Finite element analysis of extrusion dies

Abstract

ÖZET EKSTRÜZYON KALIPLARININ SONLU ELEMANLAR ANALİZİ BAHAR, Ayşe Fahriye Yüksek Lisans Tezi, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Y.Doç. Dr. Abdullah AKPOLAT Nisan 2003, 61 sayfa Ekstrüzyon kalıbının şekil değiştirmesi ve kalıp içindeki malzeme akışı, kalıptan geçen malzemenin şekil ve boyut doğruluğu için önemlidir. Kalıp tasarımcıları istenilen boyut ve ölçülerde ürün elde etmek için, ekstrüzyon kalıbındaki şekil değiştirme ve metal akışını göz önünde tutmak zorundadırlar. Endüstride, kalıp tasarımı deneysel kurallara ve tasarım ve üretim mühendislerinin bilgi birikimine dayanır. Bundan dolayı, rakamsal değerlerle hassas bir ekstrüzyon kalıbı tasarımı için, sonlu elemanlar metodu gibi rakamsal analiz metodu kullanarak kalıp tasarımı hesabı çok önemlidir. Bu çalışmada, sonlu elemanlar metodu kullanılarak silindirik bir çubuğun direk ekstrüzyon analizi yapıldı. Tasarlanan modeller ANSYS 6.0/Research FS paket programıyla çözüldü. Kalıp ve içindeki metal blok 2 Boyutlu olarak hazırlandı. Kalıp malzemesi olarak çelik, kalıp içindeki metal blok için aliminyum kullanıldı. Koniklik açısının, iş parçası ile kalıp ara yüzeyindeki basınç dağılımı üzerindeki etkisini araştırmak için, çeşitli koniklik açıları kullanarak hazırlanan model analiz edildi. Sonra, kalıptaki ve iş parçası üzerindeki gerilim dağılımları, değişik koniklik açıları için incelendi. Çeşitli koniklik açılan ve sürtünme katsayıları için elde edilen maksimum gerilim değerleri karşılaştırıldı. Maksimum gerilim ve koniklik açılan arasındaki; ve maksimum gerilim ve sürtünme katsayıları arasındaki ilişki araştırıldı. Anahtar Sözcükler: ekstrüzyon kalıp tasannu; soğuk ekstrüzyon; sonlu elemanlar analizi

ABSTRACT FINITE ELEMENT ANALYSIS OF EXTRUSION DIES BAHAR, Ayşe Fahriye M.Sc. in Mechanical Engineering Supervisor: Assist. Prof. Dr. Abdullah AKPOLAT April 2003, 61 pages The deformation of extrusion die and flow of metal in the die are important for the shape and dimensional accuracy of the extrudate. To obtain extrudate with correct shape and accurate dimensions, die designers have to predict the metal flow and the deformation of extrusion die. In industry, die design relies on empirical rules and the know-how of design and production engineers. Therefore, to design reasonable extrusion die with numerical proof, it very important to calculate the deformation of extrusion die by using the numerical analysis method such as Finite Element Method(FEM). In this study, forward extrusion of a rod is analysed by using FEM. Designed models are analysed with ANSYS 6.0/Research FS software. 2-D model of die and billet is prepared. Steel is used for die material; aluminium is used as billet material. To investigate the influences of cone angle on the distribution of pressure at the workpiece-die interface; prepared model is analysed by using various cone angles. Then stress distributions on die and the workpiece are examined for different cone angles. Maximum stress values are compared for different cone angles and different coefficient of friction values. The relationship between maximum stress and cone angles; and maximum stress and coefficient of friction are investigated. Keywords: extrusion die design; cold extrusion; finite-element analysis M0AM!tWr,^..ri 11