T.C. - Karadeniz Teknik Üniversitesi

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MASAÜSTÜ PLASTİK EKSTRÜZYON MAKİNESİ

TASARIMI VE İMALATI

MM-4006 BİTİRME PROJESİ

Görkem OCAK

Elifnaz BABA

Aydın TERLEMEZOĞLU

Ceyhan GÜLEÇ

HAZİRAN 2018

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MASAÜSTÜ PLASTİK EKSTRÜZYON MAKİNESİ

TASARIMI VE İMALATI

MM-4006 BİTİRME PROJESİ

Görkem OCAK

Elifnaz BABA

Aydın TERLEMEZOĞLU

Ceyhan GÜLEÇ

Danışmanlar

Doç. Dr. Recep GÜMRÜK

Doç. Dr. Ömer Necati CORA

Doç. Dr. Hasan GEDİKLİ

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

HAZİRAN 2018

TRABZON

ÖNSÖZ

Çağımızdaki teknolojik gelişmeleri müteakiben, plastik sektörü ve daha özelde plastik

boru sektöründeki gelişmeler dikkat çekicidir. Geçmişten günümüze insanlar yaşamlarını

kolaylaştırmak, yaşam kalitesini artırmak için ihtiyaçları doğrultusunda arayış içinde

olmuşlardır. Günümüzde boru, tel, çubuk gibi ürünlerin çok yaygın ve geniş bir kullanım

alanı vardır. Havacılık, otomotiv, sağlık, haberleşme, inşaat ve enerji sistemleri sektörlerde

ekstrüzyon ürünleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kadar talebin olduğu sektörde hızlı,

düşük maliyetli, kaliteli ve çevre dostu üretim önem arz etmektedir. Bu projede amaç

masaüstü boyutlarında, enerji tüketimi düşük, uygun maliyetli, malzeme kaybının az olduğu

ekstrüzyon makinasının üretilmesi hedeflenmektedir.

Çalışmalarımız esnasında bilgi ve yardımlarını esirgemeyen tez danışmanımız Doç.

Dr. Recep GÜMRÜK’e, tezimizin her aşamasında her türlü desteği veren Doç. Dr. Ömer

Necati CORA ve Doç. Dr. Hasan GEDİKLİ hocalarımıza ve her türlü problemimizde

yanımızda olan Arş. Gör. Altuğ UŞUN’a ve Arş. Gör. Hamdi KULEYİN’e teşekkürlerimizi

borç biliriz.

TRABZON 2018

İÇİNDEKİLER

ÖZET ........................................................................................................................................ III

SUMMARY ............................................................................................................................. IV

ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................................... V

TABLOLAR DİZİNİ .............................................................................................................. VII

1.GENEL BİLGİLER ................................................................................................................. 1

1.1.Ekstrüzyon ve Sistemi Tanıtımı ........................................................................................ 1

1.1.1.Ekstrüzyon Makinası ................................................................................................. 1

1.1.2.Tek Vidalı Ekstrüderlerin Genel Özellikleri .............................................................. 2

1.1.3.Çift Vidalı Ekstruderlerin Genel Özellikleri .............................................................. 2

1.1.4.Tek ve Çift Vidalı Ekstruderlerin Karşılaştırılması ................................................... 4

1.2.Ekstrüzyon Sisteminin Ana Elemanları ............................................................................ 4

1.2.1. Huni ........................................................................................................................... 4

1.2.2. Vida (Burgu veya Helezon) ...................................................................................... 5

1.2.3. Silindir (Kovan-Ocak) .............................................................................................. 8

1.2.4.Ekstrüzyon Kovan Tipleri ve Çalışma Prensipleri ..................................................... 8

1.2.5. Soğutma ve Vakumlama Ünitesi .............................................................................. 9

1.2.6. Çekici ........................................................................................................................ 9

1.2.7. Kalıp ........................................................................................................................ 10

1.2.8.Redüktör ................................................................................................................... 10

1.2.9.Hız Kontrol Sürücüsü .............................................................................................. 11

1.2.10.Rezistans ve Isıtıcılar ............................................................................................. 11

1.3.Ekstrüzyon Üretim Ayarları ............................................................................................ 12

1.3.1.Ekstrüzyonla Üretimde Sıcaklık Basınç ve Vidaya Etkisi ....................................... 12

1.3.2.Ekstrüzyon Makinesinin İlk Ayarı ve Çalıştırılması................................................ 12

1.3.3.Ham Madde Miktarının Ayarlanması ...................................................................... 13

1.3.4.Sıcaklık Ayarlarının Yapılması ................................................................................ 13

1.3.5.Basınç (Vida Dönüş Hız) Ayarlarının Yapılması .................................................... 15

1.4.Ekstrüder Çekim ve Kesim Ayarları ............................................................................... 15

1.4.1.Ekstruder Çekici Sistemleri ..................................................................................... 15

1.4.2. Çekiş Ayarlarının Yapılması ................................................................................... 17

1.4.3.Ekstrüder Kesim Sistemleri ..................................................................................... 17

1.4.4.Kesim Ayarlarının Yapılması .................................................................................. 19

1.5.Ekstrüder ve Kalibre Otomasyonu .................................................................................. 20

1.5.1.Basınç Ölçümü ve Otomasyonu ............................................................................... 21

1.5.2.Sıcaklık Ölçümü ve Otomasyonu ............................................................................ 26

1.5.3.Motor Kontrolü ........................................................................................................ 27

2.YAPILAN ÇALIŞMALAR .................................................................................................. 29

2.1.Tasarımın Amacı, Kısıtları ve Koşulları ......................................................................... 29

2.2. Sistem Elemanları ve Özellikleri ..................................................................................... 30

2.2.1 Redüktör ve Hız Kontrolcüsü Özellikleri ................................................................ 30

2.2.2 Isıtıcı Kontrolcüsü ve Özellikleri ............................................................................. 32

2.2.3.Termoeleman Seçimi ............................................................................................... 35

2.2.4. Kontrol Panelinin Oluşturulması ............................................................................ 36

3.BULGULAR ......................................................................................................................... 37

4.TARTIŞMA .......................................................................................................................... 42

5.SONUÇLAR ......................................................................................................................... 43

6.ÖNERİLER ........................................................................................................................... 44

7.KAYNAKLAR ...................................................................................................................... 46

8.EKLER .................................................................................................................................. 47

III

ÖZET

Plastiklerin işlenmesinde en yaygın metotlardan biri ekstrüzyon işlemidir. Plastik boru

üretimi ekstrüzyon işlemlerinden biridir ve günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yöntem üretim bakımından birçok avantaj sunmaktadır. Bu tezde ekstrüzyon işleminde

kullanılan malzemeler hakkında temel bilgiler, ekstrüzyon işlemi ve donanımları ele

alınmıştır. Çalışmada; plastikler, ekstrüzyon yöntemleri, ekstrüzyon donanımları temel bilgi

niteliğinde olup, ağırlıkla plastik boru imalatının üretim aşamalarının uygulanması üzerinde

durulmuştur. Ekstrüzyon sistemlerinde çevreci ve düşük maliyetli malzeme kullanılması

öngörülmektedir. Tasarlanması planlanan sistemde üretilecek ürünlerin en uygun ürünün

elde edilmesi amaçlanmaktadır. Bu sebepten dolayı kullanılan termoplastiklerin farklı

üretim parametrelerinde elde edilen ürünün yüzey kalitesi ve dayanıklılık bakımından

karşılaştırılması hedeflenmektedir.

Anahtar Kelimeler: Ekstrüzyon, polimer, termoplastik

IV

SUMMARY

The extrusion process is one of the most common methods of processing plastics.

Plastic pipe production is one of the extrusion processes and this process is widely used today.

The method offers many advantages in production. In this thesis, basic information about the

materials used in extrusion process, extrusion process and equipment are discussed. Study;

plastics, extrusion methods, extrusion equipment are basic knowledge and emphasis on

application of production stages of plastic pipe manufacturing. It is envisaged to use

environmentally friendly and low-cost material in extrusion systems. It is aimed to obtain the

most appropriate product of the products to be produced in the planned system. For this

reason, it is aimed to compare the surface quality and durability of the product obtained in

different production parameters of the thermoplastics which are used.

Keywords: Extrusion, polymer, thermoplastic

V

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

Şekil 1. Ekstrüder Sistemi .................................................................................................... 1

Şekil 2. Değişik çift vidalı ekstruder tipleri ......................................................................... 3

Şekil 3. Çift vidalı ekstrüder konum tipleri .......................................................................... 3

Şekil 4. Modüler çift vidalı ekstruder ................................................................................... 3

Şekil 5. Ekstrüder Vidası ....................................................................................................... 5

Şekil 6. Ekstrüder Vidası Çeşitleri ....................................................................................... 6

Şekil 7. Ekstrüder Vidasında tipik bölgeler ......................................................................... 8

Şekil 8. Ekstrüzyon Sisteminin Şematik Gösterimi ........................................................... 10

Şekil 9. Ekstrüder sıcaklık ayar ekranı ............................................................................... 14

Şekil 10. Ekstrüder hız ayar ekranı ...................................................................................... 15

Şekil 11. Bantlı ve paletli tip çekiciler ................................................................................. 16

Şekil 12. Palet çeşitleri ........................................................................................................ 16

Şekil 13. Ekstrüder çekici ünitesi ........................................................................................ 17

Şekil 14. Giyotin Kesim Cihazı ........................................................................................... 18

Şekil 15. Otomatik giyotin kesim ........................................................................................ 19

Şekil 16. Ekstrüder, kontrol konsolu, matris ve motor ........................................................ 21

Şekil 17. Ekstrüderde kullanılan bir basınç sensörü ............................................................ 21

Şekil 18. Ekstrüder ve bölümleri .......................................................................................... 22

Şekil 19. Ekstrüder kafasında basınç ölçümü ....................................................................... 23

VI

Şekil 20. Kovan üzerinde basınç ölçümü ............................................................................. 24

Şekil 21. Ekstrüderde filtre üzerinde basınç ölçümü ............................................................ 24

Şekil 22. Ekstrüder otomasyon şeması ................................................................................. 25

Şekil 23. PID kontrol kullanılan işlemin cevap grafiği ........................................................ 25

Şekil 24. Ek kontrol parametreleri blok şeması ................................................................... 26

Şekil 25. Sıcaklık kontrol şeması ......................................................................................... 26

Şekil 26. Motor sürücü blok diyagramı ................................................................................ 27

Şekil 27. Motor için Hız- Zaman grafiği .............................................................................. 28

Şekil 28. Sistem redüktörünün görüntüsü ............................................................................ 31

Şekil 29. Hız kontrol sürücüsü görüntüsü ............................................................................ 32

Şekil 30. Enda ETC742 PID ................................................................................................ 32

Şekil 31. Termoeleman görüntüsü ....................................................................................... 35

Şekil 32. Kontrol paneli görüntüsü ...................................................................................... 36

Şekil 33. 1.kalıptan elde edilen kaliteli ürün ........................................................................ 39

Şekil 34. 1.kalıptan elde edilen kötü ürün ............................................................................ 40

Şekil 35. 2.kalıptan elde edilen kaliteli ürün ........................................................................ 41

Şekil 36. 2.kalıptan elde edilen kötü ürün ............................................................................ 41

VII

TABLOLAR DİZİNİ

Sayfa No

Tablo 1. Redüktör teknik özellikleri …………………………………………………..…...30

Tablo 2. Sıcaklık kontrolcüsü teknik özellikleri ………………………………..……....….33

Tablo 3. Deney sonuçları ………………………………………………….…….…….…...37

1

1.GENEL BİLGİLER

Plastikler 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren tüm dünyada kullanıma sunulmuş ve

günümüze kadar olan süreçte kullanım miktarı hızla katlanarak yaygınlaşmıştır. Geçen

yüzyılın son çeyreğinden başlamak üzere, alt yapı üst yapı projelerinde plastik borular

kullanılmaya başlanmıştır. Kullanım, montaj avantajları; üretim kolaylığı, geri dönüşüm gibi

faktörler göz önüne alındığında, termoplastik malzemeden imal edilen boru üretimi hızla

artmış ve yüzyılımızda her alandan gelen büyük taleple karşılaşılmaktadır.

