Theoretical and Experimental Investigation of Compression Capabilities of AA7075 Chips in Different Mold Geometries

Year 2022, Volume: 14 Issue: 3, 244 - 254, 31.12.2022

Suat Koçoğlu Kemal Yıldızlı

https://doi.org/10.29137/umagd.1216657

Abstract

The amount of use of recycled metals in manufacturing activities is constantly increasing. Scrap metals can be used by melting and pouring again. Metal chips scrap to be sent to the melting process is stored after compressing because the need for storage space is reduced and the charging to be made into the furnace is more efficient. The product obtained as a result of the compression process is called briquette. Circular geometry is traditionally preferred in the briquetting molds used during the process. Further compaction of the chips will provide economic and logistical benefits. In this study, the effect of different mold geometries on the compaction ability of AA7075 chips was investigated. Mold geometry, chip size, chip amount and force amount were determined as factors affecting the compaction process. Three levels were considered appropriate for each factor. The experimental design was made with the Taguchi method due to the number of factors and levels. Each combination in the design was repeated three times, and the density values were found by taking the average of these three repetitions. It was determined that the highest density value was in the square mold and the lowest value was in the hexagonal mold. A density value of 1.51 gr/cm3 was obtained as a result of compressing fine sized 15 gr chip under 7500 kgf load in a square mold. In the examination carried out according to the finite element method, it was observed that the stress in the square mold spread throughout the mold. In the examination made with the pressure equations, it was determined that the square mold gave 6% better results than the hexagonal mold and 39% better results than the circular mold.

Keywords

Aluminum chips, Compression Test, Compression Mold, Briquetting

Farklı Kalıp Geometrilerinde AA7075 Talaşlarının Sıkıştırılma Kabiliyetlerinin Teorik ve Deneysel İncelenmesi

Abstract

Geri dönüştürülmüş metallerin imalat faaliyetleri içerisindeki kullanım miktarı sürekli artmaktadır. Hurda metaller ergitilip tekrar dökülerek kullanılabilirler. Ergitme işlemine gönderilecek metal talaşı hurdası, depolama alanı ihtiyacının azaltılması ve ocak içerisine yapılacak şarjın daha verimli olması nedeniyle sıkıştırılarak depolanırlar. Sıkıştırma işlemi neticesinde elde edilen ürün briket olarak adlandırılır. İşlem sırasında kullanılan briketleme kalıplarında geleneksel olarak dairesel geometri tercih edilmektedir. Talaşın daha fazla sıkıştırılması ekonomik ve lojistik bakımdan faydalar sağlayacaktır. Bu çalışmada, farklı kalıp geometrilerinin AA7075 talaşının sıkışma kabiliyeti üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Kalıp geometrisi, talaş boyutu, talaş miktarı ve kuvvet miktarı sıkıştırma işlemini etkileyen faktörler olarak belirlenmiştir. Her bir faktör için 3 seviye uygun görülmüştür. Faktör ve seviye sayısına bağlı olarak Taguchi metodu ile deney tasarımı yapılmıştır. Tasarımda yer alan her bir deney kombinasyonu üçer defa tekrar edilmiş, bu üç tekrarın ortalaması alınarak yoğunluk değerleri bulunmuştur. En yüksek yoğunluk değerinin kare kalıpta, en düşük değerin ise altıgen kalıpta olduğu belirlenmiştir. Kare kalıpta ince ebatlı 15 gr talaşın 7500 kgf yük altında sıkıştırılması sonucunda 1,51 gr/cm3 yoğunluk değeri elde edilmiştir. Sonlu eleman metoduna göre yapılan inceleme de kare kalıpta meydana gelen gerilmenin kalıbın geneline yayıldığı görülmüştür. Basınç denklemleri ile yapılmış incelemede kare kalıbın altıgen kalıba göre % 6, dairesel kalıba göre %39 daha iyi sonuç verdiği belirlenmiştir.

