A practical example of the axisymmetric deep drawing process is simulated by the elastic-plastic finite element analysis using updated Lagrangian approach considering the large deformation. An approach is suggested to solve the problem of the ductile fracture that may encounter during the deep drawing process. The result can be applied to the design of the die for the axisymmetric deep drawing.
During sheet metal forming on a double-action press, drawbeads on the blankholder supply a restraining force which controls the flow of metal into the die. The sheet formability can be improved by the optimum drawbeads installation when the punch enters into the die opening. Experiments on the various drawbeads, circular, step, double circular, and circular-step drawbead, have been performed under various working conditions.
In this study, 3D sheet metal forming analysis program is developed by explicit finite element method. In this program, analysis flow just follows the real engineering process to provide the user intuitive understanding and smooth contact alorithm improves the accuracy of stress prediction. The capability of this program are demonstrated by various examples.
프로그레시브 노칭과 포밍금형에 있어서 박판성형해석에 의한 사전 분석은 제품을 양산하는데 꼭 거쳐야 하는 필수과정이다. 본 논문에서 연구한 Ez5는 일본 S 자동차의 미국 현지 공장에서 발주한 수출 금형을 가지고 스트립 레이아웃 설계에 관한 것을 연구한 것이다. 광폭 1열 1개 뽑기의 편측캐리어를 단 배열로 블랭크 레이아웃을 최적화하였다. 사용된 3D CAD/CAM 소프트웨어는 Cimatron E Die Design이며 10개 공정으로 스트립 레이아웃설계를 완성하였다.
본 연구의 대상은 두개의 박판 냉간성형 C형강 스터드와 벽체 마감재로 구성되어 있다. 보거동 해석에서는 풍하중을 받고 있는 벽체로 가정하여 패널 축방향에 대하여 횡방향으로 등분포하중이 작용하는 단순지지보로 간주하여 해석한다. 그리고 합성패널의 주요 강도감소인자를 고려한 처짐을 산정한다. 또한 기둥거동에서는 합성패널을 내력벽으로 가정하여 축방향 압축력이 작용하는 기둥으로 간주하여 해석한다. 이 패널은 근사해법인 에너지법을 사용하여 휨 좌굴 하중과 휨-비틂 좌굴 하중을 고려한 공칭 압축강도를 산정할 수 있다. 상기과정은 개발된 전산 프로그램을 이용하여 가용한 실험 결과와 비교하여 검증된다. 보거동에 있어서 실험치가 이론치의 97%의 근사치를 보였고, 기둥거동에서도 이론치에 대한 실험치 압축강도가 유사함을 보였다.
신형상 폐단면 냉간성형형강 스터드와 래프터로 구성된 포탈프레임의 접합부의 모멘트-회전각 관계, 회전강성, 항복모멘트 및 극한모멘트 등을 파악하기 위하여 접합부실험을 수행하였다. 실험의 주요 변수는 연강 접합철물의 두께 및 형상과 접합부 시험체의 비틀림에 관한 구속조건이며, 실험결과의 검증을 위해서 비선형해석 결과와 비교하였다. 반강접 접합부의 휨강성을 실험에 의한 모멘트-회전각 곡선으로 부터 구한 할선강도로 제안하여 구조해석을 통하여 타당성을 검토하였다.
프레스 가공에서 포밍이나 굽힘 등의 변형에 따라 판재는 가공경화를 발생하게 되며, 판재 경화와 가스 스프링 반력에 의한 캠 성형 과정에서 캠 및 판재의 변형과 미 성형이 발생하게 된다. 본 연구는 알루미늄 판재 성형 과정에서 판재경화를 고려한 응력, 변형이 주어진 판재 물성치와 캠 성형 압력에 맞게 입력 값으로 처리하였다. 그리고 유한요소 해석툴인 Hyperstudy와 Abaqus 연동으로 캠 형상을 비선형적으로 형상 최적화 해석을 수행 했다. 그 결과 판재의 변형이 제거 되면서 허용되는 최대, 최소 응력 범위와 최소 변형을 갖는 조건하에서 캠 형상을 최적화 하였다. 따라서 해석 결과를 통해 응력-변형 곡선과 응력-두께의 정규 분포도를 얻을 수 있었고, 또한 Iteration 처리로 판재 경화와 가스 스프링 반력을 고려한 다이캠 두께에 맞는 응력과 변형에 대한 최적화 형상을 얻을 수 있었다.
Flexible forming process for sheet metal using reconfigurable die is introduced based on numerical simulation. Numerical simulation of sheet metal forming process is carried out by using flexible dies model instead of conventional matched die set. Elastic cushion which has high resilience behavior from excessive deformation are inserted between forming punches and blank material for smoothing the forming surface which has discrete due to characteristics of the flexile die. As an elastic cushion, urethane pads are utilized using hyperelastic material model in the simulation. Formability in view of surface defect such as onset of dimple is compared with regard to various punch sizes. Consequently, it is confirmed that the flexible forming process for sheet material has appropriate capability and feasibility for manufacturing of smoothly curved surface instead of conventional die forming process.
In the sheet metal forming process, the drawbead is used to control the flow of material during the forming process. The drawbead provides proper restraining force to the material and prevents defects such as wrinkling or breakage. For these reasons, many studies for designing the effective drawbead have been conducted. In this paper, the influence of the number of drawbead during the blank forming process will be introduced. For the analysis, the numerical method called the static-explicit finite element method was used. The finite element analysis code for this method has been developed and applied to the drawbead process problems. It is expected that this static-explicit finite element method could overcome heavy computation time and convergence problem due to the increase of drawbeads.
The new FLD of the laser welded blank, which includes FLCs of welded zone and base metals, is introduced. For the forming limits of welded zone, the hemispherical dome punch tests were performed with various widths of asymmetric specimen. The FLC0 as well as the dome height at fracture associated with various specimen widths in the same and different thickness combinations were found to see the formability depending on thickness combinations. In order to show the application of the new FLD, the measured strains of squared cup drawing and simulated strains of door inner panel stamping were compared with those of FLCs. The successful prediction of fracture in the applications reveals that the forming limits of welded zone and base metals should be separately found for more accurate evaluation of the formability and workability of the laser welded blank.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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