Günümüzde üretilmekte olan plastiklerin yaklaşık %65’inin işlenmesinde ekstrüzyon

veya ekstrüzyona bağlı bir yöntem kullanıldığı düşünüldüğünde, işlemin geniş bir alanı

kapsadığı aşikârdır. Bununla birlikte süreç, boru üretimi ve hatta yüksek yoğunluklu polietilen

boru üretimine indirgendiğinde ekstruder çeşitlerinin ve işleminde sınırlanması söz

konusudur.

1.1.Ekstrüzyon ve Sistemi Tanıtımı

Ekstrüzyon; Sıvı veya hamur halindeki bir maddeyi ince bir delikten uygun bir ortama

iterek tel veya iplik haline sokma işlemidir [1].

1.1.1.Ekstrüzyon Makinası

Plastik ürünlerin aynı kesitte, hassas ölçülerde ve istenilen uzunlukta, devamlı

(kesiksiz)olarak elde edilmesini sağlayan makinelere ekstrüzyon makineleri denir. Bu

makineler bazen kısaca ekstrüderler olarak da adlandırılmaktadır. Bu makinelerde üretilen

ürünlere plastik boru ve profil örnek olarak verilebilir [2].

Şekil 1. Ekstrüder Sistemi

2

1.1.2.Tek Vidalı Ekstrüderlerin Genel Özellikleri

Plastiklerin prosesin de en yaygın olarak kullanılan metotlardan birisi olan ekstrüzyon

işlemi silindir içindeki bir vidanın kullanılmasıyla olmaktadır. Plastik genellikle toz veya

tanecik formunda vidaya bir huniden beslenir. Vida ve kovan, plastik malzemenin iletilmesi,

eritilmesi ve basınç oluşturulmasında etkin olan birimlerdir. Dişli sistemi vidayı kontrollü

hızda döndürür. Kovan, sıcaklık kontrolörlerine bağlı olan ısıtma ve soğutma ekipmanları ile

donatılmıştır. Ekstrüdere, ergiyik halindeki harman, sürekli olarak beslenme hunisinden

aktarılarak beslenir. Önce ısıtıcı silindire gelen karışım, vida ile itilir, çıkışa doğru ilerledikçe

de ısınıp yumuşar. Isıtma işlemi, silindir çeperinde bulunan elektrikli ısıtıcılarla veya

indüksiyonla dışarıdan yapılabildiği gibi iç sürtünme kaynaklı da olabilir. Sürtünme

ısılarından sistemde önemli ölçüde yararlanılır. Ergitme iki ısı kaynağı ile kontrol edilir. İlki

genellikle kovan ısıtıcıları (mika ve seramik rezistanslar) ile dışarıdan uygulanan ısıdır. İkinci

ısı kaynağı ise kayma veya viskoz ısıtma olarak adlandırılır. Isıtma vidanın dönme hızının

değiştirilmesiyle kontrol edilebilir. En uygun dönme hızının seçilmesinin önemi büyüktür.

Düşük bir hızda ergiyik, kovan ve vida ile daha uzun bir süre temasta kalır. Düşük hızda

kayma azalacağından dağılıcı ısı miktarı azalır ve bu birleşimin film özellikleri güçlenir.

Optimum vida tasarımı için deneme yanılma metodu ile bilgisayar ile modelleme metodunun

beraber kullanılması gerekmektedir. Ekstrüder vidasına bakıldığında basit olarak üç farklı

kısma ayrılır[5].

1.1.3.Çift Vidalı Ekstruderlerin Genel Özellikleri

Bu makineler tek vidalı ekstrüderler ile kıyaslandığında yüksek verim, etkin karıştırma

ve ısı üretimi gibi konularda daha geniş olanaklara sahip olunduğu söylenebilir. Çift vidalı

ekstrüderler terimi çok genel olarak iki vidalı her ekstrüder için kullanılsa da gerçekte çift

vidalı bir makine tipi bulunmaktadır. Şekil 1.2’de karşı dönüşlü ve aynı dönüşlü vidalı

ekstrüderlerden bazılarının vidalarının birbirine göre durumları gösterilmiştir.

3

a. Karşı Dönüşlü b. Aynı Dönüşlü c. Karşı Dönüşlü d. Aynı Dönüşlü

(Geçmeli) (Geçmeli) (Geçmesiz) (Geçmesiz)

Şekil 2. Değişik çift vidalı ekstruder tipleri (Fisher E.G., 1976, Extrusion of plastics)

Bunun yanında vidalar birleşmiş veya birleştirilmemiş olarak da düzenlenebilir.

Birleşmemiş vidalar ile oluşturulan yapıda, vida taşıyıcı yüzeyleri arasında malzeme geçişine

imkân sağlayacak belli değerde bir boşluk bulunur.

Şekil 3. Çift vidalı ekstrüder konum tipleri (Fisher E.G., 1976, Extrusion of plastics)

Bir karşı dönüşlü, çift vida ekstrüderde malzemeye uygulanan kayma gerilmesi ve

basınç değerine yakın bir mekanizmayla gerçekleştirilir ve malzeme etkin bir şekilde karşı

dönüşlü vidalar arasında sıkıştırılır. Aynı dönüşlü sistemde malzeme aşağıdaki şekilde

görülen formu oluşturacak şekilde bir vidadan ötekine aktarılarak iletilir.

Şekil 4. Modüler çift vidalı ekstruder [Mikrosan Makine]

4

Bu tip sıralama, özellikle ısıl hassasiyete sahip malzemelere, malzeme ekstruderden

hızlıca ve düşük sıkışma olasılığı ile iletilebildiği için uygulanan ideal bir düzenlemedir.

Vidalar birleşmiş ise, vidaların çevresindeki hareket yavaştır ama itici hareket daha

büyüktür[5].

1.1.4.Tek ve Çift Vidalı Ekstruderlerin Karşılaştırılması

Tek ve çift vidalı ekstruderler arasındaki en önemli farklardan birisi tek vidalılarda

ısının büyük bir kısmının vidayı tahrik eden motor ile sağlanması ve buna karşılık çok

vidalılarda dış ısıtıcıların kullanımına ihtiyaç duyulmasıdır. Karşılaştırılabilir verimlerdeki tek

vidalı bir ekstrüdere göre, çok vidalı bir ekstrüderin maliyeti konstrüksiyonunun

karmaşıklığından ötürü daha yüksektir. Ayrıca çok vidalı ekstruderlerde karşılaşılan

yataklama ve tahrik güçlerinin yanı sıra kovanın adaptör bölgesinin geometrik yapısının akımı

düzgünleştirmek üzere düzenlenmesi de önemli bir sınırlamadır. Genel olarak çift vidalı

ekstrüderler bu sınırlamaların önemsiz olduğu veya ekstra maliyete karşılık işlem

avantajlarının kayda değer olduğu durumlarda tercih edilir. Çift vidalı ekstrüderler, tek vidalı

ekstrüderler ile işlenmesi zor malzemeleri, daha toleranslı ekstrüzyon koşullarında başarıyla

işlemeye fırsat tanır. İki tip ekstrüderde kullanılan basınç mekanizmaları farklı olduğundan,

çift vidalı ekstrüderler, sistemde geri basınç oluşumunda kullanılan matris kısılmasına daha da

az bağımlıdır. Dolayısıyla bu tip ekstrüderler özellikle işlenmesi zor malzemelerden kaim

kesitlerin ekstrüzyonu için tek vidalı ekstrüderlere göre daha uygundur [5].

1.2.Ekstrüzyon Sisteminin Ana Elemanları

1.2.1. Huni

Huni, ekstrüderde işlenecek malzemenin düzenli olarak beslenmesini sağlar. Bütün

malzemeler serbestçe akma eğiliminde değildir, bu nedenle huni genellikle bir konveyör veya

karıştırıcı ile donatılırlar.

5

1.2.2. Vida (Burgu veya Helezon)

Vida plastiğin beslenmesi, taşınması, ergitilmesi ve homojenleştirilmesi dâhil birçok

işlevi yerine getirir. Bu bakımdan ekstrüderin kalbidir. Çok değişik tipte vida mevcuttur. En

çok kullanılan, üç bölgeli vida olup termoplastiklerin çoğunu ısıl ve ekonomik açıdan tatmin

edici bir şekilde işler. Bu bölgeler besleme, sıkıştırma ve ölçme bölgeleri olarak adlandırılır.

• Vidaların Önemi ve Geometrisi

Şekil 5. Ekstrüder Vidası

Ekstrüderin en önemli parçası vidadır. Ekstrüde edilecek malzeme miktarı, kalitesi ile

ilgili olarak dizayn ve imal edilen vidaların üretiminde, büyük gayret sarf edilir. Spiral biçimli

bir derinleştirme işlemi (diş açma işlemi vb.) silindir şeklindeki metal bir malzemeye,

plastiğin ileri itilmesini sağlayacak bir biçim verilmesi olarak tanımlanır. Plastikler ekstrüdere

besleme hunisi üzerinden granül veya toz hâlinde verilir. Hammadde vidanın dişleri arasında

çevirme hareketi sonunda silindirin sonuna doğru ilerler. Bu iş vida yüzeyi ile granül ve

silindir yüzeyi arasında belli bir sürtünme oranı olursa başarılabilir. Silindir iç yüzeyinin ve

vida dış yüzeyinin sürtünme kat sayıları çok küçük olmalıdır. Aksi hâlde hammaddenin

taşınma işlemi yapılamaz. Hammadde topaklaşır, vida boşa dönmeye başlar. Sürtünme

katsayısı iki değişik maddenin yüzeylerinin birbirine teması sonucu yüzeyde oluşan kuvvettir.

Vida plastiğin beslenmesi, taşınması ergitilmesi ve homojenleştirilmesi dâhil birçok işlevi

yerine getirir. Bu bakımdan ekstrüderin kalbidir. En çok kullanılan vida, üç bölgeli olup

termoplastiklerin çoğunu ısıl ve ekonomik açıdan tatmin edici bir şekilde işler. Vidayı,

besleme-sıkıştırma-ölçme bölgeleri oluşturur. Besleme bölgesinde katı madde içeri sürülür ve

ileri doğru zorlanır. Sıkıştırma bölgesinde vidanın akış derinliği azaltılarak malzeme

6

sıkıştırılır ve ergitilir. Ölçme bölgesinde ergitilmiş malzeme homojen hâle ve istenilen işleme

sıcaklığına getirilir.

Ekstrüderlerde, vida çap ve uzunluğu genellikle(L/D) olarak ifade edilir. Termoplastiklerde

bu oran 15/1 ile 20/1’dir. (Bazı modern sistemlerde ise yüksek sıcaklıklarda eriyen polimerler

için kullanılan 20/1–36/1 değerleri de bulunmaktadır). Kalıplama basıncı artırılmak istenir ve

daha iyi bir karışım hazırlanması düşünülür ise (aynı veya ters yönlerde dönen) iki veya fazla

sayıda vida kullanılabilmektedir. Özellikle toz hâlindeki polimerler için çok vidalı

ekstrüderler kullanılmaktadır. Sıkıştırma bölgesinde basınç, vida diş derinliklerinin giderek

küçültülmesi ile sağlanır. Böylece eriyikte kalan hava, basınç altında sıkıştırma ile çıkartılır.

