Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.575-578
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2000
Die design to minimize the die wear in the cold forging process is very important as it reduce the production cost and the increase of the production rate. The quantitative estimation for the die wear is too hard because the prediction of the die wear is determined with many process variables. So, in this paper, the optimal shape of the backward extrusion punch is newly designed through the FE-analysis considering the surface expansion and Archard's wear model in order to reduce the rapid wear rate that is generated for the backward extrusion product exceeding the forming limit. The main shape variables of the backward extrusion punch are the flat, angle, and round of the punch nose part. As the flat and angle of the punch nose are larger, the surface expansion is reduced. and, the wear rate is decreased according to the reduction of the punch round. These results obtained through this study are applied to the real manufacturing process, it is implemented the reduction of the wear rate.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.10
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pp.180-187
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2004
Die design to minimize the die wear in the cold forging process is very important as it reduce the production cost and the increase of the production rate. The quantitative estimation fur the die wear is too hard because the die wear is caused by many process variables. So, in this paper, the optimal shape of the backward extrusion punch is newly designed through the FE-analysis considering the surface expansion and Archard wear model in order to reduce the rapid wear rate that is generated for the backward extruded products exceeding the forming limit. The main shape variables of the backward extrusion punch are the flat diameter, angle, and round of the punch nose part. As the flat diameter and angle of the punch nose are larger, the surface expansion is reduced and the wear rate is decreased according to the reduction of the punch round. These results obtained through this study can be applied to the real manufacturing process.
J. H. Bang;G. H. Bae;M. Kim;M. G. Lee;H. G. Kim;J. H. Song
Transactions of Materials Processing
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v.32
no.5
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pp.247-254
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2023
This study conducted the wear tests on bending punches coated with PVD CrN and examined the surface quality of the product formed by each punch in the forming of uncoated TRIP1180 sheets. The study quantitatively estimated the surface quality of the product by measuring the roughness and imaging the product surface. The correlation between the punch wear depth and the product surface roughness was quantitatively analyzed. The results showed that before failure occurs, the product roughness was comparable with that of the as-received, and the product surface was smooth without scratches and defects. However, after failure, the punch wear is caused by fretting wear mechanism, and a punch whose coating is not completely peeled plows the product surface, resulting in severe scratches with grooves and ridges on the product surface. Severe wear on the punch surface caused by fretting wear can rapidly degrade the product surface quality as it is directly affected by the punch surface condition, and the product surface quality accurately reflects the punch wear condition.
The piercing process of creating holes in sheet metals for mechanical fastening generates high shear force. Real-time monitoring technology could predict tool damage and product defects due to this severe condition, but there are few applications for piercing high-strength aluminum. In this study, we analyzed the load signal to predict the punch's wear level during the process with a piezoelectric sensor installed piercing tool. Experiments were conducted on Al6061 T6 with a thickness of 3.0 mm using piercing punches whose edge angle was controlled by reflecting the wear level. The piercing load increases proportionally with the level of tool wear. For example, the maximum piercing load of the wear-shaped punch with the tip angle controlled at 6 degrees increased by 14% compared to the normal-shaped punch under the typical clearance of 6.7% of the aluminum piercing tool. In addition, the tool wear level increased compression during the down-stroke, which is caused by lateral force due to the decrease in the diameter of pierced holes. Our study showed the predictability of the wear level of punches through the recognition of changes in characteristic elements of the load signal during the piercing process.
