve sonuç olarak, göbeğin iç
çapındaki ve şaftın dış çapındaki fark, göbek ve şaftın
birleşik üretim toleranslarından daha az olabilir.
Güçlendirilmemiş polietilen, naylon veya asetal gibi
daha sünek polimerler kullanıldığında, tasarım şekil
değiştirme değerleri, pres bağlantısının Şekil 6.4'te
gösterildiği gibi pratik bir montaj seçeneği haline
geleceği kadar büyüktür (birleşik imalat toleranslarına
göre).
9. Bir baskı oturtma tertibatındaki göbek, germe yüküne maruz kalırken, şaft sıkıştırma yüküne
maruz kalmaktadır. Pres bağlantı tertibatları tasarlanırken, özellikle mil plastik bir malzeme
kullanılarak üretilirken, hem göbek hem de şaft malzemelerinin özellikleri dikkate alınmalıdır.
Göbekteki gerilme gerilmeleri çoğu durumda birincil sorundur. Daha güvenilir uzun süreli
montaj sağlamak için göbeğin gerilme gerilmesi seviyeleri mümkün olduğunca düşük
tutulmalıdır. Tasarım gerilme değerleri düşükse, gerilme gevşemesi nedeniyle burulma (veya
eksenel) mukavemetindeki bozulma azalacaktır. Ek olarak, delme, çatlama, kaynak hatları veya
kimyasallar nedeniyle arıza potansiyeli düşük stres seviyelerinde azalır. Ne yazık ki, bir baskı
oturtma takımının eksenel ve burulma mukavemeti de temas basıncı ve dolayısıyla çekme
gerilme seviyesi ile doğrudan ilişkilidir. Göbek ile şaft arasında göreceli harekete neden olmak
için gereken kuvvet, F:
F = μ · P · A
Burada μ şaft ve göbek arasındaki sürtünme katsayısıdır, P temas basıncıdır (doğrudan tasarım
gerilimi ile ilgilidir) ve A temas yüzeyi yüzeyidir. Belirli bir göbek / şaft malzemesi çifti için
sürtünme katsayısı esasen sabittir (aslında stres seviyesi ve yüzey kalitesine göre değişir).
Optimum pres fit tasarımı, tasarımcı düşük gerilim seviyeleri ile sonuçlanan ancak Şekil 6.2'de
gösterildiği gibi temas yüzeyini maksimuma çıkaran bir girişim değeri kullandığında elde
edilir. Mümkün olduğunda daha büyük çaplı şaftlar da kullanılabilir. Polimerin sürtünme
katsayısını azaltan katkı maddeleri, tertibatın burulma mukavemetini azaltacaktır. Pres fit
uygulamalarında kalıp ayırıcılar veya yağlayıcılar gibi katkı maddelerinden kaçınılmalıdır.
Eşleşen yüzeyler çok temiz ve gecikmiş arızaya neden olabilecek her türlü kimyasal kirden
arındırılmış olmalıdır [16]. Sıcaklık değişimlerine maruz kalan pres fiting grupları, termal
genleşme uyumsuzluğu katsayısı nedeniyle etkili parazit değişikliklerinden kaçınmak için
mümkün olduğunda benzer termal genleşme katsayılarına sahip malzemelerle üretilmelidir.
10. Pres Montaj Tertibatlarının Dizaynı
Tasarımcının çoğu pres fit uygulamalarında hedefi, hem burulma hem de eksenel harekete karşı
yeterli dirence sahip bir bileşen üretirken, bileşen stres seviyelerini (özellikle gerilme stresi) kabul
edilebilir sınırlar içinde tutmaktır. Belirli bir şaft / göbek malzemesi kombinasyonu için çekme
gerilimi seviyesi, bileşenlerin toplam geometrisi ve kullanılan girişim değeri ile belirlenir. Çoğu
durumda, dış göbek boyutları ve genellikle şaft çapı, son kullanım uygulaması ile belirlenir.