Bu şekilde ısı transferinin artması sağlanır. Ekstrüderde vida sıkıştırma oranı besleme

bölgesindeki hacmin ergitilme ölçme bölgesindeki hacme oranı olarak tarif edilir (2/1 ve 4/1

oranları sıklıkla kullanılır.). Ekstrüder vidasındaki bölgeler birbirine eşit değildir. İşlenecek

polimer türüne bağlı olarak değişebilmektedir. Örneğin, nylon (naylon) gibi çabuk eriyenlerde

sıkıştırma bölgesi kısa iken PVC’de sıkıştırma bölgesi tüm vida boyunca uzanacak ölçülerde

ve çok uzundur.

Şekil 6. Ekstrüder Vidası Çeşitleri

• Besleme Bölgesi

Bu bölgenin amacı besleme hunisinden soğuk malzemenin alınıp ısıtılması ve

sıkıştırma bölgesinin beslenmesidir. Besleme bölgesi kesiti formunun diğer bölgeler gibi en

iyi forma sahip olması önemli değildir. Vidanın besleme bölgesinin debiyi kontrol ettiği kabul

edildiği gibi, besleme bölgesinin ölçme bölgesini dolu tutacak yeterlikte malzeme taşıma

kapasitesine sahip olması da önemlidir. Diğer taraftan, besleme bölgesinden ölçme bölgesine

yollanan malzemenin çok fazla olmamasını sağlamakta aynı önemdedir. Dengeden ayrılış

7

dalgalanma ve itmelere yol açacaktır, bu sebeple besleme malzemesinin hacim faktörüne

uygun sıkıştırma oranının seçilmesinde uygulamaya dikkat edilmesi gerekir. Sıkıştırma oranı

genellikle 1,5: 1 ve 4: 1 arasında değişmektedir.

• Sıkıştırma bölgesi

Sıkıştırma veya hal değiştirme bölgesi besleme bölgesini takip eder ve vida dişi

yüksekliğinin azar azar küçülmesiyle ölçme kesitine kadar malzemeyi ulaştırırlar. Sıkıştırma

bölgesi, katı bölgeden viskoz bölgelere malzeme geçişinde hacim değişimi ve ergime oranının

ayarlanması için gerekli şekilde tasarlanmalıdır. İlk olarak tutulan havanın tekrar besleme

bölgesine geri itilmesi ve ikinci olarak sıkıştırılan malzemenin termal iletkenliğini

iyileştirmek için sıkıştırmanın doğru miktarda yapılması amaçlanmıştır. Bunun dışında

sıkıştırma bölgesinden geçişi boyunca malzeme yeterli viskoz hale gelir ve kütle doğru

üniform şekilde ısıtılır ve karıştırılır. Böylece malzeme sıkıştırma bölgesinden geçerek,

homojen bir şekilde ergiyik hale dönüşür ve ergimemiş parçacıklardan yoksun bir şekilde

daha sonraki bölgelere geçer.

• Ölçme bölgesi

Bu bölgede vidanın diş yüksekliği tekrardan sabittir fakat besleme bölgesindeki diş

yüksekliğinden çok daha azdır. Ölçme bölgesi, vidanın son kısmıdır ve ergimiş plastik

malzemeyi sabit hacim ve basınçta kalıp sistemine iletir. Ölçme bölgesinde ergiyik malzeme

matrise, sabit debi, üniform sıcaklıkta malzeme ve basınç altında homojenleştirilir. Şekil 1.8

de uzun bir vidanın basınç diyagramı bulunmaktadır. Özel bir vidada bölgelerin uzunlukları

ekstrüde edilen malzemeye bağlı olarak değişmektedir. Ayrıca ölçme bölgesi iki kısma

ayrılarak vidanın tam ergimeyi ve homojenliği sağlayacak yivli bir karıştırma bölgesi içererek

bir avantaj sağlayacaktır. Kısa geçiş bölgesine sahip bir vidada, geçiş bölgesinde çok şiddetli

bir kayma artışı oluşur ve bu vida tipi bu nedenle rijit PVC ve benzeri yerel aşırı ısınma riski

yüksek malzemelerde uygun olmayacaktır [5].

8

Şekil 7. Ekstrüder Vidasında tipik bölgeler (Turaçlı H., Ekstrüzyon teknolojisine giriş)

1.2.3. Silindir (Kovan-Ocak)

Silindir vidanın yaltaklandığı, rezistansları üzerinde taşıyan makine elemanıdır. Bu

kısım kovan veya ocak olarak da adlandırılmaktadır. Ekstruderlerin silindir tasarımına göre

farklı tipleri vardır [3].

1.2.4.Ekstrüzyon Kovan Tipleri ve Çalışma Prensipleri

Ekstrüzyonda kullanılan kovanlar enjeksiyon kovanlarından farklıdır. Enjeksiyon

kovanlarında proses sırasında oluşan yüksek basınca karşı dayanıklılık ve kararlılık aranırken,

ekstrüzyonda ise farklı malzemelerin beslenmesi ve aşırıcılığına karşı bir takım önlemler ön

plana çıkmaktadır. Beslenen hammaddenin özelliklerine uygun bir besleme bölgesine sahip

olmayan kovan iyi bir besleme yapamayacağı için asla sağlıklı şekilde çalışamaz, kaliteli ürün

veremez.

Ekstruder kovanların proses ihtiyaçlarına göre farklı besleme dizaynlarına sahiptir.

Bu dizaynlar şöyle sıralanabilir;

• Kanalsız besleme

Standart beslenmesinde herhangi bir problemle karşılaşılmayan plastikler için yivsiz

beslemeler kullanılır. Eğer zor beslenen ya da yüksek kapasite beklenen bir sistem değil ise

kanalsız besleme maliyet açısından avantajlıdır. Kanalsız beslemede soğutma, klasik veya

spiral ile sağlanabilmektedir

9

• Kanallı besleme

Özellikle zor beslenen cinsten, yüksek moleküller ağırlıklı ve lineer poliolefinler veya kırma,

hursa halindeki mamullerin beslenebilmesi için kovanın hammadde giriş bölgesinde farklı

derinliklerde konik kanallara sahip, cebri besleme yapmaya olanak sağlayan ve iç yüzeye

yakın spiral soğutma kanallarının olduğu yivli cebri besleme sistemli kovanlı kullanmak

gerekir.

• Sığ kanallı besleme

Sığ kanallı beslemede spiral kanallı soğutma sistemi kullanımı şartı yoktur. Çünkü beslemede

sıcaklık artışı çok yüksek değildir. Beslemede klasik soğutma kanalları kullanılmaktadır.

• Derin kanallı besleme

Hard Groove besleme, yüksek kapasite elde edebilmek ve yüksek molekül ağırlıklı

hammaddelerin düzgün beslenebilmesiiçin kullanılan bir besleme tipidir. Derin yivlere sahip

besleme bölgesi nedeniyle bu bölgede sürtünme ve kanal hacimleri maksimum derecede artar.

Artan kapasite ve sürtünme sebebi ile hard groove beslemede sıcaklık 350 dereceye kadar

çıkabilir. Bu durumda klasik soğutma sistemi besleme bölgesindeki ısıyı uzaklaştırmaya

yetmez. Bu sebeple besleme bölgesinde spiral kanallı soğutma sistemi kullanmak zorunludur.

Spiral kanallı soğutma sistemi kullanılmadığı takdirde hammadde, besleme kanallarında

eriyerek sistemi tıkar. Besleme bölgesindeki sıcaklık etkin bir soğutma ile uzaklaştırılarak

bunun önüne geçilmesi gerekir. Bu ise spiral kanallı soğutma ile sağlanır [4].

1.2.5. Soğutma ve Vakumlama Ünitesi

Soğutma ve vakumlama ünitesi, bir vakum pompası ve bir soğutma pompası yardımı

ile ürünün soğutma ve vakumlamasının yapıldığı kısımdır.

1.2.6. Çekici

Makinede işlenip kalıp ve kalibreden geçen ürünü çekerek kesime hazırlayan

sistemdir. Ürün genellikle bir palet sistemi yardımı ile çekilir [3].

10

Şekil 8. Ekstrüzyon Sisteminin Şematik Gösterimi [Turaçlı H., Ekstrüzyon

Teknolojisine giriş]

1.2.7. Kalıp

Plastik boru ve benzeri içi boş parçaların üretilmesinde ekstrüzyon boru kalıpları

kullanılır. Kalıbın ana parçalarından biri olan ve kalıbın dış kısmını oluşturan kalıp gövdesi,

kalıbın diğer parçalarını da üzerinde taşır. Kalıbın ana parçası içerisine konumlandırılmış

kalıp maça, kalıp flanşı bulunmaktadır.

1.2.8.Redüktör

Bir mekanizma tarafından döndürülen şaftın devrini küçültmek veya büyütmek için

kullanılan dişli tertibatı. Dişli kutusu adı da verilen redüktör, devri sabit elektrik motoru,

benzinli motor, dizel motoru gibi sürücülerden değişik devirlerde dönme hareketi elde etmek

üzere motor çıkış şaftına bağlanır. Redüktör için en yaygın örnek otomobil vites kutusudur.

Yokuşta ve otomobil yüklü iken motorun zorlanmadan iş yapmasını sağlamak için motor

devri redüksiyon dişlileriyle en alt seviyeye düşürülür. Redüktör giriş şaftı ile çıkış şaftı

gücün devirle ilişkisi, dişli çarklarda bulunan diş sayısı, çarkların çapı ve redüktör mekanik

düzenlemesine bağlı olarak değişir.

Çıkış devir sayısı yüksek redüktörler de vardır. Dişçi koltuklarında diş oymak maksadı

ile kullanılan dişli kayışlı redüktörler, elektrik motor devrini 10-15 kat arttırabilirler.

Redüktörler, hız ve iletecekleri güçlere göre çeşitlilik arz ederler. Hız değiştirme

miktarı 7:1 oranını geçmeyen durumlarda redüktör olarak kayış kasnak donanımı kullanılır.

Hız değiştirme miktarı 10:1 oranını geçmediği durumlarda dişli zincir donanımı kullanılır.

11

Daha büyük oranlar için tamamen dişli donanımlı redüktörler kullanılır. Dişli redüktör tipleri

arasında: Pinyon ve dişli donanımı; pinyon ve iç dişli donanımı; pinyon ve planet

mekanizmalı dişli donanımı; helisel çok dişli donanımı; sonsuz dişli ve dişli donanımı; özel

hipoid ve spiral pinyon ve dişli donanımı sayılabilir. Bunlardan pinyon ve planet dişli

donanımında düşürme oranında 10.000'e kadar ulaşılabilir [6].

1.2.9.Hız Kontrol Sürücüsü

Hızla gelişen, otomatik kontrol sistemleri, güç elektroniği ve otomasyon

teknolojisinde elektrik motorlarının önemi çok büyüktür. Elektrik motorları bize mekanik güç

sunar ve bu mekanik hareketin istenilen seviyede kontrol edilmesi gerekir. Elektrik motorların

hız kontrolü, makinenin devir sayısının kontrolü ile yapılır. Bu işlemin maksimum verimle

istenilen ölçüde gerçekleştirilmesi gerekir.

Endüstride elektrik motorlarının hemen hemen büyük bir bölümü AC sürücüler ile

kontrol edilmektedir. Sanayide sürücü sistemlerinin kullanılmasıyla enerji tasarrufu yapılır,

üretim kalitesi artar ve elektrik motorların daha verimli bir şekilde çalışması sağlanır. Bu

sürücüler daha da geliştirilerek hız kontrol cihazı teknolojisi geliştirilmiş ve bu işlev daha

kompakt bir hale getirilmiştir.

