Deep drawing is a forming process in which a blank of sheet metal is radially drawn into a forming die by the mechanical action of a punch and converted to required shape. Deep drawing involves complex material flow conditions and force distributions. Radial drawing stresses and tangential compressive stresses are induced in flange region due to the material retention property. These compressive stresses result in wrinkling phenomenon in flange region. Normally blank holder is applied for restricting wrinkles. Tensile stresses in radial direction initiate thinning in the wall region of cup. The thinning results into cracking or fracture. The finite element method is widely applied worldwide to simulate the deep drawing process. For real-life simulations of deep drawing process an accurate numerical model, as well as an accurate description of material behavior and contact conditions, is necessary. The finite element method is a powerful tool to predict material thinning deformations before prototypes are made. The proposed innovative methodology combines two techniques for prediction and optimization of thinning in automotive sealing cover. Taguchi design of experiments and analysis of variance has been applied to analyze the influencing process parameters on Thinning. Mathematical relations have been developed to correlate input process parameters and Thinning. Optimization problem has been formulated for thinning and Genetic Algorithm has been applied for optimization. Experimental validation of results proves the applicability of newly proposed approach. The optimized component when manufactured is observed to be safe, no thinning or fracture is observed.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.06a
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pp.49-54
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2006
During most of manufacturing processes of auto-body panels, the trimming line should be designed in advance prior to flanging. It is an important task to find a feasible trimming line to obtain a precise final part shape after flanging. This paper proposes a new fast method to find feasible trimming line based on one-step analysis. The basic idea of the one-step analysis is to seek for the nodal positions in the initial blank from the final part, and then the distribution of strain, stress and thickness in the final configuration can be calculated by comparing the nodal position in the initial blank sheet with the one of the final part. The one-step analysis method is able to predict the trimming line before flanging since the desired product shape after flanging can be defined from the final configuration and most of strain paths are simple during the flanging process. Finally, designers can obtain a discrete trimming line from the boundary of the developed meshes after one-step analysis and import it into CAD system in the early design stage. The proposed method has been successfully applied to two basic curve flanging processes demonstrating many advantages.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.3
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pp.277-286
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2001
Among the ULSAB methods for the lightweight automobile body, Tailor Welded Blank(TWB) is adopted and the design process is developed for the existing component. Topology optimization conducted to find the distribution of the variable thickness. The number of parts and the welding lines are determined from it. In the detail design, size optimization is carried out to find the optimum thickness of each part and then, the final parting lines are tuned by shape optimization. A commercial optimization software GENESIS is utilized for the optimization processes.
S. Lee;C. H. Jeon;S. Park;G. Lee;S. Choi;W. Lee;D. Kim
Transactions of Materials Processing
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v.32
no.4
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pp.199-207
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2023
The stainless steel basket-bowl, a critical component of washing machines, is characterized by its unique two-tiered circular shape. This study explores the potential of a draw-bead free die design to address tearing concerns in the prospective plastic layer during the drawing operation. In order to prevent wrinkles that may arise from the absence of a draw-bead, a two-stage punch configuration is proposed. The influence of the blank holder force on wrinkle reduction is also examined. Finite element analysis is employed to evaluate the proposed die design by analyzing the wrinkle shape and strain mode. The results confirm that the stainless steel basket-bowl can be successfully drawn without wrinkles utilizing the proposed two-stage punch without a draw-bead on the blank holder. These findings contribute to the development of more efficient and reliable manufacturing processes for the stainless steel basket-bowl production.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.8
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pp.899-904
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2014
Thickness profiled blank is designed using optimization techniques for maximizing the bulged heights during the free bulging of Inconel 718. The thickness of the blank was described by the Bezier curve and the locations of the control points were used as the design variables for optimization. The maximization of the bulged heights within the limited strain range served as the objective function and constraints for optimization. The equivalent static loads method for non-linear static response structural optimization (ESLSO) was used and the result of the optimization revealed 22 increased bulged heights. A free bulging test using a blank with an optimized profile was conducted to verify the optimization process. The results were compared with those of numerical analysis in terms of bulged height and deformed shape.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.6
