A rigid-plastic finite element analysis for the die forging process of a socket ball joint, which is used in the transportation system, was carried out. And also with the results, the elastic stress analysis for the forging die was performed in order to get basic data for the die life prediction. The die fatigue life prediction was simulated using Goodman's and Gerber's equation. The prediction technique for the fatigue life of a forged product, the socket ball joint, using DEFORM-3D is presented and the results are commented upon. Archard's wear model was used for the wear simulation and then the wear simulation and then the wear quantity was quantity was evaluated using volume. In order to prove the wear simulation results to be reliable, wear quantity of the real forging die set in used a forging factory was measured using a 3-dimensional measurement apparatus. The simulation results were relatively in good agreement with the experimental measurements.
A terminal pin, which is a part of high-voltage capacitors, has a head section of plate-shaped geometry with 0.8 thickness. The current manufacturing process, in which the head section is welded on the body part, has given wide deviations of part qualities such as geometrical accuracy, mechanical strength and electrical stability. In this paper, a cold forging process sequence was designed in order to produce the terminal pin as one piece. The plate-shaped head section requires an upsetting in the lateral direction of a cylindrical billet, which is followed by a blanking process. The deformed geometry of the upsetting, however, could not be predicted precisely by intuition since metal flows of an axial and a lateral direction of the cylindrical billet would occur simultaneously. Therefore, the geometry of the initial billet was determined by three dimensional finite element analysis in order to avoid defects in blanking process and intermediate forging processes were designed by applying design rules and two dimensional FE analysis. In addition, cold forging tryouts were conducted by using the die sets which were manufactured based on the designed process sequence.
리벳은 두 부품을 결합하는 중요한 체결 요소이다. 본 연구에서는 부품의 진동 등에서도 잘 견디고 강한 체결력을 가지는 블라인드 리벳 몸체의 제작을 위해 강소성 유한요소해석을 사용하여 최적의 공정설계에 관한 연구를 수행하였다. 제안된 공정설계규칙 및 유한요소해석 결과를 토대로 4단계의 단조공정을 제시하였고, 폴딩 및 금형으로부터 이탈과 같은 결함을 예측하여 최적의 공정설계를 제안하였다. 또한, 소재의 유동 형상, 변형률 분포, 단조하중 등을 비교 검토하여 블라인드 리벳 몸체의 단조공정의 유용성을 확인하였다. 이들의 결과는 금형 설계 및 공정설계에 유용한 자료로 활용될 것이다.
A systematic method of remeshing is required due to severe mesh distortion after some finite deformation in the finite element analysis of practical forging processes. In order to cope with the problem of mesh degeneracy during deformation, the proper design of meshes plays an improtant role in the analysis. In so-called "Modular Remeshing", the physical characteristics of metal flow and geometric characteristics are incorporated in "Module", which can be applied to the mesh design for a certain mode of deformation in so far as the topology of deforming region remains the same. For the purpose of more effective and systematic use of the modular remeshing scheme, an expert system has been developed in the framework of the proposed remeshing schemel. In oredr to show the effectiveness of the method, the rib-web type forging with axial relief or radial relief and spike forging are simulated. It has been thus shown that the proposed method of automatic remeshing by using modular remeshing and expert system can be futher extended and applied to various forging problems with complicated geometrical configurations.ical configurations.
The use of ceramic inserts in steel forging tools offers significant technical and economic advantages over other materi-als of manufacture. These potential benefits can however only be realised by optimal design of the tools so that the ceramic insert are not subjected to stresses that led to their premature failure. In this paper the data on loading of the tools is determined from a commercial forging simulation package as the contact stress distribution on the die-workpiece interface and as temperature distributions in the die. This data can be processed as load input data for a finite-element die-stress analysis. Process simulation and stress analysis are thus combined during the design and a data exchange program has been developed that enables optimal design of the dies taking into account the elastic detections generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the forging process. The stress analysis of the dies is used to determine the stress conditions on the ceramic insert by considering contact and interference effects under both mechanical and thermal loads. Simulation results have been validated as a result of experimental investigation. Laboratory tests on ceramic insert dies have verified the superior performance of the Zirconia and Silicon Nitride ceramic insert in order to prolong maintenance life.