1.2.10.Rezistans ve Isıtıcılar

Rezistans, elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren direnç tellerine verilen genel

isimdir. Rezistans oldukça yüksek ısılara karşı direnç gösteren bir üründür. Rezistansların

içerisinde nikel, demir, krom ve alüminyum alaşımları bulunmaktadır. Rezistans, başta ısınma

teknolojisi olmak üzere ağır sanayi, tekstil, elektrikli ev aletleri, termostatlar gibi alanlarda

oldukça önemli bir yere sahiptir. Kullanılan malzemeye ve kullanım alanına göre çeşitlere

ayrılan rezistanslar, gelişen teknoloji ile birlikte farklı alanlarda kullanılmaya başlanmıştır.

Örneğin aynalara ısı verilmesiyle beraber rezistanslı aynalarda buharlaşma gibi bir sorun

yaşanmamaktadır.Rezistans teli elektrik akımına karşı direnç göstermektedir. Elektrik

konusunda direnç, iki uç arasına gerilim uygulanan bir maddenin elektrik akımına karşı

gösterdiği direnme gücüne verilen isimdir. Direnç R veya r harfleriyle gösterilmektedir.

Rezistanslar kendi içerisinde, boru rezistans, fişek rezistans, çember rezistans,

serpantin rezistans, otoklav rezistans gibi gruplara ayrılmaktadır. Fanlı sobalar başta olmak

12

üzere panolarda, fritöz gibi ev aletlerinde, termometrelerde, çamaşır makinelerinde, cam

ısıtıcılarında, bazı plakalarda ve daha birçok alanda kullanılmaktadır [7].

1.3.Ekstrüzyon Üretim Ayarları

1.3.1.Ekstrüzyonla Üretimde Sıcaklık Basınç ve Vidaya Etkisi

Ekstrüzyon yöntemi ile plastikler yüksek sıcaklık ve basınca maruz kaldıklarında

üretim esnasında parametrelerdeki değişikliklerin üretime yansıması olmaktadır. Ekstrüderde

her zaman aynı tipte üretim yapılıyorsa ekstrüder bölgelerini önceden belirlenen sabit set

sıcaklıklarında tutmak önemlidir. Fakat bu durum dâhili ve harici etkiler nedeniyle pek

sağlanamaz. Yüksek hız, bir kapının ya da pencerenin açılması, çevre sıcaklığı vb. etkenler set

edilen sıcaklık değerlerinin değişmesine neden olabilmektedir. Kontrol cihazı, ekstrüder

içindeki plastik eriyik, daha önceden manuel olarak ayarlanan erime sıcaklığına geldiği zaman

hızlı bir şekilde ısıtıcının enerjisini keser. Eğer sıcaklık ayarlanan noktanın altına düşerse

kontrol cihazı ısıtmayı devreye alır. Burada bir "on- off " kontrol söz konusudur. Ekstrüder

silindirinde basıncın sağlanması, erimiş plastiğin homojenizasyonu için gereklidir. Ekstrüder

silindiri içindeki maksimum basıncın ve ekstrüder vidası boyunca basınç dağılımının ne

olacağı değişik etkenlerden dolayı önceden belirlenemez. Bu durum, esas olarak vida

geometrisine, vida hızına, plastiğin viskozitesine ve plastik içine katılan katkı maddelerine

bağlıdır. Ekstrüder çıkış tarafındaki, direnç çok büyükse silindirdeki maksimum basınç,

besleme ağzına doğru yer değiştirebilir ki bu durum plastik beslemesini azaltabilir. Bu gibi

faktörlere dikkat ederek vida basınç değerleri uygun olarak ayarlanmalıdır.

1.3.2.Ekstrüzyon Makinesinin İlk Ayarı ve Çalıştırılması

Ekstrüzyon makinelerini çalıştırmadan önce makinenin kondisyon kartlarına bakılarak

set değerlerine ve hammadde tipine göre çalışmak gerekir. Buna göre ayrıntılı bilgi aşağıda

verilmiştir;

13

1.3.3.Ham Madde Miktarının Ayarlanması

Ekstrüzyon yöntemi ile üretimde makine üzerinde set edilmesi gerekli parametrelerden

biri, birim zamanda kalıptan çıkan hammadde miktarıdır. Ham madde miktarı değişik etkenler

göz önüne alınarak belirlenir. Bu etkenler ürün boyutları, ürün soğuma hızı, malzeme

özellikleri gibi faktörlerdir. Ürün boyutu arttıkça kalıptan birim zamanda akması gereken ham

madde miktarı da artacaktır. Birim zamanda ekstrüderden çıkan ham madde miktarına etki

eden bir diğer faktörde üretimde kullanılan ham maddenin özelliğidir. Elastikiyeti düşük olan

bir plastik malzeme, düşük bir akma miktarı ile kalıptan çıkarsa çekicinin hızına yenilerek

kopabilir. Bu durumda çekicinin hızını düşürerek kopmayı engellemek mümkündür ancak bu,

verimi azaltacağından pek tercih edilmemeli, kalıptan çıkacak ürün miktarı arttırılmalıdır.

Kalıptan çıkan ürün miktarının gereğinden çok arttırılması da sorun yaratacaktır. Çünkü çıkış

miktarı gereğinden fazla arttırılan plastik malzeme kalıp çıkışında zorlanacak ve makineyi

zorlayabilecektir. Aynı zamanda gereğinden fazla çıkan ham madde yeterince

soğutulamayacağı ve vakumlanamayacağı için üründe şekil bozuklukları meydana

gelebilecektir. Malzemenin kalıptan çıkma miktarına etki eden faktörlerden biri de plastik

malzemenin üzerinde hareket ettiği kalıp ve kalibre yüzeyleridir. Hassas işlenmemiş vedoğru

seçilmiş malzemelerden imal edilmemiş kalıp elemanları plastiğin akma miktarını düşürür ve

verimi olumsuz olarak etkiler. Ham madde miktarı kalıp üreticileri tarafından kalıbın

kapasitesi dikkate alınarak genel olarak üreticiye bildirilir. Bu miktar makinede çalışanlar

tarafından malzemenin kalıptan çıkışını zorlamayacak şekilde en verimli değere yukarıda

belirtilen faktörler göz önüne alınarak bir miktar arttırılıp eksiltilerek deneme yanılma

yöntemi ile ayarlanır. Kalıptan birim zamanda akan ham madde miktarı huninin çıkışında yer

alan dozajlama mekanizması yardımıyla istenilen miktarda ham maddenin dönmekte olan

vidaya aktarılması ile gerçekleştirilir. Dozaj arttırıldıkça vidaya gelen ham madde miktarı da

artacaktır. Set edilen tüm değerler makine klavyesinden yeni değerler girilerek değiştirilebilir.

1.3.4.Sıcaklık Ayarlarının Yapılması

Makine üzerinde set edilmesi gereken bir diğer parametre ham maddenin işleneceği

sıcaklık değerleridir. Bu değeri etkileyen en önemli etken kullanılan ham maddenin çeşididir.

Bildiğiniz gibi değişik plastik malzemeler değişik işleme sıcaklık değerlerine sahiptir. Set

edilecek sıcaklık değerlerinin malzemenin işleme sıcaklık değerine uygun olması gerekir.

14

İstenilen değerin üstünde veya altında ayarlanan bir sıcaklık değeri ham maddenin yanmasına

veya yeterince ergimemesine neden olur.

Şekil 9. Ekstrüder sıcaklık ayar ekranı

Makine üzerinde sıcaklık ayarı, vidanın belli bölgelerine ve kalıbın üzerine

yerleştirilmiş ısıtıcılar ile gerçekleştirilir. Vida üzerinde, vidalar konusunda da belirtildiği gibi

besleme, sıkıştırma ve ölçme olmak üzere üç bölge bulunur. Bu üç bölge üzerinde gerekli

ısıyı sağlamak için ısıtıcılar yerleştirilmiştir. Yukarıdaki resimde (Şekil 9) bir ekstrüzyon

makinesinde sıcaklık bölgeleri ve set edilen sıcaklık değerleri görülmektedir. E1 vida besleme

bölgesi sıcaklığını, E2 vida sıkıştırma bölgesi sıcaklığını, E3 ise ölçme bölgesi sıcaklığını

göstermektedir. A1 ile verilen sıcaklık ise kalıbın bağlandığı makine adaptörünün üzerinde

yer alan ısıtıcının sıcaklığını ifade etmektedir. Bunun dışında kalıp üzerinde de makine

üzerinden set edilebilen ısıtıcılar bulunmaktadır ve bu ısıtıcılarla kalıbın ısıtılması

gerçekleştirilmektedir. Şekil 9’da bir ekstrüzyon makinesi ekranında ilk satırda verilen

sıcaklıklar set edilen sıcaklıkları, ikinci satırda verilen sıcaklıklar ise o andaki mevcut sıcaklık

değerini göstermektedir.

15

1.3.5.Basınç (Vida Dönüş Hız) Ayarlarının Yapılması

Ekstrüzyon ile üretimde ayarları yapılması gerekli bir diğer parametre basınç

değeridir. Ekstrüderde basınç, vida dönme hızına ve ham madde özelliğine bağlıdır. Akıcılığı

az olan plastik malzeme kalıptan çıkmakta zorlanabilir hatta oluşan aşırı basınç ham

maddenin çıkış istikametinin tersi yönünde hareket kazanarak ham maddeyi besleme

bölgesine doğru hareket ettirebilir. Bunun yanı sıra ham madde içerisinde de plastik asyonu

sağlamak için bir basınç oluşması gereklidir. Ekstrüzyon sisteminde basınç artışı vida dönme

hızının arttırılması ile gerçekleşir. Dönme hızı artan vida malzemenin kalıp içerisindeki

basıncını arttırır. Dönme hızı şekil 10’da ekran görüntüsü verilen ekstrüzyon makinesinde

SYN-TOT miktarı arttırılıp eksiltilerek gerçekleştirilir.

Şekil 10.Ekstrüder hız ayar ekranı

1.4.Ekstrüder Çekim ve Kesim Ayarları

1.4.1.Ekstruder Çekici Sistemleri

Temas yüzeyleri boy ve genişlik olarak profil çeşitlerine göre değişen caterpillar

çekicide, invertör kontrolü bulunmaktadır. Bu sayede ekstruderin mal çıkış oranına göre hız

ayarlanabildiği gibi hız kontrol cihazları aracılığı ile hassas metraj ayarı yapılabilmektedir.

16

Profil testeresi, kesilecek profil çeşidi göz önünde bulundurularak hızlı çalışma ortamında,

kesim işlemi sıklığı açısından yüksek verimle çalışır.

Şekil 11. Bantlı ve paletli tip çekiciler

Ürüne uygun bantlı ve paletli çekici seçeneği manuel sıkıştırma veya pnömatik sıkıştırma

alternatifi bulunmaktadır. Kardan milli aktarma sistemi sayesinde titreşimsiz ve düzgün imalat

yapılır. Basınç ayarlı üst sıkıştırma çenesi sayesinde ezilme ve kırılma olmadan hatasız

imalat, tam kapalı güvenlik kafesi ve güvenlik ön camı sayesinde tam operatör güvenliği

bulunması gerekmektedir. Encoder ikazlı elektronik boy kesme sistemi yumuşak lastik çekici

paletleri çalışma ortamında, kesim işlemi sıklığı açısından yüksek verimle çalışır.

Şekil 12. Palet çeşitleri

İki çeşit çekme padleri üretilir. Profil şekline göre üretilmiş padler veya temel tabaka

/şekillendirilmiş padlerdir. Padler, üretilen sert PVC profilin zedelenmemesini sağlar.

