In order to increase the lifetimes of cold forging dies, insert rings are generally used. In this study, an insert ring and shrunk ring of the flange upsetting die were designed for the cold forging of an automotive wheel nut. The Stress distribution occurring in the die during forging was simulated using a commercial finite element analyzing program. The effects of the fitting interference and inclined angle of the insert ring on the compressive stress of the die inside were also investigated. The simulated data were compared with the real lifetimes of the forging dies. The maximum compressive stress acting on the edge of a forging die should have the most influence on die lifetime, an idea which could help develop the die design with the longest lifetime. The design of the most optimal forging die with the longest lifetime is made possible by analyzing the maximum inner pressure and principal stress between the shrunk ring and insert ring.
By using the FEM, a method for the stress analysis of the presented dies has been proposed. In this method, FEM and Lame equation are used for the analysis of the die insert and the stress ring, respectively. The proposed method includes the calculation of the contact pressure between the die insert and the stress ring. To show the validity, the proposed method has been applied to the simple test problem. The results of the stress analysis have been compared with the results of ANSYS, a commercial FE-code. Cold extrusion has been simulated by using the rigid-plastic FEM and the results of the deformation analysis have been used as the input of the die structure analysis. The stress states of the prestressed extrusion die have been obtained. The stress analysis of the die insert with stress rings has also been performed during extrusion.
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.
The aim of this study was to develop a Mo and V free low alloy cast steel materials, enabling the significant cost- and time-savings in manufacturing and maintaining the insert of cold pressing die without impairment of the important properties. For this purpose, the effects of Si content on combinations of important properties such as hardness, hardenability, and weldability, and strength were systematically investigated. In order to evaluate the applicability as the insert of cold pressing die, the mechanical properties were measured after spheroidization annealing, quenching and tempering, and flame hardening heat treatments, respectively. After the Q/T and F.H. treatments, the developed 0.8${\sim}$1.6%Si containing Mo and V free low alloy cast steels showed excellent matrix strengthening effect, hardenability, and weldability, fulfilling the industrial criterion of the mechanical properties for automobile cold pressing die insert.
Cold forging technology of a gear product is being interested in the dimensional accuracy, high stiffness and reduction of stress concentration. Especially it is needed to avoid the damage due to extremely high local pressure. Therefore it is important to reduce the high pressure in die design of cold forging. In this study, single die insert type and splitted die insert type are considered to recognize the notch effects in the die of sprocket forming. The stress concentration has been released at the notch area by the cushion effect in the splitted die insert.
In this paper, effects of major design parameters of cold forging dies on die mechanics are quantitatively investigated with emphasis on shrink fit using a thermoelastic finite element method. A ball-stud cold forging process found in a cold forging company is selected as a test process and the effects of die insert material, magnitude of shrink fit, dimension of shrink ring, number of shrink rings, partition of die insert and clamping force on effective stress and circumferential stress are analyzed. It has shown that the number of shrink rings, magnitude of shrink fit, and Young's modulus of die insert material have strong influence on compressive circumferential stress in die insert but that the influence of the other design parameters is relatively weak.
Cold forging technology of a gear product is being interested in the dimensional accuracy, high stiffness and reduction of stress concentration. Especially it is needed to avoid the damage due to extremely high local pressure. Therefore it is important to ensure high pressure in die design. In this study, single die insert type and splitted die insert type are considered to recognize the notch effects in the die of sprocket forming. The stress concentration has been released at the notch area by the cushion effect in the splitted die insert.
The use of hexagonal ceramic inserts for copper extrusion dies offers significant technical and economic advantages over other forms of manufacture. In this paper the data on the loading of the tools is determined from a commercial FEM 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 deflections generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the 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.
In cold forging die the shrink fitting is generally used to decrease stress and increase die life. In this paper we have studied about the effect of fitting type, When the die insert is splitted into several pieces the maximum stress could be decreased as much as 50~70% The fitting angle could be selected to minimize the maximum stress and the variation of stress on loading and unloading, . In F, E.M result in case 3。 fitting angle the maximum and variation of stress may be minimized.
The use of ceramic inserts in hot extrusion dies offers significant technical and economic advantages over other forms of manufacture. In this paper, 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 deflections generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the process. The shrink fit analysis has been performed that enables optimal design of the dies taking into account the elastic deflections which generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the process and by using DEFORM software for process analysis. 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 die design. 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. The results are compared with the experimental ones for verification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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