The recent increasing application rate of advanced high-strength steel(AHSS) for automotive parts makes it difficult to ensure the durability of forming tools. Significant load and friction generated during the piercing process of AHSS increase the wear rate and the damage degree to dies. These harsh process conditions also yield product failures, such as dimensional inconsistency of pierced holes and insufficient quality of hole's sheared edge. This study analyzed the effect of punch wear on the sheared surface of pierced parts and the forming load during the piercing process. Wear-shaped punches showed approximately 20% higher piercing load than normal-shaped punches, and the rollover ratio of the sheared surface also increased. It is considered that the dull edge of wear-shaped punches does not penetrate directly into the material but shears after tensioning it in a piercing direction. In addition, wear-shaped punches experienced compressive load even after completing the piercing process during the down-stroke and tensile load during the up-stroke. This load variation is related to the smaller diameter piercing holes produced by wear-shaped punches compared to normal-shaped punches. Thus, we demonstrated the predictability of the wear level of dies through a comparative analysis of the piercing load pattern.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.3
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pp.149-157
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2000
Tool wear in the shearing process such as blanking, piercing and trimming is very important, because it has great effects on the dimensional accuracy, working efficiency and economy. Most of tools in the shearing process have the coated layer at surface fur good wear and corrosion resistance. When the surface of tool is teated, the wear Phenomena of coated surface layer and inner layer may be different. This paper describes a computer modelling technique by the finite element method in order to investigate the wear mechanism and to predict the wear profile of Ti-N coated tool in piercing process according to the volume of Production. Wear coefficients of the coated layer and inner layer are obtained through Pin-on-Disk wear test, respectively. To verify the effectiveness of the suggested technique, the technique is applied to wear analysis in piercing recess of piston pin and simulation results are compared with experimental ones.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.81-88
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2001
To study the influence of the shape of contacting bodies (especially the end profile) on slip regime, wear test is conducted in the case of the contact between tube and support. Two different end profiles of the support are used such as truncated wedge and rounded punch. During the test, 10, 30 and 50 N are applied as normal force and slip displacement varies between 10-200 $\mu\textrm{m}$. The tube and the support specimens are made of Zircaloy-4 and a specially designed wear tester is used. Tests are carried out in air at room temperature. Wear on the tube is examined by measuring microscope. Partial and gross slip regimes are classified from the observed wear shape. Surface roughness tester is also used to measure the wear depth and contour, from which wear volume is evaluated. The transition from partial to gross slip is also investigated by investigating the considerable increase of wear volume. From the result, the boundary between the partial and the gross slip is newly determined in the conventional fretting map for the present specific contact configuration. Since the transition is related with the amount of energy dissipation from the contact surface so is wear, it is regarded that wear can be restrained by designing a proper shape of support.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.33
no.6
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pp.216-225
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2023
This paper describes the finite element analysis and die design change of cold heading punching process to increase the cold forging tool life and reduce the tool wear and stress concentration. Through this study, the optimization of punch tool design has been studied by an analysis of tool stress and wear distribution to improve the tool life. Plastic deformation analysis was carried out in order to understand the cold heading process between tool and workpiece stress distribution. Cold heading punch die design was set up to each process with different four types analysis progressing, the cold heading punch dies shapes with combination of point angle and punch edge corner radius shapes of cold forging dies, punch die material properties and frictional coefficient. The design parameters of point angle and corner radius of punch die geometry, die material properties and frictional coefficient were selected to apply optimization with the DoE (design of experiment) and Taguchi method. DoE and Taguchi method was performed to optimize the cold heading punch die design parameters optimization for bolt head cold forging process, it was possible to expect an reduce the cold heading punch die wear to the 37 % compared with current using cold heading punch in the shop floor.
The variation of contact traction induced by different contact shapes is studied experimentally and theoretically. Considerations fer the contact shape are rounded, truncated and truncated with rounding punches. A fretting wear experiment is conducted with the contact configuration of the strip on the tube specimens. The strip specimen is pressed to form the end profile of a rounded and truncated with rounding punches shape. Wear on the tube is investigated, which is regarded as the slip region of the contact surface. Taken into consideration is the general solution of the normal traction in the case of the indentation by a punch with its end profile of the combination of parabolas. Then, partial slip solution is obtained numerically, which is compared with the wear on the tube. The radius of the rounding and the obliquity of the edge truncation affect the tractions considerably. It is found that the proper choice of the end profile can restrain the contact-induced failure such aswear.
Seok-Kwan Hong;Eui-Chul Jeong;Sung-Hee Lee;Ok-Rae Kim;Jong-Deok Kim
Design & Manufacturing
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v.16
no.4
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pp.1-6
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2022
Fine blanking is a press processing technology that can process most of the product thickness into a smooth surface with a single stroke. In this fine blanking process, shear is an essential step. The punches and dies used in the shear are subjected to impacts of tens to hundreds of gravitational accelerations, depending on the type and thickness of the material. Therefore, among the components of the fine blanking mold (dies), punches and dies are the parts with the shortest lifespan. In the actual production site, various types of tool damage occur such as wear of the tool as well as sudden punch breakage. In this study, machine learning algorithms were used to predict these problems in advance. The dataset used in this paper consisted of the signal of the vibration sensor installed in the tool and the measured burr size (tool wear). Various features were extracted so that artificial intelligence can learn effectively from signals. It was trained with 5 features with excellent distinguishing performance, and the SVM algorithm performance was the best among 33 learning models. As a result of the research, the vibration signal at the time of imminent tool replacement was matched with an accuracy of more than 85%. It is expected that the results of this research will solve problems such as tool damage due to accidental punch breakage at the production site, and increase in maintenance costs due to prediction errors in punch exchange cycles due to wear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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