Kauçukla yapılan bloklarda temas yüzeyinin parlak olması ve sürtünme katsayısında ki

azalmayla çekişi azaltır. Bu problemleri önlemek için PUR – bileşiği üretilmiştir. Bu PUR ile

yüksek aşınma ve kesilme mukavemeti ile çekme mukavemeti sağlanır. Özel üretilen padlerin

alt tabakaları alüminyumdan yapılmıştır. Bu alüminyum alt tabakalar yuvalarına kolay montaj

17

edilir. vb PVC kapı ve pencere, PVC ve kauçuk boru üretim yapan firmaların ekstrüzyon

makinelerinde çekici aparatları olarak kullanılır. PUR (özel karışım poliüretan) olması

sebebiyle çekilen malzemenin üzerinde iz bırakmaz. Ekstürüzyon padleri müşterilerin özel

ihtiyaçlarına (tutuş gücü, profil özelliği, aşınma dayanımı vb.) göre de üretilir.

1.4.2. Çekiş Ayarlarının Yapılması

Ekstrüderden çıkan ürün bir çekiş ünitesi yardımı ile sürekli olarak çekilir. Çekiş

ünitesi genellikle bir palet sisteminden oluşur. Hareket ederek dönen paletler arasında

sıkıştırılan ürün paletin hareketi ile sürekli olarak çekilir. Çekiş hızının fazla olması birim

zamanda elde edilen ürünün de fazla olması anlamına da gelir. Bu yüzden çekiş hızı istenilen

ürünü elde edebilecek en hızlı değere ayarlanmalıdır. Ancak bununla beraber çekiş hızının

gereğinden fazla olmasının da birtakım dezavantajları bulunmaktadır. Ürünün gereğinden

hızlı çekilmesi gerilen plastiğin kopmasına neden olabilir. Aynı zamanda gerilen ürün

kopmasa bile çekişin yarattığı gerilme ile istenilen boyut değerlerini yitirebilir. Bu

sebeplerden dolayı çekiş hızı ayarlanırken dikkatli davranılmalıdır. Çekiş hızının ilk ayarında,

kaba olarak ilk değer kalıp üreticisinden alınan kalıptan birim zamanda kg cinsinden verime

uygun bir değer seçilmeli daha sonra üründen alınan performansa göre bu değer arttırılıp

azaltılmalıdır.

Şekil 13. Ekstrüder çekici ünitesi

1.4.3.Ekstrüder Kesim Sistemleri

Plastik profil ekstrüzyon makinelerinde makinenin ünitesi içinde yer alan kesme

ünitesi zaman içerisinde teknolojik olarak gelişme göstermiştir. Özellikle PVC, PP, profil

lambiri vb. ürünlerin üretiminde çeşitli boylardaki kesimlerde kesici sisteminin önemi

büyüktür. Üretimde sırasıyla kalıp, kalibre çekici istemlerinden sonra kesim ünitesinde

encoder hareketi ile ya da “switch”in dokunması suretiyle kesim yapılmaktadır. Son yıllarda

sıcak kesim yöntemi de kullanılmaktadır. Kesim ünitesi çalışmasını şu şekilde açıklayabiliriz:

18

Ekstrüzyon sisteminin mantığı sürekli üretimdir. Çekiciden çıkan ürün, kesme ünite bölgesine

ilerler. Burada ürünün uç kısmı ürüne kılavuzluk yapan testerenin hem önünde hem

arkasındabulunan iki saplama arasından geçirilir. Encoderli kesme yönteminde ise sistemin

çalışması, ürünün sürekli üretilmesidir. Ayarladığımız ölçüye gelince testerenin hem giriş

hem de çıkış yönünde bulunan pnömatik tutma lastikleri ürüne yukarıdan aşağıya baskı

yaparak ürünütutar. Aynı anda ise testere yukarıdan aşağıya hareket ederek ürünü keser (bazı

makinelerde testere mekanizması aşağıdan yukarıya doğrudur). Kesme esnasında kesim

ünitesi üzerindeki testere de iki taraflı tekerlekli bir mil üzerinde çekicinin hızı oranında

ilerler. Kesme esnasında encoder sıfırlanır ve ayarlanan ölçüye gelince tekrar kesme işlemi

başlar.

Şekil 14. Giyotin Kesim Cihazı

Switch yöntemi ise ürünün kesim ünitesinden geçtikten sonra “swich”e doğru ilerler.

Bu ilerleme de ürün pnömatik olan “switch”i yukarı doğru kaldırır, bu esnada valfler testereye

sinyal gönderir ve kesme başlar. Bu işlem üretim boyunca tekrar eder. Kesme sistemlerinin

çeşitleri iki çeşit yapılır:

Testere ile kesme: Bu yöntem en bilinen yöntemdir. Testere kesim ünitesindeki mile takılarak

kesmeye hazırlanır. Testerenin uç kısımları elmas uçlu ya da üçgen uçlu olabilir. Çalışması

pnömatik şekilde testere mekanizmasının arkasında bir pistonun yukarı aşağı hareketiyle

çalışır.

19

Sıcak kesme: Bu yöntem son yıllarda tercih edilen sessiz ve temiz bir kesme yöntemidir.

Avantajları üründe kesme esnasında ürün üzerinde çatlama ve çapak yapmamasıdır. Eğer ürün

üzerine lamine kaplama yapılacaksa kaplamanın tam yapışmasına neden olmaktadır. Ayrı da

satılan bu kesme ünitesinin dezavantajı diğerine göre pahalı olmasıdır.

Şekil 15. Otomatik giyotin kesim

1.4.4.Kesim Ayarlarının Yapılması

Ekstrüder kalıbı ve kalibreden geçerek ürün hâline gelen plastik istenen uzunluklarda

kesilmeli ve depolanmalıdır. Kesim işlemi genellikle bir testere makinesi ile yapılmakla

beraber ürün özelliğine göre farklı yöntemler ile de kesim yapılabilmektedir. Kesim ayarı

yaparken dikkat edilecek en önemli nokta kesim uzunluğunun ve kesim sırasında testere

kesim hızının ayarlanmasıdır. Kesim uzunluğunun ayarlanması belli zamana göre kesim

hızının ayarlanması ve bu zaman dolduğunda kesim işleminin başlaması şeklinde olabildiği

gibi istenen uzunluğa erişen plastik ürünün, testereyi harekete geçirecek bir mekanizmaya

temas etmesi ile kesim işleminin başlaması şeklinde de olabilmektedir. Zamana göre yapılan

ayarlamalarda çekiş hızında yapılabilecek en ufak bir değişiklik kesim uzunluğunu da

etkileyeceğinden zamana göre değil, ürünün belli boya ulaşması ile ürünün kendisinin kesim

mekanizmasına temasıyla gerçekleştirilen kesim işlemi genellikle tercih edilmektedir. Kesim

sırasında eğer testere gereğinden hızlı bir şekilde hareket ederek ürünü keserse kesim alanında

20

kırılmalar veya testere sıkışmaları meydana gelebilir. Bu gibi durumlara karşı tedbirli

olunmalıdır.

Kesme sisteminde bulunması gereken özellikler:

• Elektro pnömatik sistem ile ekstruder performansına ayarlanabilme

• Temiz ve düzgün kesim için bütün testere fonksiyonlarının ayarlanabilmesi

• Sıkıştırma basınç ayarı ile hatasız, firesiz kesim işlemi yapabilme

• Encoder vasıtasıyla işlem yapabilen PLC tabanlı elektronik indikatör (gösterge)ölçü

ve sayı değerlerini testereye göndererek hassas ve temiz bir kesme işlemi sağlar.

• Tüm hareketler PLC sistem ile kontrol altına alınmıştır.

1.5.Ekstrüder ve Kalibre Otomasyonu

Ekstrüzyon işleminde kontrol edilmesi gereken çok sayıda değişken bulunduğundan

ve bu değişkenlerin tümünü aynı anda manuel olarak kontrol etmek mümkün olmadığından;

ekstrüder ve buna bağlı diğer cihazlarda otomatik kontrol yöntemleri etkin olarak

kullanılmaktadır. Bir ekstrüzyon sisteminde; sıcaklık, basınç, çekme veya hat hızının kontrol

edilmesi şarttır. Ekstrüder de plastik malzeme sürtünme etkisi ve dışarıdan verilen ısı ile

erimektedir. Verilen ısının malzemeyi eritip eritemeyeceği düzeyde olması sürekli kontrol

altında tutulmalıdır. Yine aynı şekilde ekstrüder matrisinden çıkan ürün belli bir basınç

değerine sahip olmalıdır, bu basıncın az veya fazla olması ürün kalitesini doğrudan

etkileyeceğinden izlenmeli ve ayarlanmalıdır. Bir diğer önemli faktör hat hızıdır. Sürekli

işlem içinde ürün hızının izlenmesi ve ayarlanması da önemli bir işlemdir [5].

Şekil 16. Ekstrüder, kontrol konsolu, matris ve motor

21

1.5.1.Basınç Ölçümü ve Otomasyonu

Ekstrüzyon işleminde, ekstrüder kafasındaki eriyik (melt) malzemenin basıncı daha

önceleri genellikle ölçülmemekteydi. Ancak son zamanlarda, hemen hemen tüm ekstrüzyon

makineleri kafalarında ekstrüzyon sensörü diye adlandırılan, ‘ekstrüzyon basıncı sensörleri’

ile standart olarak donatılmaktadır. Bu sensörler, 400 °C ‘ye kadar oldukça yüksek

sıcaklıklarda bile basıncı sürekli olarak algılayabilecek şekilde üretilmektedirler. Bu

sensörlerin basınç aralığı ise 100–2000 bar’dır.

Makinenin içine yerleştirilen sensörlerin tam görevi, yürümekte olan işlemin basınç

açısından kontrolünü sağlamaktır. Bu sensörlerin ölçtüğü değerler makinenin çalışmasını

anlamaya ve sistemin çözümlenmesine yardımcı olur. Sensörlerden alınan değerler ürün

kalitesinin istenilen şekilde ayarlanmasına olanak sağlar. Üründe herhangi bir problem ortaya

çıkması durumunda bunun nedenleri hakkında bilgi verir, bununla birlikte optimum kalite

şartları için ayarlama yapılacak değerlerin bilinmesini sağlar. Tüm bunlara ek olarak;

kullanılan hammaddenin akışkan dinamiğindeki değişimleri algılamayı kolaylaştırır.

Şekil 17. Ekstrüderde kullanılan bir basınç sensörü (National İnstruments)

Şekil 18 ‘de ekstrüderin vidası ve kovanı, vidanın dönmesini sağlayan motor ve şanzıman,

matris ve kafa, sabit akı sağlamaya yönelik dişli pompası, filtreleme sistemi, basınç-sıcaklık

sensör grubu ve yerleştirilmesi görülmektedir. Ekstrüder üzerinde yer alan sensörlerin

kullanım amaçlarına bakılırsa;

22

Şekil 18. Ekstrüder ve bölümleri

1,2 ve 3. sensörler, kovan üzerindeki basınç dağılımının izlenmesini sağlar. Bunun yanında,

akışkanın dinamiğinin tanımlanmasına yardımcı olur. Genellikle test ve ölçüm

ekstruderlerinde bulunurlar. Hammadde kalitesinin anlaşılmasında ve vida doğruluğunun

tespiti için kullanılırlar. Zor şartlara (sıcaklık, basınç v.b.) dayanıklıdırlar. Erime bölgesinde

bulunan bu sensörlerin, kalınlığı ~ 100μ olan membranı erimiş hammadde tarafından

bozulabilir.

4. sensör; filtre önündeki basıncı izlemek için kullanılır. Filtreye zarar gelmemesi için

yeterince hassas ve sağlam olmalı, bunun yanında sürekli ölçüme uygun olmalıdır.

5 ve 6. sensörler; dişli pompanın doğru olarak çalışıp, çalışmadığını kontrol amacıyla

kullanılırlar. Bu sensörlerin yeterince hassas olmalı ve ısıl stabilitesi olması tercih edilir.