Tasarımcı, her uygulama için kabul edilebilir bir girişim değeri belirlemelidir. Kabul edilebilir
paraziti belirlemenin bir yolu, Şekil 6.5'te gösterilenler gibi parazit limitlerinin (maksimum
önerilen parazit değeri) grafik gösterimlerini sağlayabilen malzeme üreticilerine danışmaktır.
Bu tür şekillerde sunulan bilgiler malzemeye özgüdür ve yalnızca sınırlı çevresel koşullar
aralığında uygulanabilir. Şekil 6.5'te verilen bilgiler kullanılarak naylon bir göbek ve çelik şaft için
girişim limiti (I) belirlenebilir. Aşağıdaki örneği ele alalım:
Çelik mil çapı, ∅s = 0.400 inç
Naylon göbek dış çapı, ∅o = 1.000 inç
Sonra, ∅s/∅o = 0.400 inç/1.000 inç = 0.40
Grafikten, I limit değeri şaft çapı 0.0036 inç / inçtir. 0.400 inç çaplı şaft için girişim değeri:
I = 0.400 inç×0.0036 inç/inç mil çapı = 0.0014 inç
Göbek iç çapı ∅, daha sonra:
∅i = ∅s − I = 0.400 inç − 0.0015 inç = 0.3985 inç
Kalıplı dişli, kalıp büzülmesinden sonra, malzeme üreticilerinin tavsiye ettiği gerinim sınırının
içinde kalmak için iç çapı en az 0.3985 olmalıdır.
11. Şekil 6.5 radyal duvar kalınlığının şaft çapına oranı arttıkça izin verilen parazitin arttığını göstermektedir. Şekil ayrıca şaft malzemesi için çelik
yerine naylon kullanıldığında önerilen parazitin arttığını göstermektedir. Bunun nedeni, daha yumuşak naylon şaftın (çeliğe göre) presleme
işleminden sonra aslında deforme olmasıdır. Parazit değerleri naylon poyra / mil kombinasyonu için naylon / çelik kombinasyonuna kıyasla daha
yüksek olsa da, presleme sonrasında plastik poyrada etkili (net) parazit ve çekme gerilimi seviyesi her iki durumda da yaklaşık aynıdır.
Şekil 6.5'te sunulan bilgiler son derece yararlı olmakla birlikte, sınırlıdır, çünkü hem malzemeye hem de çevreye özgüdür. Daha genel bir
yaklaşım olarak, Denk. 6.2 herhangi bir göbek / şaft malzemesi kombinasyonu için girişim değerini belirlemek için kullanılabilir:
(6.2)
Nerede:
• I = çaplı girişim (inç)
• σD = tasarım stres seviyesi (lb/inç^2)
• ∅o = göbek dış çapı (inç)
• ∅s = mil çapı (inç)
• Eh = merkez modülü (lb/inç^2)
• Es = şaft modülü (lb/in2)
• νh = Göbek malzemesi için Poisson oranı
• νs = Mil malzemesi için Poisson oranı
• W = [1+(∅s/∅o )2] / [1−(∅s/∅o )2]
12. Mil ve göbek dış çapları ve malzeme özellikleri biliniyorsa, şaft çapı ve göbek iç çapı arasındaki girişim veya fark
belirlenebilir. Şaft ve göbek aynı polimerde üretildiğinde, göbek ve şaft özellikleri eşdeğerdir ve ifade aşağıdakilere
indirgenir:
Burada E, polimerin modülüdür (gerilme modülünün sıkıştırma modülüne eşit olduğunu varsayar). Denklem 6.2 ayrıca, bir
metal şaft ile bir polimer göbek kullanıldığında daha basit bir biçime indirgenebilir. Metal şaft için Es > Ep ve I aşağıdakileri
kullanarak bulunabilir:
Denklemin bu formu en yaygın olarak kullanılır, çünkü plastik göbekler tipik olarak çelik şaftlarla kullanılır. İfadede
kullanılan malzeme özellik değerleri, son kullanım koşulları ile ilişkili olanlar olmalıdır.
