Kapalı kalıpta iki aşamalı dövme ile buraj kazmalarının imalatının sonlu elemanlar metodu kullanılarak modellenmesi
Modeling the production of tamping tools using the finite element method in a closed mold with a two-stage forging
- Tez No: 987617
- Danışmanlar: PROF. DR. SİNAN SEZEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Hacim kalıpçılığı, Kesme kalıplar, Pres dövme, Pres kalıpları, Sonlu elemanlar analizi, Sonlu elemanlar stres analizi, Sonlu elemanlar yöntemi, Sıcak dövme, Bulk molding, Cutting dies, Press forging, Press molds, Finite element analysis, Finite elements stress analysis, Finite element method, Hot forging
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu tezin Temel amacı, demiryolu bakımında kullanılan ve ülkemizde yerli üretimi bulunmayan buraj (tamping) kazmalarının, yüksek darbe ve aşınma koşullarına dayanabilecek mekanik özelliklerle kapalı kalıpta sıcak dövme yöntemi kullanılarak yerli imkânlarla üretilebilirliğini ortaya koymaktır. Bu doğrultuda, kazmanın gövde ve küreme bölümlerine ait kalıp tasarımlarının mühendislik esaslarına göre optimize edilmesi, malzeme akışının ve deformasyon davranışının sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile analiz edilmesi ve elde edilen veriler ışığında uygun dövme süreç parametrelerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Böylece hem dışa bağımlılığın azaltılması hem de daha ekonomik, dayanıklı ve uzun ömürlü buraj kazmalarının ulusal sanayi tarafından üretilebilmesine yönelik bilimsel ve teknik alt yapının oluşturulması amaçlanmaktadır. Yöntem:Bu çalışmada buraj kazmalarının yerli üretimine yönelik dövme prosesi, kapalı kalıpta çapaklı sıcak dövme yöntemi esas alınarak tasarlanmıştır. Üretim süreci iki aşamalı bir şekillendirme stratejisi üzerine kurulmuş; ilk aşamada ön biçimlendirme (preform), ikinci aşamada ise nihai formu oluşturan bitirme dövmesi modellenmiştir. Kazmanın gövde ve küreme bölümlerine ait kalıplar, geometrik hassasiyet ve malzeme akışının optimizasyonu göz önünde bulundurularak tasarlanmış, ardından tüm süreç Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ile Simufact/Forge tabanlı analizler kullanılarak detaylı biçimde değerlendirilmiştir. Analizlerde deformasyon davranışı, eşdeğer gerilme dağılımları, efektif plastik gerinme, sıcaklık alanı, kalıp doluluk oranı ve dövme kuvveti gibi kritik proses parametreleri incelenmiştir. Çapak geometrisi ve kalıp boşluğu tasarımları FEM sonuçlarına göre optimize edilmiş, böylece hem üretilebilirlik hem de mekanik bütünlük açısından en uygun dövme şartları belirlenmiştir. Bulgular:Sonlu elemanlar analizleri sonucunda, buraj kazmasının hem gövde-bağlantı bölgesinin hem de küreme kısmının kapalı kalıpta sıcak dövme yöntemiyle güvenli bir şekilde şekillendirilebildiği görülmüştür. Analizlerde farklı deformasyon seviyelerinde malzeme akışının düzenli ilerlediği, kalıp doluluk oranının yüksek olduğu ve katlanma (folding), iç boşluk veya kritik hasar birikimi gibi üretim kusurlarının oluşmadığı belirlenmiştir. Eşdeğer gerilme ve plastik gerinme dağılımları optimum seviyelerde gerçekleşmiş; deformasyonun ilerlemesiyle gerilme artışlarının kalıp açısından kritik bir risk oluşturmadığı görülmüştür. Ayrıca proses kuvvetlerinin endüstriyel dövme presleri tarafından karşılanabilir olduğu ve çapak geometrisinin kalıp içi dolum ve metal akışı açısından uygun performans sergilediği tespit edilmiştir. Sonuç:Bu çalışma sonucunda, demiryolu bakım makinelerinde kullanılan buraj kazmalarının kapalı kalıpta sıcak dövme yöntemiyle yerli imkânlarla üretilebilir olduğu mühendislik temelli olarak ortaya konmuştur. Sonlu elemanlar analizleri, tasarlanan kalıpların malzeme akışını dengeli biçimde yönlendirdiğini, kalıp doluluk oranının yüksek olduğunu ve üretim sırasında katlanma, iç boşluk veya kritik hasar birikimi gibi kusurların oluşmadığını göstermiştir. Elde edilen kuvvet, gerilme ve gerinme değerlerinin endüstriyel dövme prosesleri için güvenli sınırlar içinde olduğu belirlenmiştir. Bu bulgular, buraj kazmalarının ithalata bağımlılığı azaltılarak yerli üretimin teknik olarak mümkün ve ekonomik açıdan uygulanabilir olduğunu kanıtlamaktadır. Böylece çalışma, ülkemizde stratejik öneme sahip bu parçaların dövme yöntemiyle seri üretimi için gerekli mühendislik altyapısını ve proses doğrulamasını sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Purpose:The primary objective of this thesis is to demonstrate that tamping picks—critical components used in railway maintenance and currently not produced domestically—can be manufactured locally using the closed-die