Enjeksiyon makinesi soğutma: kalıp ve hidrolik yağ için doğru su

Enjeksiyon makinesi soğutma, iki ayrı devrenin işidir: kalıbı soğutan su ve hidrolik yağı soğutan su. Kalıp suyu çevrim süresini ve parçanın ölçü, yüzey ve çarpılma kalitesini belirler; bu yüzden çoğu tesiste kalıplara sıcaklığı sabit chiller suyu ya da kalıp sıcaklık kontrol cihazı bağlanır. Yağ eşanjörü ve besleme boğazı ise daha ılık suyla yetinir; bunlar için kule suyu ya da ayrı bir ılık devre genellikle yeterlidir. İyi bir tasarım bu iki ihtiyacı birbirinden ayırır ve her birine gereken sıcaklıkta ve debide su verir.

Isı nereden gelir, nereye gider?

Plastik granül, kovandaki ısıtıcı rezistanslarla ve vidanın sürtünmesiyle eriyik hâline gelir. Bu ısının büyük bölümü kalıpta geri alınmak zorundadır: parça ancak katılaşacak kadar soğuduğunda kalıptan çıkarılabilir. İkinci ısı kaynağı hidrolik sistemdir; pompadaki, valflerdeki ve borulardaki kayıplar yağı ısıtır. Tam elektrikli ve servo pompalı makinelerde yağdan gelen ısı belirgin biçimde azalır, kalıbın ısı yükü ise değişmez.

Bir enjeksiyon makinesinde soğutma suyunun gittiği yerler genellikle üçtür:

• Kalıp: parçanın katılaştığı yer; en hassas devre.
• Hidrolik yağ eşanjörü: yağı çalışma sıcaklığında tutar.
• Besleme boğazı: granülün huniden kovana girdiği bölge; malzemenin erken yumuşayıp topaklanmaması için soğutulur.

Kalıp soğutma: çevrim süresi ve parça kalitesi

Çoğu parçada soğuma süresi enjeksiyon çevriminin en uzun bölümüdür. Kalıp suyunun sıcaklığı ve debisi bu süreyi doğrudan belirler. Su dengesiz geldiğinde operatör güvenli tarafta kalmak için çevrimi uzatır ve saatlik üretim düşer. Kalıplar kule suyuyla soğutuluyorsa bu etki en çok yaz öğleden sonralarında, su en sıcakken görülür.

Kalite tarafında belirleyici olan, kalıp yüzeyinin her noktada ve her çevrimde aynı sıcaklıkta olmasıdır. Bir bölge ötekinden sıcak kalırsa parça çarpılır, kalın kesitlerde çöküntü izi oluşur, iç gerilme ve ölçü sapması artar, yüzey parlaklığı değişir. Bu yüzden kalıp devrelerinde:

• su sıcaklığı yaz kış ve vardiyadan vardiyaya sabit tutulur,
• debi, kanallarda türbülanslı akış oluşturacak kadar yüksek seçilir,
• kalıp girişi ile çıkışı arasındaki su sıcaklığı farkı birkaç derecede tutulur.

Kalıbın kaç derecede çalışacağını malzeme belirler. PP ve PE gibi malzemelerde kalıp görece soğuk tutulur; PC, PA ve POM gibi teknik plastiklerde belirgin şekilde daha sıcak çalışılır. Doğru aralığı malzeme üreticisinin veri sayfası verir. İnce cidarlı ambalaj ve PET preform gibi hızlı çevrimli işlerde düşük ve çok kararlı su sıcaklığı, kapasite kadar önemlidir.

Hidrolik yağ ve besleme boğazı

Hidrolik yağ genellikle 40–50 °C bandında tutulur. Yağ ısındıkça incelir; sızdırmazlık elemanları ve yağın kendisi daha çabuk yaşlanır, makinenin tekrarlanabilirliği bozulur. Fazla soğuk yağ ise ağır akar ve hareketleri yavaşlatır. Bu hedef için yağ eşanjörüne chiller suyu göndermek gerekmez: 30 °C civarındaki kule suyu ya da ayrı bir ılık devre işi görür. 7–10 °C'lik suyu yağ eşanjörüne harcamak, chiller kapasitesini kalıbın ihtiyacı olmayan bir işe ayırmak ve borularda terleme riskini artırmak demektir.

Besleme boğazı da benzer biçimde ılık suyla soğutulur. Amaç, granülün kovana girmeden yumuşayıp köprü kurmasını önlemektir. Gereğinden soğuk tutulan boğazda ise yoğuşma oluşabilir; bu da nem çeken malzemelerde ayrı bir sorun çıkarır.

Kule suyu mu, chiller suyu mu?

Açık bir soğutma kulesi suyu, havanın yaş termometre sıcaklığının birkaç derece üstüne kadar soğutabilir. Türkiye'nin çoğu yerinde bu, yaz günlerinde 30 °C civarında su demektir. Yağ eşanjörleri, besleme boğazları ve sıcak çalışan bazı kalıplar için bu sıcaklık yeterlidir. Kulenin yazın hangi sıcaklıkta su verebileceğini soğutma kulesi seçimi yazımızda anlattık.