13. Tasarımcı, göbek malzemesi için hangi çekme gerilmesinin (veya
zorlanmasının) kabul edilebilir olduğunu belirlemelidir. Tasarım
stres değeri sabit bir değer değildir, ancak sıcaklık, bağıl nem,
kimyasal ortam ve zaman gibi değişkenlerle değişir. Plastik bir
ürünün hizmet ömrü arttıkça, önerilen tasarım stres seviyeleri
azalır. Şekil 6.6'daki baskı bağlantı göbeği / şaft grubunu düşünün.
Sıkı geçmeli göbekler bazen pozitif eksenel konum sağlamak için
indirilmiş şaftların üzerine itilir.
Milin kesildiği noktadaki göbek iç çapı ve mil çapı, uzun süreli
uygulama için uygun bir girişim değeri kullanılarak
tasarlanmalıdır. Göbek değeri (ve gerinim seviyesi), göbek montaj
sırasında omzun üzerinden şaft üzerine itildiğinde, sadece çok kısa
bir süre için önemli ölçüde daha yüksektir. Bu çok kısa süreli
montaj girişim hesaplaması için kabul edilebilir kısa süreli gerilim
(veya zorlanma) değerleri kullanılabilir. Uzun süreli presleme
uygulamaları için uygun gerilme gerilmesi değerleri, polimerin
gerilme gevşeme özellikleri ile belirlenir ve genellikle malzeme
için kısa gerilme verimi gerilmesinin %20-25'inden daha azdır.
Genel olarak, uzun süreli uygulamalara yönelik tasarım stres
değerleri, stres gevşemesini ve kayma veya çatlama nedeniyle
erken arıza olasılığını en aza indirmek için mümkün olduğunca
düşük tutulmalıdır.
Bununla birlikte, göbek montaj sırasında şaft üzerindeki omzun
üzerinden itildiğinde (şaftın kapatılmamış kısmı), gerilme
seviyeleri yaklaşık olarak daha yüksek bir değere ulaşır. Çok kısa
bir süre için çekme gerilmesinin %40-60'ı gerilme verimi
oluşturur.
14. Bir baskı geçme (cılız) göbeğini bir milin üzerine itmek için gereken kuvvet, çeşitli nedenlerden dolayı önemlidir. İtme kuvveti
F, tertibatın montaj özelliklerini, burulma mukavemetini ve aksiyal mukavemetini belirler. İlerleme kuvveti aşağıdakiler
kullanılarak belirlenebilir:
F = μ · P · A = μ · P · π · ∅s · L
Burada L, göbeğin eksenel uzunluğu veya genişliğidir. Temas basıncı, P, aşağıdakiler kullanılarak belirlenebilir:
P = σD/W
İtme kuvveti değeri P, montaj için gereken kuvvettir ve tertibatın burulma mukavemeti (kayma torku), T ile ilişkilidir.
T = (F · ∅s)/2
Poyra / mil tertibatı için itme veya montaj kuvveti değerleri, polimer poyra ile metal şaft arasındaki sürtünme katsayısını azaltan
yağlayıcılar kullanılarak azaltılabilir; bununla birlikte, yağlama maddeleri ayrıca pres oturtma düzeneğinin burulma
mukavemetini (yani, kayma torkunu) azaltacaktır. Yağlayıcının ve göbekteki yüzey gerilme gerilmesinin birleşik etkisi, uzun
vadede gerilme çatlaması gibi sorunlara da yol açabilir. Montaj gerilmelerini azaltmak için tercih edilen yöntem, metali
soğutarak girişim değerinde geçici bir değişikliğe neden olmaktır. Polimer göbeğini veya her ikisini birden ısıtır. En yaygın
yaklaşım şaftı bir dondurucu kullanarak soğutmaktır, çünkü bu, göbek ısıtıldığında ortaya çıkabilecek oksidasyon, çarpılma veya
yumuşama gibi sorunların potansiyelini ortadan kaldırır. , ∅, tarafından verilir:
∅s = αs · ∅s · T
Burada α şaft için doğrusal termal genleşme katsayısıdır ve T sıcaklık değişimidir.
