The optimal blank design method by sensitivity analysis has been applied to the formings of oil-pan, tailored blank and front panel have been chosen as the examples. Die shape is prepared by a commercial CAD system. Excellent results has been obtained between the numerical results and the target contour shapes. Through the investigation, the proposed systematic method of optimal blank design is found to be effective in the practical forming processes.
선박용 디젤엔진 부품인 블랭크 단조품 가열 시 생산성 및 품질을 향상시키기 위하여 새로운 가열공정을 제안하였다. 본 연구에서는 새로운 블랭크 가열공정을 평가하고 가열공정 설계기준을 정립하기 위하여 수치해석 전용 프로그램인 ANSYS를 사용하여 재료의 비선형을 고려한 온도분포, 열응력 해석을 수행하였다. 가열조건은 승온단계와 유지단계로 구성되어 총 32시간이며 가열 시 시간경과에 따른 블랭크 내 외부의 온도분포와 열응력 변화를 평가하였다. 그 결과 가열 시 승온단계에서 블랭크 내 외부 온도차는 시간이 경과함에 따라 점차 증가하여 최종 승온단계에서 최대 온도차가 발생하나 유지단계에서 온도차는 점진적으로 감소하는 반면에 가열이 시작되어 10시간 경과 후 블랭크 내부에는 최대 등가응력 $12.5kg/mm^2$가 발생한다는 것을 알 수 있다. 따라서 단조품 가열공정을 설계함에 있어서 가열 후 10시간 경과 시, 즉 노내 온도 $650^{\circ}C$에서 블랭크 내 외부 온도차는 $150^{\circ}C$이내가 되도록 관리해야 한다.
다단 딥드로잉 기술은 제품의 생산성 향상과 비용 절감을 위해 휴대폰 배터리 케이스 제품의 생산 공정으로 많이 사용하고 있다. 휴대폰 배터리 케이스는 용량과 강성을 목적으로 세장비가 큰 사각 컵 형상으로 제조된다. 사각 컵 형상의 다단 딥드로잉은 세장비가 크고, 복잡한 변형 형태 메커니즘으로 인한 제품의 좌우 높이 차이가 발생한다. 이로 인해 제품 조립과 표면 품질에 문제가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 제품의 높이 차이가 최소가 되는 블랭크 형상에 대해 연구했다. 제품 좌우 높이 차이가 최소가 되는 블랭크 형상을 찾기 위해 최적 설계와 해석을 수행했다. 타원형 블랭크의 장변과 단변을 설계 변수로 설정하고, 목적 함수는 높이 차이가 최소가 되도록, 제품의 두께 감소율이 목표 범위에 도달하도록 설정했다. 또한 최종 제품 형상의 높이를 구속 조건으로 설정하였다. 그 결과 최적 설계를 통한 초기 블랭크 설계로 높이 차이가 최소가 되었으며, 원하는 공정을 지정하여 높이 차이가 최소화 되도록 수행 가능하다. 향후 개발된 자동화 프로세스로 인해 모든 각형 타입의 초기 소재 설계가 가능할 것으로 판단된다.
여기서는 최근의 자동차 금형의 최적설계 기술개발을 위한 국내의 연구동향을 중심으로 살펴보고 실제 CAE 기술의 적용 예를 소개하고자 한다. 1. 금형설계에서의 CAE 기술의 도입. 2. CAE 기술로서의 FEA 해석. 3. CAE 도입의 기술적 제 문제. 4. 프레스 공정의 2차원/3차원 해석. 5. 최적 블랭크 형상설계기술. 6. 강건설계를 위한 CAE 기술의 응용.
A new finite elemetn approach is introduced for direct prediction of bland shapes and strain distributions from desired final shapes in sheet metal forming. The approach deals with the geometric compatibility of finite elements, plastic deformation theory, minimization of plastic work with constraints, and a proper initial guess. The algorithm developed is applied to cylindrical cup drawing, square cup drawing, and fron fender forming to confirm its validity by demonstratin reasonable accurate numerical results of each problems. Rapid calculation with this algorithm enables easy determination of various process variables for design of sheet metal forming process.
A new blank design method is introduced to predict the blank shape and the strain distribution in the sheet metal forming process. This method deals with only one step from the final shape to the initial blank using the ideal forming theory. Based on this theory, a three-dimensional membrane finite element code has been developed to design an initial blank in the sheet metal forming process. In this paper, the designs of initial blanks for forming a cylindrical cup, a rectangular cup, and a front fender are presented as examples. Also, it compares the two shapes, the target shape with the shape which is deformed from the initial blank using the FEM analysis code. The results illustrate the information that this direct design code is useful in the preliminary design state.
The accumulated know-how and trial-and-error procedures are known as the best ways to determine blank shape and dimensions. One of the most important steps to determine the blank shape and dimensions in deep drawing process is to calculate the surface area of the product. In general, the surface area of products is calculated by mathematical or 3-D modeling methods. A blank design system is constructed for elliptical deep drawing products to recognize the geometry of the product in the long side and short side by drafting in another two layers on AutoCAD software. This system consists of input geometry recognition module, 3-D modeling module and blank design module, respectively. Blank dimension of three types is determined by the same area, which was acquired in 3-D modeling module. The suitability of this system is verified by applying to a real deep drawing product.
Sheet metal forming has some merits that are less loss of materials in process, less time-consuming and it makes mass product possible. The product produced by sheet metal forming process has high strength compared to the weight and better surface characteristics. Therefore, sheet metal forming process is a lot used in automobiles, aircrafts, electronics and appliances. This paper made the process design for forming Bracket Front Back Frame Lower, determined the blank shape and size using PAM-STAMP, commercial software and evaluated formability. It has been proved that the optimal blank through the result forming analysis has advantage in terms of formability and spring back compared to the rectangular blank.
프로그레시브금형에 있어서 스트립 레이아웃설계는 제품 양산을 결정하는 중요 요인이다. 본 논문에서는 자동차에 사용되는 브라켓의 스트립 레이아웃설계를 하였다. 3D모델링이 아닌 자동화 모듈인 씨마트론 다이 디자인을 활용하여 3D로 스트립 레이아웃설계를 하였다. 광폭 2열 2개 뽑기의 내측캐리어를 단 배열로 블랭크 레이아웃을 최적화하였다. 사용된 3D CAD/CAM 소프트웨어는 Cimatron Die Design이며 10개 공정으로 스트립 레이아웃설계를 완성하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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