Takım çeliğiyle imal edilmiş alüminyum ekstrüzyon kalıbında oluşan hasarın analizi
Failure analysis of a die used in aluminum extrusion made with tool steel
Yazar: MERVE DÜZELTEN
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM SEVİM
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Alüminyum profil üretimi, günümüzde hızla gelişmekte olan bir alandır ve bu alanda en popüler üretim yöntemlerinden biri olarak ekstrüzyon öne çıkmaktadır. Ekstrüzyon süreçlerinin bu hızlı gelişimi ile birlikte, ekstrüzyon kalıplarının tasarımı ve üretiminin de benzer şekilde iyileştirilmeye çalışıldığı gözlemlenmektedir. Fire oranlarını düşürmek, ekstrüzyon ürününün ve ekstrüzyon kalıbının kalitesini artırmak gibi hedefler doğrultusunda birçok araştırma ve geliştirme çalışması yürütülmektedir. Ekstrüzyon süreci ve kalıp üretimi, olası hasarları önceden simülasyon araçları ve dijital ortamlar aracılığıyla tespit edilerek önemli ölçüde iyileştirilebilir.
Bu tez çalışmasında, sıcak iş takım çeliğinden imal edilmiş ve alüminyum ekstrüzyon kalıp takımı için kullanılan bir zıvanada meydana gelen hasarın nedenleri araştırılmıştır. Mikroyapı analizleri ve mekanik testler yardımıyla, zıvanada meydana gelen hasarın nedeninin tasarım eksiklikleri olduğu belirlenmiştir. Bu eksikliklerin giderilmesi ve hasarın tekrarlanmasını önlemek amacıyla, sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak zıvana parçasının tasarımı yeniden değerlendirilmiş ve iyileştirilmiştir.
İyileştirilmiş tasarım, Altair Inspire Extrude Metal modülü ile simülasyon analizlerine tabi tutulmuş ve yeni tasarımın performansı detaylı bir şekilde incelenmiştir. Ardından, iyileştirilmiş zıvana tasarımı üretim ortamına dahil edilerek, alüminyum ekstrüzyon tesisinde yeniden ekstrüzyon sürecine dahil edilmiştir. Bu süreçte, zıvananın performansı ve dayanıklılığı gözlemlenmiş, gerçek üretim koşullarında yapılan testlerle sonuçlar doğrulanmıştır. Tez kapsamında gerçekleştirilen bu çalışmalar, alüminyum ekstrüzyon endüstrisinde karşılaşılan hasarların kaynağını anlamak ve bu tür hasarları önlemek için uygulanabilecek etkin yöntemlerin geliştirilmesine önemli katkılar sağlamaktadır. Ayrıca, FEM analizlerinin ve simülasyon tekniklerinin kalıp tasarımında nasıl etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermekte ve endüstriyel uygulamalarda kaliteyi artırmak, maliyetleri düşürmek ve operasyonel verimliliği artırmak için pratik öneriler sunmaktadır. Bu çalışma, alüminyum ekstrüzyon sektöründeki mühendisler ve araştırmacılar için değerli bir kaynak oluşturmayı amaçlamaktadır.

Abstract:
Aluminum profile production is a rapidly developing field today, with extrusion being one of the most popular manufacturing methods. Along with the rapid advancement of extrusion processes, it is also observed that the design and production of extrusion dies are being similarly improved. Numerous research and development efforts are conducted to achieve goals such as reducing scrap rates, enhancing the quality of the extrusion product, and improving the quality of the extrusion die. The extrusion process and die production can be significantly improved by identifying potential damages in advance through simulation tools and digital environments.
In this thesis, the causes of damage occurring in a mandrel, made of hot-work tool steel and used for aluminum extrusion die sets, have been investigated. Through microstructural analyses and mechanical tests, it has been determined that the cause of the damage in the mandrel is due to design deficiencies. To address these deficiencies and prevent the recurrence of damage, the design of the mandrel component was reassessed and optimized using the finite element method (FEM).
The optimized design was subjected to simulation analyses using the Altair Inspire Extrude Metal module, and the performance of the new design was examined in detail. Subsequently, the improved mandrel design was integrated into the production environment and included in the aluminum extrusion process at an extrusion facility. During this process, the performance and durability of the mandrel were observed, and results were validated through tests conducted under actual production conditions.
The studies carried out within the scope of this thesis make significant contributions to understanding the sources of damage encountered in the aluminum extrusion industry and developing effective methods that can be implemented to prevent such damages. Moreover, this research demonstrates how FEM analyses and simulation techniques can be effectively utilized in die design and provides practical recommendations for enhancing quality, reducing costs, and increasing operational efficiency in industrial applications. This study aims to serve as a valuable resource for engineers and researchers in the aluminum extrusion sector.