15. Tork tutma, gerilme gevşemesi nedeniyle
pres oturması düzenekleri için önemli bir
sorundur. Bir göbek düzgün bir metal şaft
üzerine bastırıldığında, temas basıncı ve
burulma mukavemeti, Şekil 6.7'de
gösterildiği gibi uzun vadede azalır.
Bununla birlikte, aynı göbek bir tırtıllı, eğri,
dokulu veya boncukla püskürtülmüş bir
yüzey üzerine bastırılırsa, malzemenin
çeşitli topografik özelliklere sürünme veya
soğuk akışı, zaman içinde burulma
mukavemetinde daha sabit veya hatta bir
artışa neden olabilir. Sert, amorf polimerler
için pürüzsüz şaft yüzeyleri önerilir, daha
pürüzlü yüzeyler stres konsantrasyon
etkilerine daha az duyarlı olan daha
yumuşak, yarı kristal polimerler ile
kullanılabilir. Kama kanalları veya diğer
şaft geometrileri gibi mekanik tasarım
modifikasyonları, bir göbek / şaft
düzeneğinin burulma mukavemetini
arttırmak için de kullanılabilir; bununla
birlikte, kullanımları, baskıya uygun montaj
konseptine olan ihtiyacı ve basitliği ortadan
kaldırır.
16. Yaylı Ek Montajlar
Kalıplanmış plastik ürünler için geçmeli veya
enterferansa uygun montaj yöntemleri, daha geleneksel
montaj yaklaşımlarına çekici bir alternatif sunar.
Geçmeli derz montajlarının kullanımı hızlı bir şekilde
artmaktadır, çünkü geçme tekniği kullanılarak monte
edilen parçalar hem Montaj için Tasarım hem de Sökme
için Tasarım gereksinimlerini karşılamaktadır. Montaj
açısından bakıldığında, geçmeli mafsallar ekonomiktir,
çünkü doğrudan ürüne entegre bir özellik olarak
kalıplanırlar. Bu, mekanik bağlantı elemanları veya
yapıştırıcılar gibi ek parça / malzeme ihtiyacını ortadan
kaldırır. Geçmeli montaj tertibatları ile ilişkili montaj
işlemleri de nispeten basittir, genellikle sadece düz
sokma gerektirir. Dönme hareketi veya parça
sabitlemeye gerek yoktur. Geçmeli mafsallar, onarım ve
daha iyi ürün geri dönüştürülebilirliği için erişime izin
verecek şekilde tersinir olarak da tasarlanabilir.
Geçmeli montajlar basit olmakla birlikte, belki de
plastik ürün montajının en çok yönlü aracıdır.
Geçmeli eklemler çeşitli geometrilere sahip olabilir;
ancak, çalışma prensipleri her durumda aynı kalır.
Çıtçıtlı montaj işlemi kullanılarak iki parça
birleştirildiğinde, bir bileşen üzerinde, kanca veya kiriş
gibi çıkıntı yapan bir özellik, bir parazit nedeniyle ürün
montaj işlemi sırasında kısa bir süre boyunca saptırılır,
daha sonra çıkıntılı kısım elastik olarak geri kazanılır
ve bir alt kesimi yakalar veya çiftleşme bileşenindeki
girinti. Montaj işlemi sırasındaki sapma nispeten
yüksek olabilir, bu da yüksek gerilim veya gerinim
seviyelerine yol açar; bununla birlikte, tertibat yerine
oturtulduktan sonra, bileşenler genellikle nispeten
gerilimsiz bir durumda (pres fitlerinin aksine) olacak
şekilde tasarlanmıştır.