7. sensör; en önemli sensördür. Kafa ve matris basıncını ölçerler. Ekstrüzyon işleminin sürekli

kontrolünün sağlarlar. Ürün kalitesinin kontrolünün ana şartıdır. Ürün kalitesi birebir olarak

kafada sabitlenen sıcaklık ve basınç değerine bağlıdır. Bu sensörlerin hassas ve ısıl kararlılığa

sahip olması gerekmektedir.

Genellikle, sensörlerden elde edilen sinyaller, vidayı süren motorun ve çekici motorun hızını

kontrol etmek amacıyla kullanılır. Ancak sadece alarm ve güvenlik amaçlı kullanımı da

yaygındır.

23

Bahsi geçen sensörler kullanılarak ekstrüzyon işleminde; verimlilik, üretkenlik arttırılır,

üründe kalite garantisi sağlanır, ekstrüder emniyeti sağlanır ve yapılan ölçümlerden elde

edilen bilgiler bakım, onarım gibi maliyeti olan işlerin yapılma zamanlarının kestirilmesini

sağlanır. Tüm bunları sonucunda zaman ve para tasarrufu sağlanır. Örneğin kovanda yükselen

basınç görülerek ekstrüderi kurtaran bir sistem, üretimde büyük avantaj sağlar.

Ekstrüderin basınç ölçümü alınan bölgelerinde ki basınç değişimleri yorumlanarak olası sorun

veya sorunlar tespit edilebilir. Sensörlerde; çok yavaş basınç arttığı gözlemleniyorsa,

malzemenin düzgün karıştırılmadığı ve/veya ergimenin tam olarak gerçekleşmediği, aşırı

basınç değeri varsa filtre tıkanması, motor ve/veya sürücü problemi olduğu, değişken basınç

değerlerinde ise hammadde beslemesinin hatalı olduğu veya degazör problemi olduğu

algılanır.

Şekil 19. Ekstrüder kafasında basınç ölçümü [Wiley J., 2002, Fundementals of modern

Manufacturing]

Şekil 19’da ekstrüzyon işlemini kontrol etmek için gerekli en önemli ölçüm noktası

gösterilmiştir. Kafanın tasarımına göre, doğru ve kaliteli ürün eldesi için çok hassas basınç

kontrolü gerekir. Matristen çıkan polimerdeki boyutsal doğruluk ve denge, ekstrüder

kafasındaki basınca bağlıdır.

24

Şekil 20. Kovan üzerinde basınç ölçümü

Kovan üzerindeki basınç ölçümü ile, kademeli basınç dağılımı izlenebilir. Bu sayede

polimerin farklı, sıkışma ve gevşeme grafikleri oluşturulabilir.

Şekil 21. Ekstrüderde filtre üzerinde basınç ölçümü

Filtreleme işlemi, ekstrüzyon işleminde saf ve hassas bir ürün elde etmek için gerekli

temek işlemdir. Filtreleme sayesinde mükemmel bir boyutsal doğruluk elde edilir. Filtre aynı

zamanda malzemenin akışını zorlaştıran bir engel gibidir. Dolayısıyla filtrenin durumunu

bilmek çok önemlidir. Ekstrüdere zarar verecek aşırı basınç yükselmesini önlemek için,

filtrede basıncın izlenmesi çok önemlidir.

25

Şekil 22. Ekstrüder otomasyon şeması

Ekstrüder kafasındaki basıncın kontrolü, plastik ekstrüzyon hatlarında karşılaşılan ana

kontrol problemlerinden biridir. Kafadaki basıncın kontrolü, ekstrüder vidasının hızını kontrol

etmek ile mümkündür. Bu tip bir kontrol pek çok bakımdan kritiktir. Vidanın hızının

arttırılması ile azaltılması arasındaki işlem cevapları farklı olabilir. Vida hızındaki ufak bir

azalma, ani basınç düşümüne neden olabildiği gibi, vida hızındaki artış, basınçta çok yavaş bir

yükselmeye neden olabilir. Bu tip tepkiler sistemi dengesiz yapar.

Bu nedenlerden dolayı bir kontrol cihazı kullanmak kaçınılmazdır. Bu cihazlar

sensörlerle birlikte birtakım olarak çalışırlar. Kontrol döngüsü, ekstrüder kafasına takılan bir

basınç sensörünü içermektedir. Bu sensörden gelen basınç bilgisi, mikroişlemci denetimli

kontrol cihazına iletilir. Kontrol cihazı, basınç bilgisini operatör tarafından girilen set değeri

ile karşılaştırarak motor sürücüsü için gerekli olan çıkış sinyalini üretir. Kontrol cihazı, motor

hızını otomatik olarak ayarlayarak, ekstrüder kafasında istenilen basıncın eldesini sağlar.

Kontrol cihazı, basıncın düzenlenmesinin yanında ani yükselme ve düşüşlerde ekstrüderin

durmasını sağlayarak hasar oluşumunu engeller.

Şekil 23. PID kontrol kullanılan işlemin cevap grafiği

26

Kontrol cihazında PID parametrelerinin ayarlanabilmesi için, algoritma ve fonksiyonlar

bulunmaktadır. Kontrol cihazındaki bu fonksiyonların aktif hale getirilmesiyle, PID

parametreleri otomatik olarak ayarlanır. Kendi kendini ayarlama ve otomatik ayarlama

özellikleri ile parametre ayarı yapılmaksızın çalışabilir. İstenildiği takdirde ek parametreler

manuel olarak ayarlanmak suretiyle sistem daha hassas olarak kontrol edilebilir [5].

Şekil 24. Ek kontrol parametreleri blok şeması

1.5.2.Sıcaklık Ölçümü ve Otomasyonu

Ekstrüder üzerinde yapılan sıcaklık ölçümü birçok açıdan önem taşımaktadır.

Hammaddenin tamamen ergiyip ergimediği, ya da çok yüksek sıcaklıktan dolayı yanıp

yanmadığı sıcaklık ölçümü ile anlaşılabilir. Sıcaklık etkeni de basınçta olduğu gibi ürünün

kalitesine doğrudan etki eden bir parametredir. Sıcaklık ölçümü genellikle basınç ölçümü

alınan noktalardan yapılır, çoğu kez basınç sensörleri içine entegre edilmiş sıcaklık sensörleri

aracılığı ile ölçüm alınır. Sıcaklık ölçümü için ekstrüder üzerine yerleştirilmiş termocouple

kullanımı yaygın bir uygulamadır. Bununla birlikte ekstrüder üzerinden ve kalibratör

üzerinden infrared olarak sıcaklık ölçümü yapılması mümkün olabilmektedir.

Şekil 25. Sıcaklık kontrol şeması

27

Sıcaklık ölçüm cihazından gelen analog sinyal, bir çevirici kart üzerinde dijital olarak işlenir

ve bilgisayar ortamına aktarılır. Bilgisayarda ve/veya kontrol cihazında bir yazılım tarafından

işlenen veri sistem çevrimini entegre edilir. Bu sayede hem ölçüm alınan noktalarda sıcaklık

manuel olarak gözlemlenir, hem de belirtilen algoritma içine alınan değerden işlemin

doğruluğu kontrol edilebilir [5].

1.5.3.Motor Kontrolü

Ekstrüder vidasının bağlı olduğu motor, sürücü ve buna bağlı yazılım ile kontrol edilir.

Basınç ve sıcaklık sensörlerinden alınan değerler bir kontrol yazılımında değerlendirilip

işlenir ve ekstrüder vida hızının uygun olan değerde kalması için, bir sinyal üretilip; motor

sürücüsüne gönderilir. Bir kapalı çevrim şeklinde devam eden bu işlem sonucunda, ekstrüder

içerisinde basınç ve sıcaklığın istenilen değerde olması sağlanır. Bununla birlikte, hat hızı da

yine aynı şekilde motor hızının azaltılıp, arttırılmasıyla ayarlanır.

Şekil 26. Motor sürücü blok diyagramı

Motorun sürülmesi için kullanılan yazılım, istenilen değerler arasında motorun

çalışmasını sağlar. Yazılımla istenilen pozisyon ve hareket profili ayarlanır ve sinyal hareket

kontrol kartı üzerine gönderilir. Gelen dijital değer burada analog değere çevrilerek motor

sürücü üzerine voltaj değeri olarak gönderilir. Motor sürücü ise motoru dolayısıyla mekanik

sistemi, akım çıkışı vererek kontrol eder. Bu çalışma sisteminde motor üzerinde bulunan bir

geri besleme cihazı tarafından, kontrol kartı üzerine geri besleme alınarak motorun istenilen

konumda olup olmadığı denetlenir.

28

Şekil 27. Motor için Hız- Zaman grafiği

Şekil 27’de verilen hız zaman grafiğinde de görüldüğü üzere, motor ilk önce hedeflenen hıza

yükselmekte, hedef hızda çalışmasını sürdürmekte ve istenilen pozisyonda durdurulması

mümkün olmaktadır. Bu profilde olduğu gibi, ekstrüder motoru da sürücü tarafından kontrol

edilerek istenilen basınç, sıcaklık ve hat hızı değerlerinin elde edilmesi sağlanır [5].

29

2.YAPILAN ÇALIŞMALAR

Yapılan çalışmadaki amaç masaüstü boyutlarda ekstrüzyon yöntemi ile boru imalatı

yapan bir makine tasarlamak ve bu makineden farklı ölçülerde boru imal etmektir. Çalışmada

2 farklı kalıp kullanıldı. 1. Kalıptan dış çapı 10 mm, iç çapı 8mm ve cidar kalınlığı 1 mm olan

boru üretmek; 2. kalıptan ise dış çapı 10 mm, iç çapı 5 mm ve cidar kalınlığı 2,5 mm olan

boru üretmektir. Yapılan deneysel çalışmalar 2 farklı malzeme kullanıldı. 1.malzeme yüksek

yoğunluklu polietilen, 2.malzeme ise geri dönüşüm ürünüdür. Helezon milinin vida çapını 20

kat küçük halde üretilen granülleri besleme hunisinden göndererek bir redüktör tarafından

tahrik edilen helezon mil vasıtasıyla yatay eksen boyunca taşınarak, 3 farklı bölgede

uygulanan ısıtma vasıtasıyla granülleri tamamen ergiyik hale getirerek kalıpta açılmış uygun

profilde boru çıkarmaktır. Burada 1.bölge sıcaklıkları ayarlandıktan sonra 2. ve 3. bölge

sıcaklıkları aynı değer olacak şekilde ayarlandı. Malzemeler huni bölgesinden beslendikten

sonra 1,2 ve 3 bölge sıcaklıkları değişik değerlere ayarlanıp ve redüktörün frekans değerleri

değiştirilerek çeşitli imalat parametrelerinde numuneler elde ederek kullanılan plastik

malzemelerden kaliteli boru imal etmek için en uygun şartlar belirlendi.

2.1.Tasarımın Amacı, Kısıtları ve Koşulları

Ekstrüzyon ürünleri pek çok alanda örneğin inşaat, sağlık, otomotiv, gıda, havacılık,

enerji sistemleri, petrokimya sektöründe kullanılmaktadır. Bu proje kapsamında masaüstü

boyutunda seri üretime uygun, hassas, düşük hata oranlarında ve malzeme kayıplarının az

olduğu bir ekstrüzyon sisteminin tasarımı ve imalatı hedeflenmektedir.

Projede amaçlanan hedef ilk olarak sektörde kullanılan ekstrüzyon makinalarına göre

hassas, küçük boyutlarda, fazla enerji harcamayan ve malzeme kaybının daha az olduğu

ekstrüzyon makinaları üretmektir. Üretilecek bu ekstrüzyon makinaları masaüstü boyutlarında

olduğundan uygun bütçeli olacaktır. Bu tezgâhta imalatı zor olan küçük boyutlardaki

ürünlerin üretilmesi hedeflenmektedir. Fiyat bakımından uygun olduğu için bu sektörde

inovasyon(girişimcilik) üzerine çalışmalarda bulunan kişilerin projelerinde ihtiyaç duydukları

boru, çubuk, tel, lamel gibi ürünleri hızlı ve kolay bir şekilde üretmeleri mümkün olmaktadır.

