Kalıp geometrisinin ekstrüzyon işlemi üzerine etkisi
Effect of diegeometry on extrusion process
Yazar: TUĞÇE CEMRE PAÇAL
Danışman: DOÇ. SEDAT BİNGÖL
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Magnezyum, yüksek mekanik özelliklere ve daha düşük ağırlığa sahip olmasından dolayı inşaat, havacılık ve otomotiv gibi birçok sektörde kullanımı yaygınlaşmaktadır. Magnezyum ve alaşımlarının uygulamasının yaygınlaştığı yöntemlerden biri de ekstrüzyon işlemidir. Ekstrüzyon, biyet ya da iş parçası olarak adlandırılan metal bir bloğun basınç yardımıyla kendisinden daha küçük kesitli bir kalıp boşluğundan akmasının sağlandığı bir plastik şekillendirme yöntemidir. Bu yöntem ile hem dolu kesitli profiller hem de içi boşluklu ve karmaşık kesitli profiller imal edilmektedir.

Ekstrüzyon işleminde elde edilen profillerin kalitesini iyileştirmek için birçok parametrenin etkisi incelenmiştir. Başlıca etmenlerden olan malzeme akışı, malzemenin homojen bir yapıda olması ve buna bağlı olarak düzgün bir geometride olması nedeni ile önemlidir. Ekstrüzyon kalıplarındaki metal akışını kontrol etmek kalıp geometrisinin optimize edilmesi gerekmektedir. Kalıp tasarımı uygun olmadığı takdirde ekstürize edilen üründe burkulma ya da katlanma olması muhtemeldir. Bununla birlikte kalıp üzerinde oluşan gerilme ve profildeki çıkış sıcaklığında meydana gelen kritik yükselmeler kalıbın ve ürünün işlevsiz hale gelmesine neden olabilmektedir.

Bu çalışmada, kalıp geometrisindeki önemli parametrelerden ekstrüzyon oranı ve kalıp giriş açısı dikkate alınmıştır. Deneysel çalışmanın ardından bu deneysel çalışması yapılmış ekstrüzyon işlemi modellenerek DEFORM 3D yazılımı sonlu eleman analizi gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma sonucu ve analiz sonuçları mukayese edilip sonlu eleman modelinin geçerliliği test edilmiştir. Geçerli bir sonlu eleman modeli oluşturulduktan sonra ekstrüzyon oranı ve kalıp giriş açısı değiştirilerek yeni sonlu eleman simülasyonları gerçekleştirilerek oluşan sonuçlar irdelenmiştir. Sonlu eleman analizleri ile elde edilen veriler GİP (gen ifadesiyle programlama) kullanılarak modellemeler yapılmıştır. Bu GİP modellemeleri ile ekstrüzyon oranı ve kalıp giriş açısı (girdi parametreleri), ekstrüzyon kuvveti (çıktı parametresi) arasındaki ilişki ortaya konulmuştur.

Abstract:
Using of magnesium has been widespread in many sector such as construction, aerospace and automotive due to its high mechanical properties and lower weight. One of the methods of application of magnesium and its alloys is extrusion process. Extrusion is a plastic forming method in which a metal block, called billet or workpiece, is allowed to flow through a mold cavity with a smaller cross section through the pressure. With this method, both profiles that solid section and profiles that hollow  and complex section can be produced.

In order to improve the quality of the profiles obtained in the extrusion process, the effect of many parameters was investigated. The material flow, which is one of the main factors, is important because of the material is in a homogeneous structure and accordingly has a smooth geometry.  The die geometry needs to be optimized to control the metal flow in the extrusion dies. If the die design is not suitable, it is likely that there will be buckling or folding in the extruded product. However, the stress on the die and critical rises in the outlet temperature in the profile can cause the die and product to become dysfunctional.

In this study, extrusion rate and die entry angle which are important parameters in die geometry, are taken into consideration. After the experimental study, DEFORM 3D software finite element analysis was performed by modeling the extrusion process that this experimental study was made. The validity of the finite element model was tested by comparing the experimental study result and analysis result. After creating a valid finite element model, extrusion rate and die entry angle are changed and new finite element simulations are performed and the results are examined. Data obtained by finite element analysis were modeled using GEP (Gene Expression Programming). With these GEP models, the relationship between extrusion rate and die entry angle (input parameters), extrusion force (output parameters) is revealed.