17. Çıtçıtlı montajların kullanımıyla ilişkili belki de en önemli
dezavantaj eklem başarısızlığının sonucudur. Tekrarlanan montaj
işlemlerine tabi tutulan yaylı montajlar yorgunluk nedeniyle başarısız
olabilir: bir kerelik montaj uygulamaları bile yanlış kullanım
nedeniyle başarısız olabilir. Bu, kırılgan, doldurulmuş veya elyaf
takviyeli polimerlerden üretilen geçmeli montajlar için özel bir
problem olabilir. Geçme elemanı, kalıbın kendisinin ayrılmaz bir
özelliği olduğundan, geçme hatası, bileşen arızası anlamına gelebilir.
Çıtçıtların onarılması zor veya imkansızdır. Sonuç olarak, belirli bir
ürün için bireysel ek hasar olasılığını hesaba katmak için gereken ek
bağlantı sayısının “fazla tasarlanması” istenebilir. Artıklığın araç ve
nihai ürün maliyeti üzerinde bir etkisi olabilir; ancak, parçanın
faydalı servis ömrü uzatılabilir. Saptırıcı bileşene bitişik gerinim
sınırlayıcı özellikler, izin verilen sapmayı sınırlamak ve geçmeli
hasar olasılığını en aza indirmek için de eklenebilir.
Geçmeli bağlantı düzeneklerinin kullanımı ile ilişkili bir başka
dezavantaj, parça toleransları üzerinde daha sıkı kontrol
gereksinimidir. Bir geçmeli tertibatın sıkılığı, hem geçmeli geometri
hem de montajdan sonraki gerilme durumu tarafından kontrol edilir.
Aşırı parazit veya stres eklem yetmezliği potansiyeline yol açarken,
parazitin olmaması parçaların zayıf konumlandırılmasına veya
gevşemesine neden olabilir. Ön yük kontrolünün geçmeli montajlarla
gerçekleştirilmesi de zor olabilir; bununla birlikte, yaratıcı bağlantı
tasarımı ve parça toleransları üzerinde dikkatli kontrol, ön yükü
kontrol etme yeteneğini geliştirir.
18. Geçmeli Bağlantı Türleri
Geçmeli mafsallar genellikle
• kancaları veya kirişleri,
• dairesel,
• top ve soket kilitleri veya
• burulma geçmeli mafsalları.
Geçmeli eklemler ayrıca ayrılabilir veya ayrılamaz olarak kategorize edilir. Dairesel geçmeli mafsallar, dönel olarak simetrik parçaları birleştirmek
için kullanılabilir. Şek. 6.9 ila 6.11 arasında ortak yapılandırmalar gösterilmektedir.
Şekil 6.9'da gösterilen şişe kapağı, şişenin boynunun üzerine itilirken montaj sırasında kısa bir süre sapan çevresel bir boncuğa sahiptir. Tasarım hem
montaja hem de sökmeye izin verir ve bu nedenle tersinir olarak tanımlanır. Pres bağlantılarından farklı olarak, geçmeli montajlar genellikle
montajdan sonra stressiz (veya çok düşük) gerilme durumunda olacak şekilde tasarlanmıştır.
Şekil 6.10'da gösterilen silindirik bileşenler, sağdaki bileşenin tersine çevrilebilirken, soldaki bileşen kendiliğinden kilitlendiği için birbirinden
farklıdır. Ayrılabilir mafsal hem giriş hem de ayrılma sağlayan bir giriş ve dönüş açısı veya “rampa” içerirken, ayrılmaz eklem 90 ° dönüş açısı
içerdiğinden kendiliğinden kilitlenir. Bu giriş ve dönüş açıları, belirli bir ek geometri için göreli "itme" ve "çekme" kuvvetlerini kontrol etmek için tek
bir araç olarak kullanılabilir.