Maliyetinin düşük olmasından dolayı okullarda, üniversitelerde deney amaçlıda kullanılabilir.

30

Polimer malzemelerde mukavemet ve deformasyon arttırma çalışmalarında elde edilen

numune ürünlerinin üretimde kullanılıp kullanılamayacağı da bu sayede test edilebilir.

Öncelikle araştırması ve tasarımı, sonrasında da üretimi amaçlanan bu sistemin

masaüstü boyutlarda olması kullanım açısından büyük avantaj sağlamaktadır. Fakat hali

hazırda bulunan benzer sistemler kadar fonksiyonlu değildir. Örneğin üretilecek parçaların

boyutları konusunda geniş bir imkana sahip değildir. Kovan ve helezon mil boyutlarının

küçük olmasından dolayı küçük parçaların üretimine imkan sağlamaktadır. Seri üretim

esnasında bu küçük parçaların üretimi daha büyük sistemlere göre daha kolay ve tasarruflu

olacaktır. Yer kaplama sorunu olmadığından kullanılacak ortamda bir kısıtlama getirilmesine

gerek kalmayacaktır. Kullanılması amaçlanan ekstrüzyon kalıplarının kolaylıkla sökülüp

takılması üretimde uzun süreli aksaklıklara sebep olmayacağı düşünülmektedir. Hem sistemin

üretiminde hem de seri üretimde herhangi bir problemle karşılaşılacağı öngörülmemektedir.

2.2. Sistem Elemanları ve Özellikleri

2.2.1 Redüktör ve Hız Kontrolcüsü Özellikleri

Tablo 1. Redüktör teknik özellikleri

Teknik Özellikler

Tip DRE273-2E90S/4B

Giriş Tip Direkt Akuple

Gerilim ve Frekans 50 Hz-400 V

Motor Verim Sınıfı IE2

Motor Gücü(kW) 1.1

n2(d/dak) 20

Çıkış Torku [Nm] 503

Tahvil 70.03

Servis Faktörü 0.9

Çıkış Rulmanları Eksenel Kuv. (AF)

Fama (+) [kN] 51

Akım IE2 [A] 2.6

Cos Fi IE2 0.75

31

Motor Verim (4/4) IE2 81.4

Yağ Miktarı [I] 1.8

Ağırlık [kg] 31

Şekil 28. Sistem redüktörünün görüntüsü

D-Serisi redüktör

D serisi redüktörler bilinen YILMAZ REDÜKTÖR kalitesindeki monoblok gövdeli

helisel dişli redüktörlerdir. D serisi redüktörler delik milli olmasından dolayı birçok uygulama

alanı için montaj kolaylığı ve kompaktlık sağlamaktadır. Bu modeller flanşlı, gövde

bağlantılı, delik milden askı bağlantılı veya bunların bir kombinasyonu olan montaj

şekillerinde üretilmektedir. Delik milli redüktörler sonsuz vidalı modellerde olduğu gibi

modüler sistemde düşünülmüştür. Çıkış milleri ve çıkış flanşları, standart ürün üzerine

sonradan ilave edilebilmektedir. Gövdenin her iki tarafından bağlanma imkanı sağlayan

bağlantı delikleri mevcuttur. Delik milli redüktörlerin motor bağlantılarında da esneklik

getirilmiştir. IEC B5 veya B14, standart akuple veya motorsuz mil girişli modeller mevcuttur.

Diğer sonsuz ve monoblok modeller ile olan kombinasyonlarda değişiklikler minimum

düzeye indirilmiştir. Yüksek mukavemet ve verimin ön plana çıktığı uygulama alanlarında,

sonsuz vidalı redüktörlerin yerini almakta olup, radyal yükler açısından da büyük avantajlar

sağlamaktadır [8].

32

Şekil 29. Hız kontrol sürücüsü görüntüsü

Özellikler ve Avantajları:

Güç: 110kW'a kadar

Besleme: 1 Faz 230V (170-240V)

Besleme: 3 Faz 400V (330-440V)

Özellikle Kolay Kullanım Odaklı

PID Proses Kontrolü

V/F Kontrol ve Tork Güçlendirme

Dayanıklı yüzey kaplamalı kartlar

Ağır şart kullanımı (60s %150)

Multi-fonksiyonel I/O

Jogging

RS485 (MODBUS) Haberleşmesi

2.2.2 Isıtıcı Kontrolcüsü ve Özellikleri

Enda ETC742 PID

* 72 x 72mm ebatlı.

* Seçilebilir sensör tipi. Şekil 30. Enda ETC74PID

ETC 7420 PV

SV CNT/AL2

SSR

AL1

SET

ENDA

CSET ASET

TEMPERATURE CONTROLLER

33

* PID parametrelerinin otomatik hesaplanması (SELF TUNE).

* Soft-Start özelliği.

* RS-485 ModBus protokolüyle haberleşme(Opsiyonel).

* Seçilebilir SSR ya da röle kontrol çıkışı.

* İkinci Alarm ya da kontrol çıkışı olarak programlanabilen röle çıkışı.

* Birinci Alarm çıkışı olarak kullanılabilen AL1 röle çıkışı.

* Seçilebilir Isıtma/Soğutma kontrolü.

* Giriş için offset özelliği.

* Prob arızası durumunda röle konumlarını seçebilme veya periyodik çalışma.

* Tuş takımı için güvenlik seviyeleri.

* Tuş takımı ve ModBus ile programlama

Tablo 2. Sıcaklık Kontrolcüsü Teknik Özellikleri [9].

Giriş tipi Skala aralığı Doğruluğu

°C °F

Pt 100 Rezistans

termometre

EN 60751 -200...600 °C -328... +1112°F 0,2%

Pt 100 Rezistans

termometre

EN 60751 -99.9...300.0°C -99.9...+543.0°F 0,2%

J (Fe-CuNi)

Termokupl

EN 60584 0... 600°C +32... +1112°F 0,2%

K (NiCr-Ni)

Termokupl

EN 60584 0...1200°C +32... +2192°F 0,2%

T (Cu-CuNi)

Termokupl

EN 60584 0... 400°C +32... +752°F 0,2%

S (Pt/0Rh-Pt)

Termokupl

EN 60584 0...1600°C +32... +2912°F 0,2%

R (Pt13Rh-Pt)

Termokupl

EN 60584 0...1600°C +32... +2912°F 0,2%

34

ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER

Besleme 230V AC +%10 -%20, 50/60Hz veya 24V AC %10, 50/60Hz

Güç tüketimi En çok 7VA

Bağlantı 2.5mm²'lik soketli klemens

Hat direnci Termokupl için en çok 100ohm, 3 telli Pt 100 için en çok 20ohm

Bilgi koruma EEPROM (en az 10 yıl)

EMC EN 61326-1: 1997, A1: 1998, A2: 2001 (EN 61000-4-3 standartı için

performans kriteri sağlanmıştır.)

Güvenlik

gereksinimleri

EN 61010-1: 2001 (Kirlilik derecesi 2, aşırı gerilim kategorisi II)

ÇEVRESEL ÖZELLİKLER

Ortam/depolama

sıcaklığı

0 ... +50°C/-25... +70°C

Bağıl nem 31°C'ye kadar %80, sonra lineer olarak azalıp 40°C'de %50'ye düşen

nemde çalışır.

Koruma sınıfı EN 60529 standartlarına göre Ön panel : IP65

Arka panel : IP20

Yükseklik En çok 2000m

Yanıcı ve aşındırıcı gaz bulunmayan ortamlarda kullanılmalıdır.

ÇIKIŞLAR

CONT./AL2 çıkışı Röle : 250V AC, 2A (rezistif yük için), NO+NC Kontrol veya Alarm2

çıkışı olarak seçilebilir

AL1 çıkışı Röle : 250V AC, 2A ( rezistif yük için), NO/NC seçilebilir (Alarm1

çıkışı).

SSR çıkışı Seçilebilir Lojik kontrol çıkışı.(Maksimum 12V, 20 mA)

Röle ömrü Yüksüz 30.000.000 anahtarlama; 250V AC, 2A rezistif yükte 300.000

anahtarlama

35

KONTROL

Kontrol biçimi Tek set-değer ve alarm kontrolü

Kontrol yöntemi On-Off / P, PI, PD, PID (seçilebilir)

A/D dönüştürücü 15 bit

Örnekleme zamanı 500ms

Oransal band %0 ile %100 arasında ayarlanabilir. Pb=%0 ise On-Off kontrol seçilir.

İntegral zamanı 0.0 ile 100.0 dakika arasında ayarlanabilir.

Türev zamanı 0.00 ile 25.00 dakika arasında ayarlanabilir.

Kontrol periyodu 1 ile 250 saniye arasında ayarlanabilir.

Histerisiz 1 ile 50°C/F arasında ayarlanabilir.

Çıkış gücü Set değerindeki oran %0 ile %100 arasında ayarlanabilir.

2.2.3.Termoeleman Seçimi

Projede 1. ve 2. bölgede 1’er adet olmak üzere toplamda 2 adet demir- konstantan

termocouple kullanılmıştır. 8mm çaplık termocouple kovanın üzerine açılmış vidalı bölgeye

vidalanarak beyaz ve kırmızı uçları ise ısıtıcıya bağlanmıştır. Termocouple amacı üretilen

elektrik enerjisi ısı enerjisine çevirerek 1. ve 2. Bölgelere ısı vererek malzemeleri eritmektir.

Şekil 31. Termoeleman görüntüsü

36

2.2.4. Kontrol Panelinin Oluşturulması

Genel montajdan sonra hız kontrol sürücüsü, sıcaklık kontrolcüsü ve redüktörün

elektrik donananımı bağlandıktan sonra sistemin kontrol edilmesi için panel oluşturuldu.

Bölgelere uygulanacak ısı değerler ve redüktörün devri bu panelden ayarlandı. Ekstrüzyon

makinesini açma-kapama işlemi panel üzerindeki şalterler ve kumanda anahtarından yapıldı.

Şekil 32. Kontrol paneli görüntüsü

37

3.BULGULAR

Yapılan deneylerde 2 kalıp ve 2 farklı malzeme kullanılarak; 1,2 ve 3 bölge

sıcaklıkları değiştirilerek, helezon mili tahrik eden redüktörün frekansları değiştirilip farklı

devir sayılarında kullanılan malzemeler için en kaliteli boru üretme durumundaki

parametreleri belirlemektir. Deney sonuçları aşağıda tablo halinde verilmiştir.

