KFUPM ePrints

Analysis and Modeling of Hot Extrusion Die for its Service Life Enhancement

Akhtar, Syed Sohail (2009) Analysis and Modeling of Hot Extrusion Die for its Service Life Enhancement. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Full text not available from this repository.


Arabic Abstract

تستخدم عمليات بثق الالومنيوم فى كثير من التطبيقات منها الانشائية و صناعة السيارات و مجال الفضاء و الطيران و لكن الضغوط العالية و الحرارة المرتفعة مع المقاطع ذات الاشكال الهندسية المعقدة تؤدى الى إجهادات ميكانيكية و حرارية متكررة فى القالب و الادوات الخاصة به. إعادة تشغيل المنتج او رفضه يكون بسبب عيوب توجد على طول عمر القالب مثل تصميم القالب و طريقة تصنيعه و المعالجة الحرارية وعوامل الاجراءات بالإضافة الى عمليات الصيانة و التاكل و نوع الألومنيوم الخام (Billet) و جودتها. و على ذلك فإن تحسين القالب وزيادة كفاءته مع الادوات المستخدمة فى الضاغط يعتبر من العوامل الاكثر أهمية لزيادة الانتاج و تقليل التكلفة للوصول الى الكفاءة الاقتصادية الأعلى لوحدة بثق الالومنيوم. أحيانا يساهم التخلص من القالب أو تغييره بأخر جديد فى الحيوية الاقتصادية لانتاج شكل معين. البحث الحالى يركز على ثلاث دراسات مختلفة و لكن بينهم علاقة وهى تسخين قالب بثق الالومنيوم، الدراسة الاولى تتعلق بتحليل انهيار القالب و هى عبارة عن بحث لأنماط الفشل الحرجة و الدراسة مبنية على بيانات من الصناعة (الفصل الثانى) و فحص للقوالب المنهارة بالضافة الى محاكاة بطريقة العنصر المحدد و ذلك بهدف تحديد عوامل الاجراءات الحرجة و خصائص التصميم فى عمر إجهاد القالب(الفصل الثالث). الدراسة الثانية و هى المعاملة السطحية لتقسية القالب و فيها تم عمل تقييم عملى و عددى لعملية نيترة بالغاز على مرحلتين للحديد H13 باستخدام علم التشكيل للحالة المنيترة و خصائصها (الفصل الرابع) و قد تبعتها دراسة عملية و عددية لبحث تأثير عمليات النيترة المتكررة (الفصل الخامس) و التجهيز السطحى قبل النيترة (الفصل السادس) و شكل القالب الهندسى (الفصل السابع) على أداء عملية النيترة بالنسبة لعمر القالب. الدراسة الثالثة تمثل بحث لتأثير جودة الألومنيوم الخام (Billet) على عمر القالب و فيها تم بحث تأثير الجودة و عوامل البثق المؤثرة على فترة خدمة القالب و ذلك من خلال بيانات من الصناعة و نماذج انحسارية لعمر القالب (الفصل الثامن) كما تم عمل بحث تفصيلى للتركيب الانشائى الدقيق لعينات مختلفة من Billet و تم عمل تحليل لعملية البثق باستخدام طريقة العنصر المحدد لملاحظة تأثير Billet الاساسية و الثانوية المستخدمة فى اعادة الصنيع (التدوير) على فترة الخدمة المفيدة لقالب البثق(الفصل التاسع)

English Abstract

Aluminum extrusion finds extensive application in the construction, automobile and aerospace industries. High pressures, elevated temperatures, complex and intricate section geometries lead to repeated mechanical and thermal stresses in the die and affiliated tooling. Product rework and rejects can be traced back to various defects spread over the die life cycle: die design, die manufacture and heat treatment, process parameters, in-process die maintenance/correction and, billet type and quality. Therefore, improved and efficient service life of die and related tooling used in the extrusion press is one the most important factors in maximizing productivity and minimizing cost for ensuring the economical efficiency of an aluminum extrusion plant. How often a die has to be scrapped and replaced with a new one directly contributes to the commercial viability of producing a certain profile. The focus of the current work is on three distinct yet inter-related studies pertaining to the improvement of aluminum extrusion die. Study-A (Die Failure Analysis) is an investigation of various modes and critical failure types based on industrial data (Chapter-2), examination of failed dies and finite element simulation for identification of critical process parameters and design features in die fatigue-life (Chapter-3). In Study-B (Die Surface Hardening Treatment), two-stage controlled gas nitriding process for H13 steel is evaluated, both experimentally and numerically, in terms of nitrided case morphology and properties (Chapter-4) followed by experimental and numerical investigation of the effects of repeated nitriding (Chapter-5), pre-nitriding surface preparation (Chapter-6) and die profile geometry (Chapter-7) on nitriding performance in regard to die service life. In Study-C (Effect of Billet Quality on Die Life), the effect of billet quality and related influencing extrusion parameters on the die service life is investigated based on industrial data and some regression-based die life models are proposed (Chapter-8). This is followed by a detailed microstructural investigation of different billet samples and finite element analysis of extrusion process to observe the influence of smelter (primary) and recycled (secondary) billets on the useful life of extrusion die (Chapter-9).



Item Type:Thesis (PhD)
Date:2009
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Akhtar, Syed Sohail
Email:ssakhtar@kfupm.edu.sa
Committee Advisor:Arif, Abul Fazal M.
Committee Members:Sheikh, Anwar Khalil and Yilbas, Bekir Sami and Zaman, Fiazuddin and Al-Nassar, Yagoub N.
ID Code:80051
Deposited By:SYED SOHAIL AKHTAR
Deposited On:01 Mar 2009 11:16
Last Modified:30 Apr 2011 16:56

Repository Staff Only: item control page