In cold forging of piston-pin for automobile parts, the flow defect appears by the dead metal zone. This appearance evidently happens in products with a thin piercing thickness for the dimension accuracy and the decrease of material loss. The best method that can prevent flow defect is removing dead metal zone. The purpose of this study is to investigate the material flow behavior of forward-backward extruded piston-pin through the relative velocity ratio and the stroke control of upper moving punch & container using the flow control forming technique. The finite element simulations are applied to analyse the flow defect, then the results are compared with the plasticine model material experiments. The model experiment results are in good agreement with the FE simulation ones.
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.
The process design of backward and forward extrusion of axisymmetric part has been studied in this paper. The important factors of cold forging process with complex geometry are the design of initial billet shape, the possibility of forming by one-stage operation and the determination of preform shapes, etc. Based on the systematic procedure of process sequence design, the forming operation of cold forged part is analyzed by the commercial finite element program, DEFORM. The design criteria are forming load, geo- metrical filling without defect and a sound distribution of effective strain in final product. It is noted that one step of preform operation is required to obtain the final product. Numerical result is compared with experi- mental one. It is found that the analyzed result is in good agreement with actual forming result.
본 연구에서는 UBET를 이용한 프로그램을 개발하여 소성가공 문제에 적용하였 으며, 형단조 가공에서 형 내부의 재료의 비정상 유동을 해석할 수 있는 알고리듬을 제시하였다. 매 변형단계에서 요소별 가공경화를 고려하여 자동적으로 요소시스템 (element system)을 재구성함으로써, UBET에 의한 소성가공 문제 해석을 효율적으로 할 수 있도록 하였다. 축대칭 형단조 문제에 있어서 리브의 높이대 폭의 비가 1.0, 2.0일때 UBET 및 탄소성 유한요소법에 의하여 형 내부의 재료 층만 과정을 시뮬레이션 하였으며, 단조 하중, 다이 충만도 및 재료의 유동 경향을 분석하여 적절한 유동 모델 과 초기 소재의 형상을 구하였다. 모델 재료를 사용한 형단조 모의실험을 수행하여 재료유동 및 변형 단계별 단조 하중분포 등을 구하였으며, 해석결과와 비교 분석하였 다. 또한 후방압출(backward extrusion) 및 평두형 펀치에 의한 평판압입(flat pu- nch indentation) 문제를 해석하였다. 후방압출시 모서리부의 라운딩(rounding) 효 과가 재료 유동에 미치는 영향을 고려하였으며, 평두형 펀치에 의한 평판압입에서는 상당 소성변형률(equivalent plastic strain)의 분포를 탄소성 유한요소법(elastic plastic finite element method)에 의한 결과와 비교하였다.
This paper is related to an analysis on the surface expansion in backward can extrusion process using spherical punches. It is generally known that the backward can extrusion process usually experiences severe normal pressure and heavy surface expansion. This is a reason why the backward can extrusion process is one of most difficult operations among many forging processes. Different punch nose radii have been applied to the simulation to investigate the effect of punch nose radius on the surface expansion, which is a major effort in this study. AA 2024 aluminum alloy is selected as a model material for investigation. Different frictional conditions have also been selected as a process parameter. The pressure applied on the punch has been also investigated since heavy surface expansion as well as high normal pressure on the tool usually leads to severe tribological conditions along the interface between material and tool. The simulation results are summarized in terms of surface expansion at different reduction in height, deformation patterns including strain distributions and maximum pressure exerted on the workpiece and punch, the effect of punch nose radius and the frictional condition on the surface expansion and the location and magnitude of maximum pressure exerted, respectively.
This paper is concerned with the family of parts that generally feature a central hub with radial protrusions. As opposed to conventional forward and backward extrusion, in which the material flows in a direction parallel to that of the punch or die motion, the material flows perpendicular to the punch motion in radial extrusion. Three variants of radial extrusion of a collar or flange are investigated. Case I involves forcing a cylindrical billet against a flat die, Case II involves deformation against a stationary punch recessed in the lower die, and Case III involves both the upper and lower punches moving together toward the center of the billet. Extensive simulational work is performed with each case to see the process conditions in terms of forging load, balanced and symmetrical flow in the flange. Also, the effect of the gap size and die corner radii to the material flow are investigated. In this study, the forming characteristics of radial extrusion will be considered by comparing the forces, shapes etc. The design factors during radial extrusion are investigated by the rigid-plastic FEM simulation.
In this paper, the deformation method for inner and outer races of rollr-bearing bymeans of the warm precision forging is investigated. We adapted the process designsuch as following that, toincrease Die life, reduce heat transfer through conduction and the eccentricity of preform in warm forging of bearing gace, the bottom portion of billet is formed during upsetting process. Then it is backward extruded, and thus obtained ring preform is formed by combined extrusion. Also, we compared it with the froming method in China and Japan, and we have known it is more excellent method. Basides, this forming method is simulated by UBST which is based on the merits of UBET nd FEM. The results show that it is easy to know the exact location of neutral surface through the inspection of streamline during combined extrusion, and the velocity vector distribution along the surface of velocity discontinuity is investigationed. Also the effectiveness of this method is proved by te experiment using model material that is Plasticine.
In this paper, back pressure forging processes of which back pressures are exerted by mechanical forces including spring reaction are simulated by three-dimensional finite element method. The basic three-dimensional approach extended from two-dimensional approach is accounted for. An axisymmetric backward and forward extrusion process having a back pressing die, which is exposed to oscillation of forming load due to variation of reduction ratios with stroke and its related frequent variation of major deforming region, is simulated by both two and three dimensional approaches to justify the presented approach by their comparison. A three-dimensional forging process having a back pressing die attached to the punch by a mechanical spring is simulated and the results are investigated to reveal accuracy of the presented approach.
The plastic instable flow phenomenon happens in practical forming process, I. e. upsetting, backward extrusion, piercing, indentation. And also, it is difficult to control precisely the shape and dimensions of forming process. It is found that instabilities of the process are mainly connected with imperfections in the lubrication, billet eccentricity, inclined punch alignment. In view of the direct relationship between instable material flow and quality defects of the products and for better control of forming operation, we should necessarily find out their phenomena. In this study, we introduced the friction disturbance due to inclined punch angle. Analysis of upset forging is carried out using the rigid plastic FEM and slab method with eccentricity. Also, we considered the buckling parameters of billet with the large aspect ratio in upset forging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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