Tablo 3. Deney sonuçları

Numune

No

Kalıp

No

Malzeme 1.Bölge

Sıcaklığı [

]

2.ve 3.Bölge

Sıcaklığı

[ ]

Redüktör

Frekansı

[Hz]

Malzeme

kalitesi

1 1 G.D.Ü 150 155 1200 KÖTÜ

2 1 G.D.Ü 150 155 900 KÖTÜ

3 1 G.D.Ü 155 160 1420 KÖTÜ

4 1 G.D.Ü 165 170 1200 İYİ

5 1 G.D.Ü 150 155 1420 ORTA

6 1 G.D.Ü 155 160 1000 KÖTÜ

7 1 G.D.Ü 160 165 1200 İYİ

8 1 Y.Y.P.E 160 165 900 İYİ

9 1 Y.Y.P.E 160 165 1420 İYİ

10 1 Y.Y.P.E 165 170 1000 İYİ

11 1 Y.Y.P.E 165 170 1420 İYİ

12 1 Y.Y.P.E 155 160 1200 ORTA

13 1 Y.Y.P.E 155 160 900 KÖTÜ

14 1 Y.Y.P.E 155 160 1000 KÖTÜ

15 2 G.D.Ü 150 155 900 KÖTÜ

16 2 G.D.Ü 150 155 1200 KÖTÜ

17 2 G.D.Ü 155 160 1100 ORTA

18 2 G.D.Ü 155 160 1420 İYİ

19 2 G.D.Ü 160 165 1200 İYİ

38

20 2 G.D.Ü 160 165 900 ORTA

21 2 G.D.Ü 165 155 1000 İYİ

22 2 Y.Y.P.E 150 155 900 KÖTÜ

23 2 Y.Y.P.E 150 160 1200 KÖTÜ

24 2 Y.Y.P.E 155 160 1100 ORTA

25 2 Y.Y.P.E 155 165 1420 İYİ

26 2 Y.Y.P.E 160 165 1200 İYİ

27 2 Y.Y.P.E 160 155 900 ORTA

28 2 Y.Y.P.E 165 155 1000 İYİ

G.D. Ü. = Geri Dönüşüm Ürünü

Y.Y.P.E. = Yüksek Yoğunluklu Polietilen

Kalıp No. 1 = Cidar kalınlığı 1mm, dış çap 10mm, iç çap 8 mm

Kalıp No. 2 = Cidar kalınlığı 2.5mm, dış çap 10mm, iç çap 5mm

Tasarlanan ve imal edilen masaüstü boyutlarda ekstrüzyon makinesinde yapılan

deneyler sonucu 1.bölge sıcaklığı 160-165 , 2.-3. bölge sıcaklığı 165-175 , redüktörün

frekansı 1200-1420 Hz parametrelerinde çıkan boruların daha düzgün ve kaliteli olduğu

gözlenmiştir.

39

Şekil 33. 1.kalıptan elde edilen kaliteli ürün

40

Şekil 34. 1.kalıptan elde edilen kötü ürün

41

Şekil 35. 2.kalıptan elde edilen kaliteli ürün

Şekil 36. 2.kalıptan elde edilen kötü ürün

42

4.TARTIŞMA

Deneyde 2 kalıp ve 2 malzeme kullanıldı. 1.kalıp için 7 tane geri dönüşüm, 7 tane de

yüksek yoğunluklu polietilen için numune elde edildi; 2.kalıp için ise 7 tane geri dönüşüm, 7

tane de yüksek yoğunluklu polietilen için numune elde edildi. Bu numuneler elde edilirken

1. ve 2. Bölge sıcaklıkları değiştirildi. Ayrıca redüktörün frekansları da değiştirilerek ürünler

elde edildi.

1. kalıp için elde edilen numunelerde her iki üründe de 1.bölge sıcaklığı 150- 155

ayarlanıp, 2.bölge sıcaklığı 155-160 ayarlandığı durumlarda eğer redüktörün frekansı 900-

1000 Hz olduğunda kaliteli numuneler elde edilemedi ancak frekansı 1420 Hz kadar

artırıldığında numunelerin kalitesi artırıldığı gözlemlendi. 1.bölge sıcaklığı 160-165

ayarlanıp, 2.bölge sıcaklığı 165-170 ayarlandığı durumda redüktörün frekansı 1000 civarı

değerlere kadar düşürüldüğünde ise yine kaliteli ürünler alındı. Bu durum ise bize sıcaklıkları

düşük tutarsak malzeme tam ergiyik hale gelmedi için eğer redüktörün frekansı 1200’den

aşağı seçilirse kalitesiz ürünler elde edileceği eğer 1420 Hz ‘e getirilirse kaliteli ürün elde

edileceğini gösterdi. Eğer sıcaklıklar yüksek tutulursa redüktörün frekansı düşük tutulursa

yine kaliteli ürünler elde edildiği gözlemlendi. Bu sonuçlar bize plastiğe yüksek ısı verirsek

kolay ergiyik hale geleceğini kovan ve helezon mil arasında kolayca akacağını yani viskozite

değerinin azaldığından düşük mil devrinde bile kolayca akarak güzel numuneler vereceğini

göstermektedir. Eğer ısıtma bölgelerinde düşük ısı verilirse malzeme tam ergiyik hale

gelemeyeceğinden viskozitesi yüksek olacak bundan dolayı redüktörün frekansı yüksek

seçilerek malzemenin tıkanma yapmasını ve helezon mil vasıtasıyla kovan içinde kolay

taşınıp kaliteli numuneler elde edildi.

43

5.SONUÇLAR

En kaliteli boru yapmak için üretim parametreleri değiştirme işleminin sonuncunda;

İlk bölgeye uygulanan sıcaklığın, iki ve üçüncü bölgeye uygulanan sıcaklıktan daha az

olması gerektiği deneysel sonuçlarla tespit edildi. İlk ısıtma ve son ısıtma arasında sıcaklık

farkının 5-10 fark olması gerektiği gözlemlendi. Kaliteli boru imal etmek için ilk bölgenin

kullanılan malzeme için (yüksek yoğunluklu polietilen ve geri dönüşüm ürünü) sıcaklığı 160-

165 olması gerektiği belirlendi. Bu sayede daha düşük güçlü redüktörler bile

kullanıldığında uygun profilde boru imal edilebilir. Son bölge sıcaklığı ise 165-175 olması

boru imal etmek için uygun sıcaklık aralığıdır. Sistemde kullanılan redüktörün gücü 1.1

kW’dır. Bu redüktörün kontrolcüsünden frekansı max 1420’ye çıkartılmaktır, bu frekansta

ayarlanan milin devri 19 dev/dk’dır. Eğer bölge sıcaklıkları yüksek tutulursa, helezon milin

devri artırılması gerektiği gözlemlendi. Bunun nedeni ise düşük sıcaklıklarda plastik

malzeme tam ergiyemeyeceği için viskozitesi yüksek olacaktır ve bu durumda malzeme

helezon mili kovandan kalıba daha zor taşınacaktır. Eğer ısıtma bölge sıcaklıkları daha

yüksek tutulursa, helezon milin frekansı düşürülüp devri azaltılarak daha kaliteli borular elde

edildiği gözlemlendi.

Tasarlanan ve imal edilen masaüstü boyutlarda ekstrüzyon makinesi için uygun

parametreler:

1.bölge sıcaklığı = 160-165

2.-3. Bölge sıcaklığı = 165-175

Redüktörün frekansı = 1200-1420 Hz

44

6.ÖNERİLER

Yapılan deneysel çalışmalarda ilk hedef sistemden boru çıkarmaktır. Sanayide

kullanılan ekstrüzyon sistemleri birden fazla ve eş zamanlı çalışan bölümlerden

oluşmaktadır. Borunu şekillendirildiği bölge, çekme ünitesi, soğutma ünitesi ve kesme

ünitesi vs. Bu çalışmada sadece boru şekillendirme ünitesi bulunmaktadır. Yüksek sıcaklıkta

çıkan ergiyik plastik malzeme bir anda laboratuvar ortamına çıkınca malzeme büzülür. Bu

durumun sebebi ise ergiyik plastik malzemenin yaklaşık 170 sıcaklıkta ve ergiyik

malzemenin kalıptan çıktığı laboratuvar ortamının sıcaklığının ise yaklaşık 22 olmasıdır.

Burada meydana gelen ani ve yüksek ısı transferi malzemede büzülme ve kötü yüzey

kalitesine sabit boruların üretilmesine sebep olur. Bu durumu önlemek için ergiyik malzeme

kalıptan çıktıktan sonra soğutma yapılmalıdır. Endüstriyel uygulamalarda genellikle kalıptan

çıkan borular su havuzuna sokulur. Bu sayede daha düzgün bir ısı transferi sağlanarak düz ve

yüksek yüzey kaliteli borular üretilir. Bu büzülme ve kötü yüzey kalitesini engellemek için

diğer bir öneri ise kalıp bölgesinin uzun tutulmasıdır. Ergiyik malzemenin kalıptan çıkması

zaman alır. Uzatılan kalıpta üretilmek istenen boru boyutlarına uygun şekilde uzatılarak boru

kalıpta bir miktar ilerler ve burada bir miktar soğumaya başlar. İlk şekillenmeyi burada

başlayarak borunun kalıptan laboratuvar ortamına çıktığında büzülme büyük oranda

engellenir ve yüzey kalitesi daha yüksek boru imal edilir.

Boru imalatında karşılaşılan bir diğer sorun ise borunun kalıptan dışarı doğru

çıkarken borunun çekilmesi işlemidir. Sistemde çekme ünitesi bulunmadığından insan

gücünden faydalanılarak boru kalıptan çekildi. İnsan eli borunun her noktasında homojen bir

çekme kuvveti uygulaması imkânsız olacağından; çekilen borularda ezilme, çap daralması ve

kırılmalar meydana gelecektir. Endüstriyel uygulamalarda genellikle çekme işlemi bir

redüktör tarafından tahrik edilen merdane vasıtasıyla olduğundan çekme kuvveti borunun her

noktasında homojen etki etmektedir. Bu sayede boru çapında daralma, boruda ezilme ve

kırılma gibi durumlar meydana gelmemektedir. Sistemde ise kaliteli boru imal etmek için

çekme ünitesi eklenmelidir.

Borunun kalıptan çıkmaya başladığı anda diğer bir problem ise borunun cidar

kalınlığının homojen bir şekilde her noktada aynı olacak şekilde ayarlanmasıdır. Eğer

ayarlama kötü yapılırsa iç çap ve dış çapın eksenleri arasında kaçıklık meydana gelir. Bu

sebepten dolayı cidar kalınlığı her noktada aynı olmaz. Kalıplar kovanın kafa kısmına

45

takılırken sabitleme cıvatalarının sıkma ayarları hassas yapılmalıdır. Düzgün yapılmayan bu

ayarlama işlemleri sonucunda cidar kalınlığı dengesiz bir şekilde dağılır. Endüstriyel

uygulamalarda çapın düzgün bir şekilde ayarlanması için vakum sistemleri kullanılmaktadır.

Kalıba yerleştirilen maçalara vakum etkisi uygulanarak ergiyik plastik malzeme maçanın

yüzeyine tam çekilerek boru çapı düzgün ve homojen bir şekilde elde edilmesi sağlanır.

46

7.KAYNAKLAR

[1]http://www.nedirnedemek.com/, Son Erişim:10.11.2017

[2] http://teknikrehber.net/ekstruzyon-makinesinin-tanimi /,Son Erişim:13.11.2017

[3]http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf /,Son Erişim:18.11.2017

[4]http://www.plastikciyiz.biz/bilgi-kutuphanesi/teknik-bilgi-kutuphanesi/270/ekstruzyon-

kovan-tipleri-ve-calisma-prensipleri/,Son Erişim:23.11.2017

[5]Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Plastik Boru İmalatında Boru

Kalibresinde Termoelektrik Soğutma Uygulaması ve Kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, Mak.

Müh. Ümit TOKGÖZ,İstanbul,2008

[6]https://www.dersimiz.com/bilgibankasi/,Son Erişim:23.05.2018

[7]http://www.isiturkrezistans.com/rezistans_nedir.php /,Son Erişim:26.05.2018

[8]http://www.elektrikport.com/,Son Erişim:23.05.2018

[9]http://www.botekotomasyon.com/,Son Erişim:24.05.2018

47

8.EKLER

Resim 1. Kalıp montajlı hali

Resim 2. Kalıp patlatma görüntüsü

48

Resim 3. Ekstrüzyon makinasının görüntüsü

Resim 4. Sistemde kullanılan kalıp görüntüsü

49

Resim 5. Sistemde kullanılan ısıtıcı görüntüsü