Şekil 6.12'de gösterilen bilye ve soket oturtma takımı, halka şeklindeki tutturmanın bir modifikasyonudur. Dairesel geçmeli montajlar en çok sünek
veya esnek malzemelerle kullanılır. Daha sert malzemelerden üretilen parçalar için itme / çekme kuvvetleri son derece yüksek olabilir. Bu daha sert
malzemeler için, Şekil 6.13'te gösterilen gibi oluklu halka şeklinde çıtçıtlar yaygın olarak kullanılmaktadır.
19.
20. Şekil 6.14'te gösterilen oluklu halka şeklindeki çıtçıt,
aslında silindirik duvarın düzleminde uzanan bir dizi
dirsekli kiriş veya tırnaktır. Montaj kuvvetleri ve montajın
gücü, oluklu halkayı oluşturan her bir konsol bölümünün
sayısı ve tasarımı ile kontrol edilebilir.
En yaygın olarak kullanılan geçme mafsal, çiftleşme
bileşenindeki bir alt kesime sapan ve kenetlenen bir konsol
kiriş kullanır. Bu konsol kiriş mandalları, tersinir veya
tersinmez olacak şekilde tasarlanabilir ve doğrudan istenen
konumlarda parçaya kalıplanabilir. Dirsekli kirişler, parça
duvarlarının bir uzantısıdır (yani düzlem içi kirişler) veya
nominal duvardan (en yaygın olarak dikey) uzanan (düzlem
dışı kirişler). Çeşitli konsol kiriş konfigürasyonları Şek.
6.14 ila 6.24’te gösterilmiştir.
Halka şeklinde geçmeli montajlar gibi, konsollu geçmeli
montajlar ayrılabilir veya ayrılmaz olacak şekilde
tasarlanabilir. Şekil 6.14a'da gösterilen düzenek
ayrılmazken, Şekil 6.14b'deki düzenek, kapağın tabandan
"çekilmesiyle" sökülebilir. Çekme kuvvetleri, bu tip bir
montaj için itme kuvvetleriyle aynı büyüklüktedir. Montaj
açısından düşük itme kuvvetleri istenir; ancak, elektrik
çarpması nedeniyle yaralanma olasılığının olduğu bir
oyuncak veya cihaz muhafazası gibi hizmette genellikle
yüksek bir ayırma kuvveti istenir. Böyle bir durumda 90 °
dönüş açıları kullanılabilir. 90 ° dönüş açıları
kullanıldığında, Şekil 6.14c'de gösterildiği gibi, arzu
edildiğinde (bileşen onarımı gibi amaçlar için) ürüne
ayırma hükümleri tasarlanabilir.
21.
22. Şekil 6.18'de gösterilen konsol kiriş takımı, olası
sapmayı ve hasar olasılığını sınırlar. Şek. 6.14c,
6.19. ve 6.20, alttan kesme derinliği, duvar
kalınlığı, uzunluk ve eğrilik yarıçapı gibi tasarım
değişkenlerini kontrol ederek aşırı sapmadan
kaynaklanan hasarı ortadan kaldıracak şekilde
tasarlanabilir. U-şekilli konsol bölümleri
kullanılarak nispeten büyük sapmalar elde
edilebilir.
23.