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pp.22-32
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1998
This paper describes a research work of developing a computer-aided design of irregularly shaped-sheet metal product with bending and piercing operation for progressive working. An approach to the CAD system is based on the knowledge-based rules. Knowledge for the CAD system is formulated from plasticity theories, experimental results and the empirical knowledge of field experts. The system has been written in AutoLISP on the AutoCAD with a personal computer and is composed of five main modules, which are input and shape treatment, flat pattern-layout, production feasibility check, blank-layout, and strip-layout module. Based on knowledge-based rules, the system is designed by considering several factors, such as radius and angle of bend, material and thickness of product, complexities of blank geometry and punch profile, and availability of press. This system is capable of unfolding a formed sheet metal part to give flat pattern and automatically account for the adjustment of bend allowances to match tooling requirements by checking dimensions and the best utilization ratio of blank-layout within bending production feasibility area which is beyond ${\pm}30^{\circ}$ degrees intersecting angle between grain flow and bending edge line and which is suitable to progressive bending operation. Also the strip-layout drawing generated by a bending and a piercing operation according to punch profiles divided into automatically for external area of irregularly shaped-sheet metal product is displayed in graphic forms.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.10
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pp.696-701
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2016
Multi-stage deep drawing is a widely used industrial manufacturing process, and its applications are gradually expanding to both small products and large metallic products. The USB C-type socket used in smart phones, for example, is manufactured using oval multi-stage deep drawing. The socket is very small and slender and it requires precise manufacturing. The thickness distribution of the final product is guaranteed only if it is uniform throughout the overall process. Therefore, minimizing the height difference between long and short sidewalls after the first operation is important for this goal. An initial blank optimization was performed for an oval-type drawing process based on finite element simulations. The goal was to determine an initial blank geometry that can maintain uniform height and thickness after the first draw operation. The initial blank shape of the sheet metal was optimized, and the results show that it satisfied the conditions of minimal thickness reduction and even thickness distribution. The geometry from the optimized simulation was compared with experimental results, which showed good agreement.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.10a
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pp.81-84
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2001
An inverse finite element approach is employed for more capability to design the optimum blank shape from the desired final shape with small amount of computation time and effort. In some drawing or stamping simulation with inverse method, it is difficult to apply inverse scheme due to the large aspect ratio or steep vertical angle of inclination. The reason is that initial guesses are hard to make out with present method for those cases. In this paper, a direct mesh marring scheme to generate initial guess on the sliding constraint surface described by finite element patches is suggested for one step inverse analysis to calculate initial blank shape. Radial type mapping is adopted for the simulation of rectangular cup drawing process with large aspect ratio and parallel type mapping for the simulation of S-Rail forming process with steep vertical angle of inclination.
Sheet metal forming process is a non-linearity problem which Is affected by various process variables, such as geometric shape of punch and die, frictional characteristic, etc.. Therefore, the knowledge of the influence of the process variables is needed in the design of sheet metal working processes. In this paper, deep drawing tests for blank holding force, punch speed and lubrication between sheet material and tool were carried out to investigate the influence upon sheet formability. Experimental results were discussed about the defects on the deformation behaviors during the forming process.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.05a
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pp.94-97
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2001
An inverse finite element approach is employed for more capability to design the optimum blank shape from the desired final shape with small amount of computation time and effort. For multi-stage deep-drawing processes, numerical analysis is extremely difficult to carry out due to its complexities and convergence problem as well as tremendous computation time. In this paper, multi-stage finite element inverse analysis is applied to multi-stage rectangular cup drawing processes to calculate intermediate blank shapes and strain distributions in each stages. Deformation history of the previous stage is considered in the computation. Finite element patches are used to describe arbitrary intermediate sliding constraint surfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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