This paper describes computer-aided forging design for rib/web shaped parts. In manufacturing a part by means of forging process, the first step is to design the forging. This is done by modifying the given machined part geometry according to the requirements of the forging process. Traditionally, this is done by experienced forging designers using empirical forging design guidelines. Generally, it would be neither possible nor practical to develop a system which encompasses the design of all types of forgings. Accordingly, forging design can be simplified by considering critical two dimensional cross sections of the machined part geometry. This system is composed of three modules(process variable decision module, forging design module and redesign module) and each module is carried out in regular sequence. In the process variable decision module, first of all, the undercut is checked and modified, and then deep recesses and holes difficult to forge are eliminated. Also parting line, forging plane, forging plan view area, forging weight and maximum size(maximum height or width)are determined. In the forging design module, the magnitude of various allowances, draft angle, minimum web thickness, corner and fillet radius are determined and then geometry modification is performed. Finally, since the design rules and databases used in this system are based on parameters of the forging geometry, such as the trimmed forging plan area, forging weight, forging maxmum size, plausible estimates need to be made for these parameters. Therefore, in the re-design module, the design process is iterated until a satisfactory forging is obtained.
In this research, we developed a process design hot-forging technology that precisely forms an inner race. The inner race transmits power to a one-way clutch of an automatic transmission and minimizes the CNC machining allowance. For a multi-stage hollow shape (inner race), we proposed several shapes of blocker and finisher for the precision hot-forging process and analyzed the forging process using DEFORM. The hot-forging process was optimized for several parameters, such as metal flow pattern, forging defect, and forming load. Blockers and finisher dies in the hot-forging process were designed to select optimal shapes from finite element analysis, and experiments were conducted to optimize the hot-forging process.
When Ti-6Al-4V is used in long steam turbine blades, the main issues are how to improve the fatigue strength as a problem of internal quality and how to forge the thinnest possible blades as problem of dimensional precision. To assure an excellent fatigue strength, it is important to make the two phase fine and equiaxial structure by providing enough plastic deformation in the two phase$(\alpha\;phase/\beta\;phase)$ temperature region. Accordingly, it needs to predict that forging temperature, preform design and forging velocity in forging process. To achieve this end, the two steps forging process was suggested to forge the thin and twisted blades with a precision hammer considering die forces and metal flow. Two steps forging process consists of the flattening forging process and finishing forging process. Process in forging of a 1016mm long steam turbine blade is designed by the finite element method. This study attempts to derive systematic design procedures for process design in the forging. Forging parameters was analyzed in two-dimensional plane-strain simulation and two steps forging process carried out in three-dimensional simulation. Consequently, optimal forging process parameters of long steam turbine blades in Ti-6Al-4V with a high dimensional precision are selected in the hammer die forging.
In this paper, a computer aided process design technique, utilizing a forging simulator and a commercial CAD software, is presented together with its related design system for cold-former forging of ball joints. The forging sequence design is carried out through user-computer interaction by using design templates, design database, experience or knowledge-based rules and some basic laws found in the literature. The forging simulation technique is used to verify the process design. The detail designs including die set drawings and die manufacturing information are automatically generated. It has been shown that the engineer ing and design productivity is much improved by the presented approach in the practical standpoint of process design engineers.
Hollow flange-shaped parts rue widely used in transportation systems. For good quality products, in general, design of preforms and die shapes for a progressive forging process is an important issue. For the design of die shapes for the forging process of a hollow flange, computer simulations Were earned out using the rigid-plastic finite element method. Forging defects like folding were seen in the vicinity of die corners at the typical shape ratios of upper and lower dies Die shape ratios at which the forging defect could occur during the extrusion-forging process of the hollow flange were investigated. The results might be efficiently used for the proper design of perform shapes, die shapes, and forging processes.
In keeping with the needs of the times for energy and labor saving and simplifying production processes, interests has been growing in warm forging. Moreover, it is interested in increasing the material usage and production amounts. To improve the productivity and material usage, it is studied the process design of warm forging for socket. Until now, socket is manufactured by hot forging in hammer. The percentage of material usage is under $60\%$ in hammer forging. On the other han4 the percentage can be increased over $90\%$ in warm forging. To change the process from hot forging to warm forging, process designs must be performed. In this time, by using the FEM package, DEFORM-3D, we could get the shape of 1st process and minimum sealing pressure. They are very essential design data to decrease the trial and error. Practically, the overlap defect could be detected and eliminated with design modification of rib height and fillet radius. Moreover, forging load and minimum sealing pressure was defined by the 3D FEM analysis.
Ring forging process is more appropriate for high-length and thin walled ring, because it utilizes the forging press and hence does not require heavy-duty ring rolling mill. Although ring forging process is very simple and economic for facilities, the process is not efficient because of multi-forging-step and low material utilization. An effective ring forging process is developed using a hollow ingot. When a hollow ingot is used with a workpiece, the ingot can be forged into a final ring without multi-stage pre-forging process, such as, cogging, upsetting, and piercing, etc.. Finally it has advantages of the material utilization and process improvement because a few reheating and forging process are not necessary to make workpiece for ring forging. The important design variables are the applied plastic deformation energy to eliminate cast structure and make uniform properties. In this study, the mechanical properties after forging of hollow cast ingot were investigated from the experiment using circumferential sectional model. Also, the effects of process variables were studied by FEM simulation on the basis of thermo-visco-plastic constitutive equation. Applied strain is different at each position in length direction because diameter of hollow ingot is different in length direction. The different strain distribution become into a narrow gap by additional plastic deformation during diameter extension process.
A process sequence of multi-operation cold forging for actual application in industry is designed with the rigid-plastic finite element method to form a constant velocity joint housing(CVJ housing). The material flow during the CVJ housing forming is axisymmetric until the final forging process for forming of ball grooves. This study treats the deformation as an axisymmetric case. The main objective of the process sequence design is to obtain preforms which satisfy the design criteria of near-net-shape product requiring less machining after forming. The process sequence design also investigates velocity distributions, effective strain distributions and forging loads, which are useful information in the real process design.
In order to increase the productivity of electrical parts, manufacturing processes using progressive die have been widely used in the industry. If closed-die forging process may be included in the series of the forming process, however, there arise many problems in the die design, such as determination of blank size, feeding method and formability, etc. For the proper design of a process, a prediction of the process is requred to obtain many design parameters. In this work, three-dimensional rigid-plastic finite element analysis is carried out to simulate precision forging process. The forging process of STEM, a part of photo pick-up hologram device, is simulated with the two types of processes, open die forging and semi-closed die forging, respectively. Form the results of analyses, the forging processes can be predicted successfully, which enables to design appropriately the die and the process.
This paper describes the process design for hot forging of bearing hub. Forging processes of bearing hub are simulated using the rigid-plastic finite element method. In the process called closed die forging without flash, the design of blocker geometry is of critical importance. Forging processes designs are take advantage of computer aided Process planning and experts. But that is difficult to predict metal flow line. So the preform is designed by the expert, and modified through predict metal flow line by CAE. This paper is to approach preform design considered defect such as metal flow and unfitting etc. at the finisher process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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