Force balance method is employed to predict forging information such as forging load, tool pressure and normal stress at the surface of tangential velocity discontinuity. The incipient stages of deformation for the plane strain forging of rectangular billets in V-shaped dies of different semi-angles are analysed. To construct an approximate model for the analysis of deformation by the force balance method in the incipient deformation stages, slip-line field is used. When the deformation mode by slip-line method is the same as that by force balance method, the slip-line method and the force balance method give identical solutions. The effects of die angle, coefficient of friction, billet geometries and deforma- tion characteristics are also investigated. In order to verify the validity of force balance analysis, the rigid-plastic finite element simulation for the various forgig parameters are performed and performed and find to be in good agreement.
We Proposed a new technology to develop vertical type multi-joint robot system enable to adapt in high temperature environment. The main contents is a new approach to design a vertical type articulated robot with prismatic joint and analysis of thermal for process automation of casting and forging. The proposed robot is suitable to use handling working parts of casting and forging. for the manufacturing process of forging and casting. The reliability is illustrated that the proposed technique is more stable and robust than the conventional system. This study is concerned with an analytical methodology of kinematic computation for 7 DOF manipulators for optimization of forging manufacturing process.
Finite Element analysis is widely applied to elevated temperature forging processes and shows a lot of information of plastic deformation such as strain, stress, defects, damages and temperature distributions. In highly elevated temperature deformation processes, temperature of material and tool have significant influence on tool life, deformation conditions and productivities. To predict temperature related properties accurately, adequate coefficients of not only contact heat transfer between material and dies but also convection heat transfer due to coolants are required. In most F.E analysis, too higher value of contact heat transfer coefficient is usually applied to get acceptable temperature distribution of tool. For contact heat transfer coefficients between die and workpiece, accurate values were evaluated with different pressure and lubricants conditions. But convection heat transfer coefficients have not been investigated for forging lubricants. In this research, convection heat transfer coefficients for cooling by emulsion lubricants are suggested by experiment and Inverse method. To verify acquired convection and contact heat transfer coefficients, tool temperature was measured for the comparison between measured tool temperature and analysis results. To increase analysis accuracy, repeated analysis scheme was applied till temperature of the tool got to be in the steady-state conditions. Verification of heat transfer coefficients both contact and convection heat transfer coefficients was proven with good accordance between measurement and analysis.
표면의 균열, 겹침결함, 금형의 코너반경이 작아 재료의 유동성이 낮을 때 발생하는 콜드셧, 부분충진등의 단조결함이 없는 자동차용 단조 플랜지를 생산하기 위해서 열전달, 단류선 흐름, 응력분포를 고려하여 형단조 공정과 금형에 대한 해석을 수행하였다. 축박기(up-set) 단조, 예비성형, 최종성형, 단조압력으로 구성된 단조과정은 유한요소법으로 해석되었다. 예비성형과 상하 금형의 높이비율이 단조공정과 금형에 미치는 영향을 평가하여 예비금형의 각 $10^{\circ}$와 최종 금형의 상하비율 1.5:1이 단조결함이 없는 결과를 나타내었다. 이를 반영한 새로 설계된 금형은 재료강도, 완전충진, 하중한계 13,000 KN 이라는 공정변수를 모두 만족시켰다. 이론 입증을 위해서 개선된 금형과 플랜지가 제작되었으며, 단조결함이 발견되지 않았다.
Heat transfer coefficients have great influence on finite element analysis results in elevated temperature forging processes. Experimentally calculated contact heat transfer coefficient is not suitable for one-time finite element analysis because analyzed temperature will be appeared to be too low. To get contact heat transfer coefficient for one-time finite element analysis, tool temperature in operation was measured with thermocouple and repeated finite element analysis was performed with experimentally calculated contact and cooling heat transfer coefficient. Surface temperature of active tool was obtained comparing measurement and analysis results. Contact heat transfer coefficient for one-time finite element analysis was achieved analyzing surface temperature between repeated finite element analysis and one-time finite element analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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