In order to find the effect of lubricant viscosity, tool geometry, forming speed, and sheet material properties on the friction in the sheet metal forming, friction tests were performed. Friction test results show that as the lubricant viscosity becomes lower, the friction coefficient is higher. When surface roughness is extremely low or high, the friction coefficient is high. The bigger die corner radii and punch speed are, the smaller is the friction coefficient. From the experimental observation, the friction model which is the mathematical expression of friction coefficient in terms of lubricant viscosity, roughness and hardness of sheet surface, punch corner radius, and punch speed is constructed. By comparing the punch load found by FEM using the proposed friction model with that obtained from the experiment in 2-D stretch forming, the validity and accuracy of the friction model are demonstrated.
Many process parameters have an effect on the auto-body panel forming process. A well-designed blank shape causes the material to flow smoothly, reduces the punch and yields a product with uniform thickness distribution. Therefore, the determination of an initial blank shape plays the important role of saving time and cost in the auto-body panel forming process. For these reasons, some approaches to estimate the initial blank shape have been implemented in this paper, the one-step approach by using a finite element inverse method will be introduced to predict the initial blank shape the developed program is applied to auto-body panel forming.
In this paper, a continuous contact treatment has been considered during FE-analysis of the sheet metal forming processes. Because the simulation is usually performed stepwise, the status of contact can change suddenly. In case of implicit scheme, the increment of punch stroke can be chosen as large value. For exact assessment of contact force and friction force between die and sheet, the continuous contact treatment is proposed. The virtual surface of sheet metal is modeled by NURBS curves or surfaces in order to calculate exact contact area and penetration depth. From the geometrical evaluation of contact behavior, additional contact pressure is imposed to the element. The deformation of bending process and hydroforming process are analyzed based on this scheme.
Recently, the technology of incremental forming for sheet metal components has drawn attention for small-batch productions. In the present investigation, a forming tool containing a freely-rotating ball was developed and applied to forming of various shapes with full annealed Al 1050 sheet. Deformation characteristics occurring during forming with this tool was examined through FEM analysis and grid measurement. It was found that deformation modes developed along a straight path and around a corner are close to those of plane-strain and equi-biaxial stretching, respectively, and that cracks occur mostly at corners for the same depth of tool. FEM analysis was successfully applied to this special type of forming process and provided comparable results to the measurements from experiment.
New program for springback analysis has been developed to predict the deformation of springback more accurately. Static implicit FEM is used to find out the static equilibrium after springback. The shell element with 6 dogrees of freedom and 4 nodes is carefully implemented to improve the accuracy and the compatibility between forming analysis and springback analysis. Co-rotational approach and Newton-Raphson nonlinear iteration are used to resolve the nonlinearity of large deformation. The benchmark results show that the developed program gives good predictions in comparison with experimental and other commercial S/W's results. As practical examples, U draw bending and S-rail problems are carried out by the developed program.
An analysis system for sheet metal forming has been developed to improve the design and tryout process by predicting the deformation behaviour more precisely. This analysis system consists of forming analysis, springback analysis and post processor modules. The more accurate prediction of stress history can be achived due to the improved contact algorithm. Successive simulation of several processes can be carried out conveniently without interrupt by the improved data management of the developed system. The error of data transfer between forming analysis and springback analysis is minimized using the proper shell element. Several benchmark test results and practical results are presented to show the effectiveness and reliability of this program.
A new approach for the automatic elimination of free edges in the finite element model for the analysis of sheet metal forming processes is presented. In general, the raw finite element model constructed from an automatic mesh generator is not well suited for the direct use in the downstream forming analysis due to the many free edges which requires tedious time consuming interactive graphic operations of the users. In the present study, a general method for the automatic elimination of free edges is proposed by introducing a CAD/CAE hybrid method. In the method a trimmed parametric surface is generated to fill the holes which are orginated from the free edges by using the one step elastic finite element analysis. In addition, mesh generation algorithm is suggested which can be used in the general trimmed surface. In order to verify the validity of the proposed method, various examples including actual automobile sheet metal parts are given and discussed.
To reduce the cost of finite element analyses for sheet forming a 3D hybrid membrance/sheel method has been developed to study the springback of anisotropic sheet metals. in the hybrid method the bending strains and stresses were analytically calculated as post-processing using incremental shapes of the sheet obtained previously from the membrane finite element analysis. To calculate springback a shell finite element model was used to unload the final shape of the sheet obtained from the membran code and the stresses and strains that were calculated analytically. For verification the hybrid method was applied to predict the springback of a 2036-T4 aluminum square blank formed into a cylindrical cup. the springback predictions obtained with the hybrid method was in good agreement with results obtained using a full shell model to simulateboth loading an unloading and the experimentally measured data. The CPU time saving with the hybrid method over the full shell model was 75% for the punch stretching problem.
가변성형 공정에서 동일한 크기의 성형펀치 배열로 구성된 가변금형을 이용하는 경우 펀치의 크기가 일정하여 성형 가능한 곡률 반경이 제한되기 때문에 비교적 유연성이 낮다. 이에 본 연구에서는 가변금형의 유연성을 높이기 위하여 분할가변금형에 대한 개념을 제안하였다. 임의의 성형면을 형성하기 위하여 두 가지 크기의 펀치로 구성된 펀치 블록을 착안하였다. 상대적으로 큰 곡률 반경을 갖는 성형영역에 대해서는 크기가 큰 펀치 블록을 적용하였으며, 작은 곡률 반경을 갖는 성형영역에 대해서는 작은 크기의 펀치로 구성된 펀치 블록을 적용하였다. 해석적 연구를 토대로 성형된 제품의 단면 형상을 비교하였으며 이로부터 서로 다른 크기의 펀치 블록을 조합하여 구성한 분할가변금형을 이용한 판재의 성형공정이 비교적 복잡한 곡률 반경 분포를 갖는 곡면 가공에 적합함을 확인하였다.
Identification of forming limits of sheet metals is an important task to be done before the sheet metal forming processes. The information of the forming limit is indispensable for design of deformed shapes and related forming processes. This procedure becomes more important than ever as the auto-body becomes complicated and the number of auto-body parts is reduced for lower production cost. To identify the forming limit of sheet metals stretching with a hemispherical punch has gained popularity because of the convenient experimental procedure. The stretching experiment however has localized deformation or the shear band is originated from the non-unifrom deformation in the critical circum-stance instead of the absolute criterion. More accurate information of the forming limit therefore could be obtained by a more appropriate experiment to the real process. In this papaer an experiment program is devised to practivally identify the forming limits of sheet metals for auto-body parts. The experiment program contains not only stretching but deep-drawing Both forming experiments use the same hemispherical punch while they use different specimens. Deep-drawing experiments use speci-mens cut out in circular arc on both sides of circular blank to make it torn during the deep-drawing They also use speciments cut out straight in one side of a circular blank to make it deformed unevenly which causes local deformation during the deep-drawing. The experimental result demonstrates that the forming limit diagrams in the two cases show difference in their effective magnitude. The forming limit curve from deep-drawing is located lower than that from stretching. It is noted from the result that the deep-drawing process causes acceleration of localized deformation in comparison with the stretching process. From the experimental result the maximum value of forming limit could be pre-dicted for safe design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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