Soğuk Ekstrüzyon Analizi

Abstract

Soğuk ekstrüzyon, bir çubuğun sıkıştırılarak bir kalıp açıklığından geçirilmesi ile daha küçük kesitli ürün elde edildiği soğuk dövme yöntemidir. Bu çalışmada, soğuk ekstrüzyon proseslerinin bugüne kadar yapılan çalışmalarda gözden kaçmış çeşitli yönleri, deneysel ve sayısal olarak, belirli bir kapsama kadar incelenmiştir. Soğuk ekstrüzyon proseslerinin analizi için gerekli, uygun malzeme karakterizasyonu ele alınmıştır. İzotermal akma eğrilerinin hatalı test verisine dayanarak yeniden oluşturulması için bir yöntem önerilmiştir. 16MnCr5 çeliğinde, 200-400°C proses aralığında, malzemenin negatif genleme hızı duyarlılığı sergilediği, beklenmedik bir kararsızlık gözlenmiştir. Bu kararsızlık dinamik genleme yaşlanması ile ilişkilendirilmiştir. Önerilen yöntemin önemi, bir ileri çubuk akıtma örneği ile ortaya konmuştur. Yaygın bir sürtünme tanımlama testi olan çift çanak geriye akıtma testi için, tersine analizde yetersiz malzeme verisi kullanıldığında var olan tehlike vurgulanmıştır. Önemli bir tribolojik parametre olan yüzey genişlemesinin, sonlu eleman analizi çerçevesinde, rastgele deformasyonlar altında değerlendirilmesi tartışılmış ve alternatif bir hesaplama düzeni geliştirilmiştir. Sayısal tahminleri doğrulamak amacıyla deneysel bir yüzey genişlemesi ölçüm yöntemi uygulanmıştır. Yakın dönemde önerilen, yüzey değişimi tabanlı sürtünme modeli incelenmiş ve olası iyileştirmeler yapılmıştır. Kavram kanıtlama çalışması olarak, çoklu alan indirgemeli ileri çubuk akıtma prosesi irdelenmiştir. Ardından, bir ileri çubuk akıtma prosesi için hesaplanan yüzey pürüzlülüğü tahminleri ile deneysel yüzey topografisi ölçümleri karşılaştırılmıştır.

Cold extrusion is a cold forging process where product of smaller cross sectional area is obtained by compressing a billet through an aperture in the die. In this study, different facets of cold extrusion processes are investigated experimentally and numerically to a certain extent that seem to be overlooked in the existing studies. Proper material characterization that is necessary to analyse cold extrusion processes is addressed. A method for reconstruction of isothermal flow curves based on the flawed test data is proposed. An unexpected instability is observed for 16MnCr5 steel in the process range of 200-400°C, where material exhibits negative strain rate sensitivity. This instability is associated with dynamic strain aging phenomenon. The importance of the proposed method is presented for a forward rod extrusion case. The pitfall existing for a common friction identification test, namely, the double cup extrusion test, is emphasized when insufficient material data is used in the inverse analysis. Treatment of surface enlargement, a crucial tribological parameter, within FEA framework under arbitrary deformations is discussed and an alternative calculation scheme is developed. An experimental method for surface enlargement measurement is developed to verify the numerical predictions. A recently proposed, surface evolution based friction model is investigated and possible improvements are addressed. Forward rod extrusion process with multiple area reductions is examined as the proof of concept study. Following, the simulated surface roughness predictions are compared with the experimental surface topography measurements for a forward rod extrusion process.