Keywords

Alüminyum talaşı, Basma Deneyi, Sıkıştırma Kalıbı, Briketleme

References

• Canakci, A., & Varol, T. (2014). Microstructure and properties of AA7075/Al–SiC composites fabricated using powder metallurgy and hot pressing. Powder Technology, 268, 72-79.
• Empo. (2016). EN AW 7075. Empo Alüminyum San. Tic. Ltd. Şti. Retrieved 06.10.2022 from http://www.empo.com.tr/aluminyum-lama-ve-cubuk/en-aw-7075.html
• Esenduran, G., Kemahlıoğlu-Ziya, E., & Swaminathan, J. M. (2016). Take-back legislation: consequences for remanufacturing and environment. Decision Sciences, 47(2), 219-256.
• Hassan, M. F., Afham, M. F., Arifin, A. M. T., Ibrahim, M. R., Rahim, M. Z., & Ahmad, M. F. (2017). Design and development of a portable metal chip baler using a system design approach. Matec Web of Conferences,
• Heinz, A., Haszler, A., Keidel, C., Moldenhauer, S., Benedictus, R., & Miller, W. (2000). Recent development in aluminium alloys for aerospace applications. Materials Science and Engineering: A, 280(1), 102-107.
• Kalpakjian, S., & Schmid, S. R. (2008). Manufacturing process for engineering materials (Fifth Edition ed.). Pearson Education Inc. Kavak, N., & Çakır, A. (2014). Talaşlı imalatta oluşan metal talaşların atık yönetimi. Utis.
• Kim, E., & Changani, H. (2015). Study of dynamic mechanical behavior of aluminum 7075-T6 with respect to diameters and L/D ratios using Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB). Structural engineering and mechanics: An international journal, 55(4), 857-869.
• Meral, G., Sarıkaya, M., & Dilipak, H. (2011). Delme işlemlerinde kesme parametrelerinin Taguchi yöntemiyle optimizasyonu. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 27(4), 332-338.
• Peng, T., Wang, Q., & Lin, J. (2009). Microstructure and mechanical properties of Mg–10Gd–2Y–0.5 Zr alloy recycled by cyclic extrusion compression. Materials Science and Engineering: A, 516(1-2), 23-30.
• Rendigs, K. H. (1997). Aluminium structures used in aerospace-status and prospects. Materials Science Forum, 242, 11-24.
• Shamsudin, S., Lajis, M., & Zhong, Z. (2016). Evolutionary in solid state recycling techniques of aluminium: a review. Procedia CIRP, 40, 256-261.
• Simon, L., Moraes, C. A., Modolo, R. C., Vargas, M., Calheiro, D., & Brehm, F. A. (2017). Recycling of contaminated metallic chip based on eco-efficiency and eco-effectiveness approaches. Journal of cleaner production, 153, 417-424.
• Skanska. (2012). 4R Guide: Reduce, Reuse, Recycle, Recover. In S. Group (Ed.). Stockholm.
• Şeremet, M., & Kam, M. (2019). AISI 4140 ıslah çeliğinin tornalama işleminde parametrelerin yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasına etkisi üzerine bir değerlendirme. IMASCON.
• Uzun, R. O., & Arslan, D. (2021). Retrogresyon ve yeniden yaşlandırma işlemi uygulanmış 7075 alüminyum alaşımının sertlik davranışı. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(1), 34-41.
• Verma, P., Saha, R., & Chaira, D. (2018). Waste steel scrap to nanostructured powder and superior compact through powder metallurgy: Powder generation, processing and characterization. Powder Technology, 326, 159-167.
• Wang, Y., Xu, H., Hu, M., Sugiyama, S., & Ji, Z. (2019). Enhanced mechanical properties of a chip-based Al-Si-Cu-Fe alloy with an in-situ emulsion decomposition recycled by solid-state processing. Results in Physics, 12, 718-724.
• Williams, J. C., & Starke Jr, E. A. (2003). Progress in structural materials for aerospace systems. Acta materialia, 51(19), 5775-5799.