Soğuk ekstrüzyon prosesinin termo-mekanik bağlı sonlu elemanlar analizi ile incelenmesi

Öz

Endüstride farklı parçaların imalatında kullanılan soğuk ileri ekstrüzyon prosesi, hammaddenin atık oluşmadan tamamen kullanılma, pekleşme nedeniyle malzeme mekanik dayanımındaki iyileşme ve dar toleranslarla imalat kabiliyeti özellikleri ile öne çıkmaktadır. Ekstrüzyon işlemine oda sıcaklığında başlanmasına rağmen iş parçası sıcaklıkları 200°C’ı bulabilmekte ve kalıp ile iş parçası arasındaki temas normal gerilmeleri 3000 MPa’a ulaşabilmektedir. Bu durum prosesin sonlu elemanlar analizlerinde sıcaklık etkilerinin de incelenmesinin zorunlu kılmaktadır. Termo-mekanik bağlı sonlu elemanlar analizlerinde iş parçası malzemesinin mekanik ve fiziksel özellikleri yanında kalıp ile olan ısı alışverişinin de önemli etkilerini olduğu bilinmektedir. Ancak bu ısı alışverişini modelleyen ısı transfer katsayısının büyüklüğü konusunda fikir ayrılıkları bulunmaktadır. Yapılan çalışmada soğuk ekstrüzyon proseslerinin termo-mekanik bağlı sonlu elemanlar analizlerinde kullanılan iş parçası ile kalıp arasındaki ısı transfer katsayısının, ekstrüzyon prosesinin termal ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Farklı transfer katsayıları ve şekillendirme hızları kullanılarak sayısal simülasyonlar yapılmış ve aradaki farklar tartışılmıştır. Yapılan simülasyonlar deneyler vasıtasıyla doğrulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• soğuk ekstrüzyon prosesi,sonlu elemanlar analizi

Kaynakça

1. [1] Müller, C., Jahn, A. ve Groche, P., Lubrication of Cold Forging Tools with Single Layer Lubricants, Proceedings of 46th International Cold Forging Group Plenary Meeting, Paris – Fransa, 15-18 Eylül 2013.
2. [2] Klocke, F., Manufacturing Processes 4 – Forming, 1. Basım, Springer, Heidelberg, Almanya, 2013.
3. [3] Groche, P., Müller, C. ve Jahn, A., Effects of the Tool Lubrication in Cold Forging, Tribol. Lett., 53 (3), 599-605, 2014.
4. [4] Groche, P., Zang, S., Kramer, P., Müller, C., Rezanov, V., Influence of a heat treatment prior to cold forging operations on the performance of lubricants, Tribol Int., 92, 67-71, 2015.
5. [5] Tiernan, P., Hillery, M.T., Draganescu, B., Gheorghe, M., Modelling of cold extrusion with experimental verification, J. Mater. Process. Technol., 168 (2), 360-366, 2005.
6. [6] Dixit, U.S., Joshi, S.N., Davim, J.P., Incorporation of material behavior in modeling of metal forming and machining processes: A review, Mater. Des., 32 (7), 3655-3670, 2011.
7. [7] Jayaseelan, V., Kalaichelvan, K., Vijay ananth, S., Lubrication effect on friction factor of AA6063 in Forward Extrusion Process, Procedia Eng., 97, 166-171, 2014.
8. [8] Farhoumand, A. ve Ebrahimi, R., Experimental investigation and numerical simulation of plastic flow behavior during forward-backward-radial extrusion process, Prog. Nat. Sci.: Materials International, 26 (6), 650-656, 2016.

9. [9] Güley, V., Güzel, A., Jaeger, A., Ben Khalifa, N., Tekkaya, A.E., Misiolek, W.Z., Effect of die design on the welding quality during solid state recycling of AA6060 chips by hot extrusion, Mater. Sci. Eng., A , 574, 163-175, 2013.
10. [10] Haase, M. ve Tekkaya, A.E., Cold extrusion of hot extruded aluminum chips, J. Mater. Process. Technol., 217, 356-367, 2015.
11. [11] Matsumoto, R., Hayashi, K., Utsunomiya, H., Experimental and numerical analysis of friction in high aspect ratio combined forward-backward extrusion with retreat and advance pulse ram motion on a servo press, J. Mater. Process. Technol., 214 (4), 936-944, 2014.
12. [12] Hosford, W.F. ve Caddell, R.M., Metal Forming Mechanics and Metallurgy, 4. Basım, Cambridge University Press, New York, A.B.D., 2014.
13. [13] Karwa, R., Heat and Mass Transfer, 1. Basım, Springer Science+Business Media, Singapur, 2017.
14. [14] Malinowski, Z., Lenard, J.G., Davies, M.E., A study of the heat-transfer coefficiemt as a function of temperature and pressure, J. Mater. Process. Technol., 41 (2), 125-142, 1994.
15. [15] Chang, Y., Tang, X., Zhao, K., Hu, P., Wu, Y., Investigation of the factors influencing the interfacial heat transfer coefficient in hot stamping, J. Mater. Process. Technol., 228, 25-33, 2016.
16. [16] Liu, X., Ji, K., El Fakir, O., Fang, H., Gharbi, M.M., Wang, L., Determination of the interfacial heat transfer coefficient for a hot aluminum stamping process, J. Mater. Process. Technol., 247, 158-170, 2017.
17. [17] Merklein, M. Wieland, M., Lechner, M., Bruschi, S., Hot stamping of boron steel sheets with tailored properties: A review, J. Mater. Process. Technol., 228, 11-24, 2016.
18. [18] Pietrzyk, M. ve Lenard, J.G., A Study of Thermal-Mechanical Modeling of Hot Flat Rolling, Journal of Material Shaping Technology, 7 (2), 117-126, 1989.
19. [19] Maenz, T., Ermittlung von Werkstoffdaten zur Berechnung großer plastischer Verformungen mittels Finite-Elemente-Methoden, IMW-Institutsmittelung, 37, 57-64, 2012.
20. [20] Görtan, M.O., Forming of Severe Plastic Deformed Wires by Cold Extrusion, Proceedings of 46th International Cold Forging Group Plenary Meeting, Paris – Fransa, 15-18 Eylül 2013.