24. Konsol kiriş mandalları, Şekil 6.21'de gösterildiği
gibi, genellikle bileşen / alt montaj montajı için
şasi gruplarına kalıplanır. 90 ° dönüş açısına
sahip geçmeli kiriş tasarımı, bileşeni yerinde
kilitleyecektir; ancak, önyükleme kontrolünün
(titreşim potansiyelinden kaçınmak, vb.)
başarılması zor olabilir. Ön yük üzerinde kontrol,
bileşen büyük boyutlu ve sıkıştırmada uyumlu
değilse (yay benzeri özelliklere sahip değilse)
toleranslar üzerinde son derece sıkı kontrol
gerektirir. Şekil 6.21'de sağda rampa dönüş
açısına (<90 °) sahip konsol bağlantı kirişleri,
hafif bir ön yük ve sabit basınç sağlamak için
kullanılabilir. Sığ dönüş açısı kullanıldığında,
bileşen bir eksenel çekme hareketi kullanılarak
kolayca ayrılır. Bu, bileşen onarım işlemleri için
bir fayda olabilir, ancak yakalanan bileşen gevşek
olabilir (örneğin nakliye sırasında), ürünün darbe
yüklemesine maruz kaldığı durumlarda bir sorun
olabilir. Bu itme ve çekme kuvvetleri, tüm
geçmeli bağlantı uygulamalarında önemli
hususlardır. Kiriş uzunluğu ve eğim açısı gibi
değişkenlerin kuvvetler üzerinde çok büyük etkisi
vardır.
25. Örneğin, Şekil 6.22a'da gösterilen mil yatağı
için hem içeri itme hem de dışarı çekme
kuvvetleri nispeten kısa kiriş uzunluğu
nedeniyle çok yüksek olacaktır. Montaj ile
ilişkili gerilmeler de yüksek olabilir, bu da
yerleştirme sırasında arızalanma potansiyeline
yol açar. İçeri itme ve çekme kuvvetleri
(gerilmelerle birlikte), Şekil 6.22b'de
gösterildiği gibi kiriş bölümlerinin etkili
uzunluğu uzatılarak azaltılabilir. Hem içeri itme
hem de dışarı çekme kuvvetleri bu tasarımla
aynı olacaktır. Diğer bir seçenek, düşük
yerleştirme direncine sahip ancak ayrılmaya
karşı yüksek dirençli bir tertibat olan Şekil
6.22c'de gösterilen tasarımdır.
Konsol kiriş düzenekleri tasarlanırken ön yük
kontrolü de önemli bir husustur. Geçmeli
montajlar kullanıldığında boyutsal doğruluğun
önemi fazla vurgulanamaz. Şekil 6.23'te
gösterildiği gibi ön yük kontrolünü
kolaylaştırmak için tasarıma yay benzeri veya
elastomerik bileşenler dahil edildiğinde
boyutsal talepler gevşetilebilir.
26. Konsol çıtçıtları bazen ayrı varlıklar olarak kalıplanır ve mekanik
bağlantı elemanları veya mekanik kilitleme kullanılarak başka bir
bileşene bağlanır. Şekil 6.21'de gösterilen bileşeni düşünün. Şasi ve
bileşenler sık sık onarım veya bakıma maruz kalsaydı, tekrarlanan
sapmanın bir sonucu olarak konsol çıkıntılı kiriş arızası olasılığı
nispeten yüksek olacaktır. Tek bir entegre kirişin arızalanması tüm
şasinin performansını düşürebilir. Entegre bir kiriş kullanımına
alternatif olarak ayrı bir konsol yassı kiriş düzeneğinin
kullanılmasıdır. Şekil 6.24'te gösterilen kiriş, kendinden diş açan
vidalar kullanılarak bir şasiye bağlanır.
Kiriş kullanımı, tersinir geçmeli montaj ve ayırma avantajları
sunarak bileşen bakımını basitleştirebilir, ancak aşırı sapma veya
kötüye kullanım nedeniyle hasar görmesi durumunda kiriş
değiştirilebilir. Bu tip bir kiriş, şasi malzemelerinin entegre geçmeli
kirişler (örneğin, metal parçalar veya çok kırılgan plastik
malzemelerden üretilen parçalar) için uygun olmadığı durumlarda
da kullanılabilir.
27. KAYNAKÇA
Molley, Robert A. Plastic Part Design for Injection Molding. Munich:Hanser Publications, 2010 (pg. 341,362)
