Plastik Boru Üretimi İçin Spiral Kanallı Ekstrüzyon Kalıbının

3. Ulusal Polimer Bilim ve Teknolojisi Kongresi ve Sergisi,
12 – 14 Mayıs 2010, Kocaeli Üniversitesi – Kocaeli
SS 69
Plastik Boru Üretimi İçin Spiral Kanallı Ekstrüzyon Kalıbının
Sistematik Tasarımı
Gün Gören a, Mümin Balaban a, Oktay Yılmaz a, Kadir Kırkköprü a, Mustafa Doğu b
a
İstanbul Teknik Üniversitesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Gümüşsuyu, Taksim/İSTANBUL
b
Dizayn Grup Teknoloji Araştırma ve Geliştirme Ltd. Şti., Yıldız Teknik Üniversitesi
Teknoparkı, Davutpaşa Kampüsü, 1.Faz, Esenler, İstanbul
yilmazo@itu.edu.tr
Polimer ekstrüzyonunda spiral kanallı kalıplar, boru gibi çok katmanlı ürünlerin üretiminde
yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kalıpların geleneksel kalıp geometrilerine göre önemli
avantajları vardır. Bunlardan bazıları; geniş proses koşullarında (malzeme tipi, eriyik sıcaklığı ve
üretim hızı) kullanılabilmeleri, düşük basınç kaybına neden olmaları, üniform hız dağılımı
sağlamaları, homojen sıcaklık dağılımı sağlamaları, az yer kaplamaları, montaj, sökülme ve
temizleme kolaylığı sağlamaları, ürün içinde birleşme çizgilerine neden olmamaları şeklindedir [1].
Bu çalışmada öncelikle eriyiği spiral kanallı kalıba yönlendiren dağıtıcının (askı veya balık
kuyruğu tipi) tasarımı ele alınmıştır. Amaç, dağıtıcı çıkışında olabildiğince üniform akış hızının
elde edilmesi ve basınç kaybının düşük olmasıdır. İlk aşamada, dağıtıcının ön tasarımı analitik
ifadelerle yapılmıştır. İkinci aşamada, akış sistemlerinin elektrik-şebekesi sistemlerine
benzeşiminden yararlanarak dağıtıcının geometrik parametreleri optimize edilmiştir. Elektrik
şebekesi yaklaşımında akış hacmi; içerisinde tam gelişmiş, tek boyutlu ve eş sıcaklık akış
koşullarının geçerli olduğu sonlu sayıda küçük hacimlere bölünmektedir. Üçüncü aşamada,
geometrik parametreleri belirlenerek tasarlanan dağıtıcının Sayısal Akışkanlar Dinamiği (SAD)
analizleri gerçekleştirilerek dağıtıcının tasarımı son halini almıştır. SAD analizleri, Sonlu
Elemanlar Yöntemini kullanan bir ticari yazılımla [2] gerçekleştirilmiştir. Polimer eriyiğin reolojik
özelliklerinin temsil edilmesinde Genelleştirilmiş Newton Tipi Akışkan Modeli [3] kullanılmıştır.
Spiral kanallı kalıbın geometrik parametreleri, basınç kaybının düşük olması ve kalıp
çıkışında üniform hız dağılımının sağlanabilmesi amacıyla elektrik şebekesi yöntemi kullanılarak
optimize edilmiştir. Spiral kanallı kalıp tasarımında tespit edilmesi gereken boyutlar, spiral kanal
sayısı, spiral kanal genişliği, spiral kanal derinliği, spiral kanal derinliğinin azalma hızı, silindirin
koniklik açısı ve spirallerin helis açısı olarak belirlenmiştir. Sonraki aşamada spiral kanallı kalıbın
SAD analizleriyle tasarımı sonlandırılmıştır. Dağıtıcı ve spiral kanallı kalıbın birlikte oluşturduğu
akış geometrisi için yapılan SAD analizleri yardımıyla kalıp tasarımı tamamlanmıştır.
Kaynaklar:
[1] Fischer, P., Wortberg, J., New Spiral Mandrel Dies, “Innovation in Extrusion” isimli SKZ
Konferansı ’nda sunulan bildirinin genişletilmiş baskısı, 1998
[2] Polyflow 3.12, Fluent Inc. (www.fluent.com)
[3] Baird, D.G., Collias, D.I., “Polymer processing: principles and design”, Wiley-Interscience
publication, New York, 1998
76