Kalıbın dış hava sıcaklığının altında ve yıl boyu sabit bir suya ihtiyacı varsa chiller gerekir. Çoğu tesiste bu yüzden iki devre yan yana kurulur:

• chiller devresi: kalıplar için genellikle 8–15 °C arasında, sıcaklığı sabit su,
• ılık devre: yağ eşanjörleri ve besleme boğazları için kule ya da kuru soğutucu suyu.

Açık kule suyunu doğrudan kalıba göndermek, ince soğutma kanallarında kireç ve kir birikmesine yol açar; kanal daraldıkça soğuma eşitsizleşir. Kalıp devresi bu yüzden kapalı tutulur, kule suyuyla arasına gerekiyorsa plakalı bir eşanjör konur. Kışı soğuk geçen bölgelerde endüstriyel gruplardaki free-cooling bataryası, dış hava yeterince soğuduğunda kompresörü durdurup kalıp suyunu dış havayla soğutur.

Kalıp sıcaklık kontrol cihazı ne zaman gerekir?

Kalıp sıcaklık kontrol cihazı (termoregülatör), makinenin yanına konan, kendi pompası, ısıtıcısı ve soğutma eşanjörü olan küçük bir ünitedir. Kalıbı istenen sıcaklığa ısıtır, üretim sırasında fazla ısıyı chiller ya da kule suyuna aktararak sıcaklığı sabit tutar. Şu durumlarda gerekir:

• kalıbın chiller suyundan belirgin şekilde sıcak çalışması gerekiyorsa,
• aynı devreye bağlı kalıplar farklı sıcaklıklar istiyorsa,
• üretime başlarken kalıbın kısa sürede çalışma sıcaklığına getirilmesi isteniyorsa.

Su ile çalışan cihazlar genellikle 90 °C civarına, basınçlı tipleri daha yükseğe çıkar; daha yüksek kalıp sıcaklıkları için termal yağlı cihazlar kullanılır. Bu cihazlar chiller'ın yerini almaz: kalıptan çektikleri ısıyı yine bir soğutma devresine verirler. Chiller kapasitesi hesaplanırken onların yükü de toplama eklenir.

Chiller kapasitesi nasıl bulunur?

En güvenilir yol, kalıp devrelerinin toplam debisini ve gidiş-dönüş sıcaklık farkını kullanmaktır. Suyun ısı taşıma kapasitesinden gelen pratik formül şudur: Q (kW) ≈ debi (m³/h) × ΔT (K) × 1,163.

Örnek: on makinelik bir atölyede kalıplara toplam 12 m³/h su gittiğini ve suyun kalıplardan 3 K ısınarak döndüğünü varsayalım. Q = 12 × 3 × 1,163 ≈ 41,9 kW eder. Termoregülatörlerin ve aynı devreye bağlı başka tüketicilerin yükü bunun üzerine eklenir. Makinelerin hepsi aynı anda çalışmıyorsa eş zamanlılık hesaba katılır; yeni makine planı varsa pay bırakılır.

Debi bilinmiyorsa makine üreticisinin kalıp soğutma verisi ya da malzeme tarafından yapılan hesap kullanılır: saatte işlenen plastik miktarı, eriyik ile kalıptan çıkış sıcaklığı arasındaki fark ve malzemenin ısıl özellikleri yükü verir. Yöntemin ayrıntısını ve diğer seçim kriterlerini chiller seçimi yazımızda bulabilirsiniz.

Makine başına mı, merkezi mi?

Tek bir makine ya da birkaç makinelik bir hücre için, pompası ve tankı gövdesinde olan bir mini chiller (5–60 kW) pratiktir. Makinenin yanına konur, su sıcaklığı o makinenin kalıbına göre ayarlanır; kalıp değiştiğinde öteki makineler etkilenmez. ±0,5 °C hassasiyet isteyen işlerde inverter kompresörlü model seçilir.

Tüm atölyeyi tek merkezden besleyen sistemlerde endüstriyel chiller sınıfına (300–2.000 kW) bakılır. Proses versiyonunda çıkış suyu ±0,5 °C hassasiyetle sabit tutulur; birden fazla grup master/slave düzeninde N+1 yedekli kurulabilir, böylece bir grup durduğunda hat durmaz. Aradaki ölçeklerde seçim, makinelerin yerleşimine ve yedeklilik beklentisine göre projede yapılır.

Makine başına kurulan bir proses grubuna örnek olarak Viskon Lastik Fabrikası'nı verebiliriz: üretim prosesi için iki soğutma devreli, tanklı ve pompalı bir mini chiller atölyede toplanıp test edildi, sahada galvaniz şase üzerine kurularak çalıştırıldı.

Teklif için gerekenler

• makine sayısı, kapama kuvvetleri ve işlenen malzemeler,
• kalıp suyu sıcaklığı ve makine başına debi,
• yağ eşanjörlerinin yükü; mevcut kule ya da kuru soğutucu,
• termoregülatör sayısı,
• çalışma düzeni (vardiya ya da 7/24) ve yedeklilik beklentisi,
• grubun konacağı yer ve bölgenin yaz sıcaklığı.

Bu bilgileri teklif formumuzdan gönderin; atölyenize uygun grubu ve devre düzenini birlikte belirleyelim.