하이드로포밍 기술은 지난 20년간 자동차부품의 적용을 중심으로 비약적인 발전을 해 왔다. 이 기술은 자동차 산업응용분야에 많은 장점을 가지고 있는데 이는 더 나은 구조적 강건성, 부품수 감소에 기인한 비용절감, 재료절약, 무게감소, 낮은 스프링백현상, 개선된 강도, 내구성 향상, 설계 유연성 등이다. 하이드로포밍 부품의 성형성 검토를 위하여 다양한 컴퓨터 시뮬레이션 기술 등이 발달해 왔으며 이를 통해 성형 가능성을 검토하는 것과 동시에 성형을 위하여 벤딩 공정, 프리포밍공정, 다이클로징 공정 등의 효율적인 공정을 수립하여 하이드로포밍 부품들을 설계하고 있다. 이에 본 연구에서는 하이드로포밍 부품 설계 시 고려사항 중 성형량, 부품의 단면길이(하이드로포밍 프레스 용량에 맞는), 최소 곡률(하이드로포밍 압력에 따른 곡률 영향 평가) 등을 제시하고 실제 자동차용 리어 서브-프레임 부품의 단면분석을 실시함으로써 하이드로포밍 성형을 위한 설계 방안을 제시하고자 한다. 아울러 하이드로포밍 공정인자 중 프리벤딩, 축피딩, 유압 압력, 프레스 하중, 마찰 등의 효과를 분석하여 이들 공정이 직접적인 하이드로포밍 성형에 필요인자 인지 등을 고찰하였다.
In this paper, a finite element formulation using dynamic-explicit time integration scheme is used for numerical analysis of Hydro-forming processes. The lumping scheme is employed for the diagonal mass matrix and dynamic explicit formulation. Hydro-forming process for auto-body panel forming is analyzed by using dynamic-explicit finite element method. Further, the simulated results of the Hydro-forming processes are shown and discussed. Its application is being increased especially in the automotive industrial area for the cost reduction, weight saving, and improvement of strength.
Hydro-mechanical forming process has numerous advantages compared to those of a conventional deep drawing process such as an excellent surface quality and low costs of dies. In fact, Hydro-mechanical forming is a desirable forming process for producing complex parts in automotive body components, and it is an excellent candidate for the forming process of aluminum panels. In this research, Hydro-mechanical forming process with a cross shape punch has been studied for Al-Si-Mg alloy sheets. Finite element analysis by LS-Dyna has predicted the deep drawing depth of the aluminum sheets, and the experiment has confirmed that result. Put Abstract text here.
Recently, the use of tubes in the manufacturing of the automobile parts has increased and therefore many automotive manufactures have tried to use hydro-forming technology. The hydro-forming technology may cause many advantages to automotive applications in terms of better structural integrity of the parts, lower cost from fewer part count, material saving, weight reduction, lower spring-back, improved strength and durability and design flexibility. In this study, the whole process of front engine cradle (or front sub-frame) parts development by tube hydro-forming using steel material having tensile strength of 440MPa grade is presented. At the part design stage, it requires feasibility study and process design aided by CAE (Computer Aided Design) to confirm hydro-formability in details. Effects of parameters such as internal pressure, axial feeding and geometry shape on automotive sub-frame by hydro-forming process were carefully investigated. Overall possibility of hydro-formable sub-frame parts could be examined by cross sectional analyses. Moreover, it is essential to ensure the formability of tube material on every forming step such as pre-bending, preforming and hydro-forming. At the die design stage, all the components of prototyping tools are designed and interference with press is examined from the point of geometry and thinning.
The productivity of hydroforming process can be increased by combining pre-forming process and post-forming process such as the bending, piercing and the embedding process. Therefore in this study, integrated studies on the hydro-embedding technology have been performed by analyzing the deformed mode of the tubes and the optimal process parameters. In the case of the embedding test the characteristics of the embedded parts, such as the shape of the screw tip, screw thread and shape of thread were investigated at various process conditions. To measure the clamping force between the embedded part and the tube, special measuring device was used.
To increase the applicability and productivity of hydroforming process, hydro-embedding process was developed by combining the hydro-forming process with embedding process simultaneously. It is necessary in the automotive parts to form hollow bodies with connection elements which combine one part with another. The hydro-embedding process is embedding the connection element hydraulically during the operating steps of the hydroforming. In this study, technique of rotational piercing is added on the existing hydro-embedding to increase the connection force of hydro-embedded element. To estimate the feasibility of new trial process, integrated researches on the hydro-embedding process technology have been performed by analyzing the deformed mode of the tubes and the optimal process parameters for various shapes of the connection elements.
Hydro-forming is being employed increasingly to realize lightweight vehicular parts. The bumper beam produced by this process weighs 30% less than the conventional products with equal stiffness. However, hydro-forming involves complex parameters to obtain the target geometry and low residual stress. Parametric studies are conducted using finite element analysis to obtain optimized process conditions. Through these numerical approaches, the internal and holding pressures and feeder forward stroke along the extruded direction are optimized to achieve low residual stress and to minimize springback. The numerical results are verified by experimental observations made by employing a three-dimensional laser scanner. The numerical and experimental results are compared in terms of the springback. Both results show similar tendencies.
As a trial of application of hydrostatic pressure in micro fomring, burr-free punching has been conducted by means of hydro-mechanical procedure. Even though it is in beginning stage, result of the hydro-mechanical punching is promising. Hydrostatic pressure helps delay fracture initiation and makes it possible to get clean shearing surface. Without any burr on both side of sheet, smooth holes are archived as intended. To verify the significance of hydro-mechanical punching, conventional punching is performed under similar conditions and relatively larger portion of fracture surface is detected in the punching hole. Despite the quality of sidewall is not good enough, it might be possible to make the hole shaped upright, reduce the roll-over radius and minimize the fracture surface by optimizing process parameters.
In order to numerically evaluate automotive hydro-formed DP-steel tubes on crash performance considering welding heat effects, the finite element simulations of crash behavior were performed for hydro-formed tubes with and without heat treatment effects. This work involves the mechanical characterization of the base material and the HAG-welded zone as well as finite element simulations of the crash test of hydro-formed tubes with welded brackets and hydro-forming of tubes. The welding heat effects on the crash performance are evaluated in efforts to improve the process optimization procedure of the engine cradle in the design stage. In particular, FEM simulations on indentations have been performed and experimentally verified for material properties of weld zone and heat affected zone.
In the hydroforming process the number of process can be reduced by combining pre-forming process and post-forming process such as the bending, piercing and the embedding process. Integrated studies on the embedding manufacturing technology have been performed by analyzing the deformed mode of the tubes and the optimal process parameters. In this study, a simulation model that can prove clamping force between the clamping element and tube has been investigated by FEM. The characteristics of the embedded parts, such as the shape of the screw tip, screw thread and shape of thread were investigated at various clamping element conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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