Piercing is the process of shearing a circular hole in sheet metal, whose high shear force makes it difficult to secure the durability of tools. In addition, uneven clearance between tools due to poor alignment of the piercing punch causes accelerated die wear and breakage of the tool. This study reviewed the feasibility of in-situ determining alignment failure during the piercing process by analyzing the signal deviation of a bolt-type piezo sensor installed inside the tool whose alignment level was controlled. Finite element analysis was performed to select the optimal sensor location on the piercing tool for sensitive detection of process signals. A well-aligned piercing process results in uniform deformation in the circumferential direction, and shearing is completed at a stroke similar to the sheet thickness. Afterward, a sharp decrease in shear load is observed. The misaligned piecing punch leads to a gradual decrease in the load after the maximum shear load. This gradual decrease is due to the progressive shear deformation that proceeds in the circumferential direction after the initial crack occurs at the narrow clearance site. Therefore, analyzing the stroke at which the maximum shear load occurs and the load reduction rate after that could detect the misalignment of the piercing punch in real-time.
This paper describes the Computer Aided Design (CAD) of dies for direct hot extrusion of structural shapes such as Z's and U's from aluminum alloys. A simple analysis of the direct extrusion process is developed and used to formulate a disign procedure for determining the optimal shape of the extrusion dies. A computer software system has been developed to design flat-faced dies for non-lubricated hot extrusion process. This software is a system of computer programs which are written to logical design procedure. Computer programs are based on empirical and analytical relationships, as well as on established knowledge based system. In the interactive mode of operation, the reaults at various tages of the design process are plotted on a screen. At any stage, the designer can interact with the computer to change or modify the design, based on his experience. The output from the program is (a) the design of the flat-faced die, (b) information on extrusion load, reduction ratio, and other process variables, etc. The implementation of this CAD system is expected to (a) provide scientific basis and rationalize the die design procedure, (b) optimize extrusion variables to maximize yield and production rate, (c) improve utilization of existing press capacity, etc.
In a flexible multi-body dynamic system the typical topological optimization method for structures cannot be directly applied, as the stiffness varies with position. In this paper, the topological optimization of the flexible multi-body dynamic system is converted into structural optimization using the equivalent static load method. First, the actual boundary conditions of the control system and the approximate stiffness curve of the mechanism are obtained from a flexible multi-body dynamical simulation. Second, the finite element models are built using the absolute nodal coordination for different positions according to the stiffness curve. For efficiency, the static reanalysis method is utilized to solve these finite element equilibrium equations. Specifically, the finite element equilibrium equations of key points in the stiffness curve are fully solved as the initial solution, and the following equilibrium equations are solved using a reanalysis method with an error controlled epsilon algorithm. In order to identify the efficiency of the elements, a non-dimensional measurement is introduced. Finally, an improved evolutional structural optimization (ESO) method is used to solve the optimization problem. The presented method is applied to the optimal design of a die bonder. The numerical results show that the presented method is practical and efficient when optimizing the design of the mechanism.
In drawing sheet metal, the blank holding force is applied to prevent wrinkling of the product and to add a tensile stress to the material for the plastic deformation. Applying an inappropriate blank holding force can cause wrinkling or fracture. Therefore, it is important to determine the appropriate blank holding force. Recent developments of the servo cushion open up the possibility to reduce the possibility of fracture and wrinkling by controlling the blank holding force along the stroke. In this study, a method is presented to find the optimal variable blank holding force curve, which uses statistical analysis with consideration of the nonlinear deformation path. The optimal blank holding force curve was numerically and experimentally applied to door inner parts. Consequently, it was shown that the application of the variable blank holding force curve to door inner parts could effectively reduce the possibility of fracture and wrinkling.
As the demands for lightweight construction and precision grow, there is an increasing interest on hydroforming technology. This paper deals with designing automobile subframe for applying welded blanks hydroforming. In applying welded blanks hydroforming to automobile subframe, it is a serious problem that blanks wrinkle in deformed shape. To suppress wrinklings in blanks, the sections of the die where blanks wrinkled is modified. In addition to this, it is intended that the sum of thickness variation about wrinkling regions be minimized. For this purpose, parameters for influencing formability are selected and evaluated using orthogonal array. Among these parameters, parameters having a major effect on formability are selected again. Using CCD(central composite design) with the selected parameters, response surface is build up and optimal design is performed.
