Recently, the technology of incremental forming for sheet metal components has drawn attention for small-batch productions. In the present investigation, a forming tool containing a freely-rotating ball was developed and applied to forming of various shapes with full annealed Al 1050 sheet. Deformation characteristics occurring during forming with this tool was examined through FEM analysis and grid measurement. It was found that deformation modes developed along a straight path and around a corner are close to those of plane-strain and equi-biaxial stretching, respectively, and that cracks occur mostly at corners for the same depth of tool. FEM analysis was successfully applied to this special type of forming process and provided comparable results to the measurements from experiment.
The sheet parts are formed with dies conventionally. But this conventional forming process is not suited to small volume and varied production for the reason of high cost. For the solution of this problem, a new forming process, which is called CNC incremental sheet forming, is being introduced. This process can form sheet parts without die, and is very well suited to small volume and varied production in space flight and automobile. In this paper, dieless CNC forming system based on a machining center is developed. A special device to grasp and pull the blank sheet built in the machining center and tool path generation S/W from STL file of 3-D model are developed. Several sheet parts are incrementally formed to verify the effectiveness of the developed system.
A new approach has been proposed for the incremental analysis of the nonsteady state large deformation of planar anisotropic elastic-plastic sheet forming. A mathematical brief review of a constitutive law for the incremental deformation theory has been presented from flow theory using the minimum plastic work path for elastic-plastic material. Since the material embedded coordinate system(Lagrangian quantity) is used in the proposed theory the stress integration procedure is completely objective. A new return mapping algorithm has been also developed from the general midpoint rule so as to achieve numerically large strain increment by successive control of yield function residuals. Some numerical tests for the return mapping algorithm were performed using Barlat's six component anisotropic stress potential. Performance of the proposed algorithm was shown to be good and stable for a large strain increment, For planar anisotropic sheet forming updating algorithm of planar anisotropic axes has been newly proposed. In order to show the effectiveness and validity of the present formulation earing simulation for a cylindrical cup drawing and front fender stamping analysis are performed. From the results it has been shown that the present formulation can provide a good basis for analysis for analysis of elastic-plastic sheet metal forming processes.
In order to make a doubly-cowed sheet metal effectively, the sheet metal forming process has been developed by adopting the flexibility of the incremental forming process and the principle of bending deformation which causes slight deformation in thickness. The developed process is an unconstrained forming process without holder. The experimental equipment has been set up with the roll set which consists of two pairs of support rolls and one center roll. In order to analyze process parameters in the incremental roll forming process for the application to doubly curved ship hull plate, the orthogonal array is adopted. From the FEM results, among the process parameters, the distance between supporting rolls in pairs along the direction of one principal radius of curvature as well as the forming depth is shown to influence the generation of curvature in the same direction significantly. That is, the other distance between supporting rolls in pairs which are not located in the same direction of one principal radius of curvature, does not have an significant effect on the generation of the curvature in that direction. Also, the forming load and torque from the FEM simulation are acceptable to the system development of the incremental roll forming process for the forming of ship hull plate.
The problem analyzed here is a sheet metal forming process which requires a drawbead. The drawbead provides the sheet metal enough tension to be deformed plastically along the punch face and consequently, ensures a proper shape of final products by fixing the sheet to the die. Therefore, the optimum design of drawbead is indispensable in obtaining the desired formability. A static-explicit finite element analysis is carried out to provide a perspective tool for designing the drawbead. The finite element formulation is constructed from static equilibrium equation and takes into account the boundary condition that involves a proper contact condition. The deformation behavior of sheet material is formulated by the elastic-plastic constitutive equation. The finite element formulation has been solved based on an existing method that is called the static-explicit method. The main features of the static-explicit method are first that there is no convergence problem. Second, the problem of contact and friction is easily solved by application of very small time interval. During the analysis of drawbead processes, the strain distribution and the drawing force on drawbead can be analyzed. And the effects of bead shape and number of beads on sheet forming processes were investigated. The results of the static explicit analysis of drawbead processes show no convergence problem and comparatively accurate results even though severe high geometric and contact-friction nonlinearity. Moreover, the computational results of a static-explicit finite element analysis can supply very valuable information for designing the drawbead process in which the defects of final sheet product can be removed.
In the recent sheet metal forming simulations, it increases to adopt the dynamic explicit method for an effective computation and the elastoplastic formulation for stress recovery. It is inevitable in the dynamic explicit method that some noises occur, which sometimes partly spoil results of simulations. This phenomenon becomes severer when complicate contact conditions are included in simulations. In commercial dynamic codes, the concept of contact damping is introduced. However, the formulation process of it is not revealed well. In this paper, a contact damping method is formulated in order for effectively suppressing noises occurring due to complicated contact conditions. This is checked by analyzing a simple sheet metal stamping process (U-draw bending). From the computational results, it is shown that the contact damping can effectively control the noises due to contacts, especially when considering the sheet thickness, and help to develop more reliable internal stress states, which result in more realistic shapes after springbank.
In this paper, a continuous contact treatment has been considered during FE-analysis of the sheet metal forming processes. Because the simulation is usually performed stepwise, the status of contact can change suddenly. In case of implicit scheme, the increment of punch stroke can be chosen as large value. For exact assessment of contact force and friction force between die and sheet, the continuous contact treatment is proposed. The virtual surface of sheet metal is modeled by NURBS curves or surfaces in order to calculate exact contact area and penetration depth. From the geometrical evaluation of contact behavior, additional contact pressure is imposed to the element. The deformation of bending process and hydroforming process are analyzed based on this scheme.
The AutoForm previously used the membrane element and it accomplished sheet metal forming analysis. The membrane analysis has been widely applied to various sheet metal forming processes because of its time effectiveness. However, it's well known that the membrane analysis can not provide correct information for the processes which have considerable bending effects. In this research it tried to compare the analysis results which use the shell element which is applied newly in the AutoForm commercial software with actual experimental results. The shell element is compromise element between continuum element and membrane element. The Finite element method by using shell element is the most efficient numerical method. From this research, it is known that FEA by using shell element can predict accurately the problems happened in actual experimental auto-body panel.
Recently, LCD Backlight Unit is being replaced from cold cathode fluorescent lamp(CCFL) to external electrode fluorescent lamp(EEFL) because the EEFL has high energy efficiency and long life. Also, it can reduce energy consumption and weight. So far, external electrode ring for EEFL is produced by sheet metal press forming process. Therefore it had low precision and much material loss. To solve these problems, Multi-Forming process that has five step forming process was invented. However, low productivity is another barrier. Product speed that is controlled by the rotational speed cannot be increased due to the unsatisfied design specification. The reason is that the gap between rolled two edge parts of the sheet plate is tightly inspected. Regarding this factor, the understanding of forming behavior to each process is inevitable. This paper describes the CAE analysis of the multi-forming process by PAM-STAMP.
To reduce the cost of finite element analyses for sheet forming, a 3D hybrid membrane/shell method has been developed to study the springback of anisotropic sheet metals. In the hybrid method, the bending strains and stresses were analytically calculated as post-processing, using incremental shapes of the sheet obtained previously from the membrane finite element analysis. To calculate springback, a shell finite element model was used to unload the final shape of the sheet obtained from the membrane code and the stresses and strains that were calculated analytically. For verification, the hybrid method was applied to predict the springback of a 2036-T4 aluminum square blank formed into a cylindrical cup. The springback predictions obtained with the hybrid method was in good agreement with results obtained using a full shell model to simulate both loading and unloading and the experimentally measured data. The CPU time saving with the hybrid method, over the full shell model, was 75% for the punch stretching problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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