hot forging method while achieving the mechanical properties required to withstand severe impact and wear conditions. In this context, the die designs for the body and scraping sections of the pick were optimized based on engineering principles, and the material flow and deformation behavior were analyzed through the Finite Element Method (FEM). Based on these analyses, suitable forging process parameters were determined. Thus, the study aims to establish the scientific and technical foundation necessary for reducing foreign dependency and enabling the domestic production of more economical, durable, and long-lasting tamping picks. Method:In this study, the forging process for domestic production of tamping picks was designed based on the closed-die, flash-type hot forging technique. A two-stage forming strategy was implemented: preforming in the first stage and final forging in the second stage. The dies for both the body and scraping sections were designed with considerations of geometric accuracy and optimized material flow. Subsequently, the entire process was evaluated in detail using Finite Element Method (FEM) analyses performed in Simufact/Forge. Critical process parameters such as deformation behavior, equivalent stress distribution, effective plastic strain, temperature fields, die fill ratio, and forging loads—were examined. The flash geometry and die cavity design were optimized based on FEM outcomes, ensuring both manufacturability and mechanical integrity. Findings: FEM results revealed that both the body–connection section and the scraping section of the tamping pick can be safely formed using the closed-die hot forging method. Material flow progressed uniformly at various deformation levels, die fill ratios were high, and no manufacturing defects such as folding, internal voids, or critical damage accumulation were observed. Equivalent stress and plastic strain distributions remained within acceptable limits, and increases in deformation did not pose a critical risk for the die structure. Furthermore, the required forging forces were within the capacity of industrial forging presses, and the flash geometry exhibited suitable performance in terms of die filling and material flow behavior. Conclusion: This study demonstrates, from an engineering perspective, that tamping picks used in railway maintenance machinery can be manufactured domestically using the closed-die hot forging method. FEM analyses confirmed that the designed dies ensure balanced material flow, high die fill ratios, and defect-free forming without folding, void formation, or detrimental stress accumulation. The resulting force, stress, and strain values fall within the safe operating limits of industrial forging processes. These findings prove that local production of tamping picks is technically feasible and economically viable, thereby reducing dependency on imported components. Ultimately, the study provides the necessary engineering foundation and process verification for the serial production of this strategically important component in Türkiye.
Benzer Tezler
- Finite element analysis of enclosed die forging of axisymmetric parts
Eksenel simetrik parçaların tam kapalı kalıpta dövme işleminin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
ÖMER YETKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiKonstrüksiyon ve İmalat Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER EYERCİOĞLU
- Synergistic effect of nanoparticles in three-dimensional network of carbon-based quantum dots on mechanical properties of polyurethane hybrid nanocomposite foams
Üç boyutlu karbon kaynaklı kuantum nokta ağında nanoparçacıkların poliüretan hibrit nanokompozitlerin mekanik özellikleri üzerinde sinerjik etkisi
MAKBULE IRMAK PEKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Progresif kalıpla derin çekme süreçlerinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi ve optimizasyonu
Finite element analysis and optimization of deep drawing processes using progressive die
UFUK DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAFAK YILMAZ
- Sıcak metal şekillendirmede proses kaynaklı kusurların proses performansına etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of process-induced defects on process performance in hot metal forming
ALİ CEM GÖÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KIRCA
- Lokal sert dolgu kaynağı yöntemiyle sıcak çelik dövme kalıplarının ömrünün uzatılması
Improvement of die service life through local overlay welding
ALPKAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU