Herein, we present the design and development of an efficient finite element analysis model for thermal plate forming in shipbuilding. Double curvature shells in the ship building industries are primarily formed through the thermal forming technique. Thermal forming involves heating of steel plates using heat sources like oxy-acetylene gas torch, laser, and induction heating, etc. The differential expansion and contraction across the plate thickness cause plastic deformation and bending of plates. Thermal forming is a complex forming technique as the plastic deformation and bending depends on many factors such as peak temperature, heating and cooling rate, depth of heated zone and many other secondary factors. In this work, we develop an efficient finite element analysis model for the thermo-mechanical analysis of thermal forming. Different simulations are reported to study the effect of various parameters affecting the process. Temperature dependent properties are used in the analysis and the finite element analysis model is used to identify the critical flame velocity to avoid recrystallization of plate material. A spring connected plate is modeled for structural analysis using spring elements and that helps in identifying the resultant shapes of various thermal forming patterns. Finally, detailed simulation results are reported to establish the efficacy, applicability and efficiency of the designed and developed finite element analysis model.
Kim, Jung;Park, Jung-Seo;Jo, Ye-Hyan;Shin, Jong-Gye;Kim, Won-Don;Ko, Kwang-Hee
Journal of Ship and Ocean Technology
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v.12
no.3
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pp.1-13
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2008
In shipbuilding, diverse manufacturing techniques for automation have been developed and used in practice. Among them, however, the hull forming automation is the one that has not been of major concern compared with others such as welding and cutting. The basis of the development of this process is to find out how to extract thermal forming information. There exist various methods to obtain such information and the 3D design shape that needs to be formed should be extracted first for getting the necessary thermal forming information. Except well-established shipyards which operate 3D design systems, most of the shipyards only rely on 2.5D design systems and do not have an easy way to obtain 3D surface design data. So in this study, various shipbuilding design systems used by shipyards are investigated and a 3D design surface data extraction method is proposed from those design systems. Then an example is presented to show the extraction of real 3D surface data using the proposed method and computation of thermal forming information using the data.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.3
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pp.130-134
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2016
Due to the need for advanced technologies in the automotive industry, the demand for lighter and safer vehicles has increased. Even though various nonferrous metals, like Aluminum, Magnesium and also Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP), have been implemented in the automotive industry, a lot of technical research and development is still focused on ferrous metals. In particular, the market volume of High Strength Steel (HSS) parts and Ultra High Strength Steel (UHSS) by hot press forming parts has expanded significantly in all countries' automotive industries. A new tool steel, High Thermal-Conductivity Tool Steel (HTCS), for stamping punches and dies has been developed and introduced by Rovalma Company (Spain), and it is able to support better productivity and quality during hot press forming. The HTCS punches and dies could help to reduce cycle time due to their high thermal conductivity, one of the major factors in hot press forming operation. In this study, test dies were manufactured in order to verify the high thermal conductivity of HTCS material compared to SKD6. In addition, thermal deformation was inspected after the heating and cooling process of hot press forming. After heating and cooling, the test dies were measured by a 3D scanner and compared with the original geometry. The results showed that the thermal deformation and distortion were very small even though the cooling time was reduced by 2 seconds.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.18
no.4
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pp.69-76
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1994
Thermal elasto-plastic analysis of axi-symmetric body by the finite element method is presented in this paper for analyzing the process of upset forming of circular section extruded bar. The example of calculation for upset forming of Nimonic extruded bar is also presented. It is shown that remeshing of quadrilateral finite element is necessary because the very highly distorted element by plastic deformation disturbs the calculation. Calculated values for nodal points in new mesh are obtained from nodal points of old mesh by linear interpolation method. The experimental results are compared with calculated values. The appearance of upsetupset forming obtained by experimental method is very similar to that obtained by calculations. So, it is proved that the thermal elasto-plastic analysis of axi-symmetric body by the finite element method is very useful for finding the optimum upsetting condition.
Chang, S.H.;Gang, J.J.;Shin, K.H.;Jung, W.C.;Heo, Y.M.;Jung, T.S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.05a
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pp.539-542
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2008
Recently, GMP(Glass Molding Press) process is mainly used to produce aspheric glass lenses. Because glass lens is heated at high temperature above Ty (yielding point) for forming glass, the quality of aspheric glass lens is deteriorated by residual stresses which are generated in a aspheric glass lens after forming. Before this study, as a fundamental study to develop forming conditions for progressive GMP process, compression, strain relaxation and thermal conductivity tests were carried out to obtain the visco-rigid plastic, the visco-elastic and thermal properties of K-PBK40 which is newly developed and applied for precision molding glass material, In this study, using the experimental results we obtained, a glass lens forming simulation in progressive GMP process was carried out and we could forecast the shape of deformed glass lenses and residual stresses contribution in the structure of deformed glass lenses after forming.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.1051-1055
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1997
Hot forging is widely used in the manufacturing of automotive component. The mechanical, thermal load and thermal softening which is happened by the high temperature die in hot forging. Tool life of hot forging decreases considerably due to the softening of the surface layer of a tool caused by a high thermal load and long contact time between the tool and workpieces. The service life of tools in hot forging process is to a large extent limited by wear, heat crack, plastic deformation. These are one of the main factors affecting die accuracy and tool life. It is desired to predict tool life by developing life prediction method by FE-simulation. Lots of researches have been done into the life prediction of cold forming die, and the results of those researches were trustworthy, but there have been little applications of hot forming die. That is because hot forming process has many factors influencing tool life, and there was not accurate in-process data. In this research, life prediction of hot forming die by wear analysis and plastic deformation has been carried out. To predict tool life, by experiment of tempering of die, tempering curve was obtained and hardness express a function of main tempering curve.
Laser forming is a promising technology in manufacturing, such as in the shipbuilding, automobile, microelectronics, aerospace and other manufacturing industries. This process forms the sheet metal by utilization of laser-induced thermal stresses. Laser forming process has been studied extensively for rectangular shape geometry. This basic study presents the change in deformation behavior of sheet metal during transition from linear to curved geometries and irradiations as well. A series of experiments have been conducted on a wide range of specimen geometries such as quarter-circular and half circular plate. The reasons for this behavior have been analyzed. Results are compared and analyzed by simulations using ABAQUS. Influence of developed stresses on the bending has been investigated. This study provides the more understanding of forming mechanism influenced by geometry effect.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.18
no.3
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pp.1-9
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1994
The transient temperature distribution of materials during upsetting forming is very important for quality of upsetted workpiece and understanding the thermal characteristics of upsetting is essential for optimum control of the forming. In this paper it is shown that the governing equation of heat transfer for axi-symetric body can be derived from minimizing a functional, and from this theory, formulation of analysis by the finite element method is presented. It is also shown that the thermal contact resistance between two bodies can be represented by equivalent coefficient of heat conductivity. Some examples of calsulated transient temperature distributions by the computer program diveloped from the theory presented in this paper are given in graphic forms. It is proven that the results calculations are very plausible.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1998.06b
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pp.54-59
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1998
In this study, two kinds of life prediction method for hot forming die are developed . One is empirical method requiring some experiment that evaluate thermal softening of die material accoring to operating conditions. The other is analyticl method that calcuate wear quantity of die occuring during the forming process. Wear is a predominant factor as well as plastic deformation and heat checking . And, these methods are applied to prodict tool life real die producting part for automobile. Thus , the applicability and the accuracy of the presented methods are investigated. Using the verified life prediction method above , optimal blocker die design minimizing the finisher die is done.
CFD simulation with FlowVision® is used to evaluate the capability of cooling channel in hot press forming dies. Two different types of cooling channels, dry drilled and pocket types are considered for comparison. Two different approaches for simulating cooling channel are considered. One is single-phase velocity calculation for coolant only and the other is multiphase thermal and velocity calculation for die, blank and coolant all together. Both approaches show better cooling performance in pocket type cooling channel. Also both approaches show their own effectiveness in designing cooling channel of hot press forming dies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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