This study deals with the cold forging process design for shaft in the main part of automobile motors with rectangular deep groove. In forging process, the accuracy and die lift is very important because it have influence on reduction of the production cost and the increase of the production rate. Therefore, it is necessary to develop the manufacturing process of shaft by cold forging., process variables are the cropped face angle of billet and the eccentric load of punch. The former is derived from cropping test, the latter is occurred by clearance between container and preform. Also, grooved preform select the process variable for decrease in punch deflection. We investigate that a deflection of punch and a deformation of preform to every process variables. Through this investigation, we suggest the optimal preform and process design, expect to be improved the tool life in forging process.
The inner pulley is an automobile component used as air conditioner clutch assembly. In cold forging of inner pulley, the design requirements are to keep the same height of the inner rib and outer one, and to make uniform the hardness distribution in the forged product. In industry, the design of forging processes is performed based on experience-oriented technology, that is, designers experience and expensive trial and error. Using the rigid-plastic finite element simulations. we design the optimal process conditions, which has a preforming operation. Also the final product configuration of forging has to be designed again in view of metal flow involved in the operation, derived from the finite element simulations. The forged pulley is investigated by checking the hardness distribution and it is noted that distribution has improved to be even and high enough for industrial application.
오버드라이버 허브클러치는 자동차 6단 자동 변속기 미션에 장착되어 엔진의 여유출력을 이용해 연료사용을 절감시켜주는 부품이다. 본 연구에서는 오버드라이버 허브클러치 제품에 대해 피어싱 공정 중 펀치에 가해지는 하중 및 소재 처짐량을 최소화 하고자 한다. 공정 중 펀치의 하중과 처짐량에 영향을 줄 수 있는 다이 클리어런스(die clearance)와 전단각도(shear angle) 그리고 마찰계수(friction coefficient)를 설계 변수로 설정했다. 또한 펀치의 하중과 소재 처짐량에 대해 각 설계 변수들의 영향도를 확인하기 위해 민감도 분석(sensitivity analysis)을 진행했다. 그 결과 전단 각도, 마찰 계수, 다이 클리어런스 순으로 하중 및 처짐량에 대해 민감한 것으로 조사되었다. 이를 통해 펀치의 하중과 소재 처짐량을 목적함수로 설정하고, 반응표면법(Response Surface Method)을 통해 각 설계 변수들과 목적함수의 방정식을 도출했다. 이를 통해 설정된 설계 변수들의 최적 값을 도출해 유한요소해석에 적용한 결과 펀치의 하중 및 소재의 처짐량이 기존대비 22.14% 개선됐다.
This paper deals with the aspects of die design for the multistage fine tooth hub gear in the cold forging process. In order to manufacture the cold forged product for the precision hub gear used as the ARD 370 system of bicycle, it examines the influences of different designs on the metal flow through experiments and FE-simulation. To find the combination of design parameters which minimize the damage value, the low gear length, upper gear length and inner diameter as design parameters are considered. An orthogonal fraction factorial experiment is employed to study the influence of each parameter on the objective function or characteristics. The optimal punch shape of fine tooth hub gear is designed using the results of FE-simulation and the artificial neural network. To verify the optimal punch shape, the experiments of the cold forging of the hub gear are executed.
This paper deals with the aspects of die design for the multistage fine tooth hub gear in the cold forging process. In order to manufacture the cold forged product fur the precision hub gear used as the ARD 370 system of bicycle, it examines the influences of different designs on the metal flow through experiments and FE-simulation. To find the combination of design parameters which minimize the damage value, the low gear length, upper gear length and inner diameter as design parameters are considered. An orthogonal fraction factorial experiment is employed to study the influence of each parameter on the objective function or characteristics. The optimal punch shape of fine tooth hub gear is designed using the results of FE-simulation and the artificial neural network. To verify the optimal punch shape, the experiments of the cold forging of the hub gear are executed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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