Sheet metals are often required to be formed into three dimensional curved shapes for use as skin structures. As a result various sheet metal forming methods, such as press die forming, stretch forming, and line heating have been used over the years in industrial production lines. Although they are extensively used in industry, these methods are not suitable for small quantity batch productions. Studies have been conducted to improve or replace these methods with plausible flexible forming technologies. As a part of these studies, we developed a new and more efficient forming device named flexibly-reconfigurable roll forming (FRRF). The current study presents the process development and experimental verification for the applicability of this device. To improve the efficiency of the FRRF apparatus, several hardware components were invented and a suitable operating program was developed using MFC of visual C++. The ways to make the FRRF apparatus fully functional are also described. Sheet metal was formed into three dimensional shapes using the FRRF apparatus and the final products are presented as evidence for the applicability of the developed device.
The objective of this study is to compensate the elastic recovery in the flexible forming process using the predictive models. The target shape was limited to two-dimensional shape having only one curvature radius in the longitudinal-direction. In order to predict the shape error the regression and neural network models were established based on the finite element (FE) simulations. A series of simulations were conducted considering input variables such as the elastic pad thickness, the thickness of plate, and the objective curvature radius. Then, at sampling points in the longitudinal-direction, the shape errors between formed and objective shapes could be calculated from the FE simulations as an output variable. These shape errors were expressed to a representative error value by the root mean square error (RMSE). To obtain the correct objective shape the die shape was adjusted by the closed-loop using the neural network model since the neural network model shows a higher capability of estimating the shape error than the regression model. Finally the experimental result shows that the formed shape almost agreed with the objective shape.
Alloy718 is the nickel-base super alloy well used as gas turbine components under severe operating conditions because of its high strength at high temperature and excellent creep resistance. In this study, a coupling bolt for the gas turbine component is manufactured by hot heading process instead of whole machining in order to improve the mechanical properties. Die shape for the hot heading has been designed by general design rule of hot forging and also optimal process condition has been investigated by finite element method. The initial billet temperature and the punch speed have been determined by $1150^{\circ}C$ and 600mm/s on the basis of finite element analysis, respectively. The coupling bolt has been manufactured by 200ton screw press and evaluated by experiment in order to investigate the mechanical properties. As a result of experiment, the mechanical properties such as hardness, tensile strength and creep behavior have been superior to those manufactured by machining.
Flexibly-reconfigurable roll forming (FRRF) is a novel sheet metal forming technology conducive to produce multi-curvature surfaces by controlling strain distribution along longitudinal direction. Reconfigurable rollers could be arranged to implement a kind of punch die set. By utilizing these reconfigurable rollers, desired curved surface can be formed. In FRRF process, three-dimensional surface is formed from two-dimensional curve. Thus, it is difficult to predict the forming result. In this study, a regression analysis was suggested to construct a predictive model for a longitudinal curvature of FRRF process. To facilitate investigation, input parameters affecting the longitudinal curvature of FRRF were determined as maximum compression value, curvature radius in the transverse direction, and initial blank width. Three-factor three-level full factorial experimental design was utilized and 27 experiments using FRRF apparatus were performed to obtain sample data of the regression model. Regression analysis was carried out using experimental results as sample data. The model used for regression analysis was a quadratic nonlinear regression model. Determination factor and root mean square root error were calculated to confirm the conformity of this model. Through goodness of fit test, this regression predictive model was verified.
As the cycling time of new products have become more and more short in recent years, the demand for lowering the cost and reducing the production time becomes stronger. In order for the demand, the rapid prototyping and rapid tooling technology have been used. It has been widely known that RP technology has advantages with fabricating 3-D object having a complicated geometric shape. RP products, however, have a limitation with applying to the real die and mold because soft materials such as resin, paper and wax has been mostly used in RP technology. So in this paper, the RP products have been copied to semi-metallic soft tools using the mixture of metal fillers and epoxy resin. In order to evaluate the effect of the fillers on the characteristics of semi-metallic soft tools, three fillers are used including commercial aluminum powder, cast iron powder recycled by machining chips, and aluminum short fiber made by self-excited vibration technique. Besides, in the case of aluminum powder, the change of characteristics of semi-metallic soft tools is also tested according to the volume fraction of the powder.
As the Mobile and Display technology are being developed quickly, new wireless devices are released in great numbers. They reduce existing devices' life time and demand a reduction of developing period of portable devices. With these demands, existing film cutting mold used many films of portable devices, especially LCD Display, needs to be more precise, and cheaper. In this research, we have analyzed machining characteristics of cutter shapes, materials, and cutting conditions for application to other films. Cutter edge was machined by slot cutting method and CAD program to select the cutter shape and cutter angle. Also, we have determined the optimal cutting conditions using high speed machining experiments to improve the productivity.
The press cutter is productive equipment that practically manufactures mechanical components and polymer-based materials such as fabrics, papers, films, leathers, and rubbers into the desired shapes using a press cutting tool. The plate cutting process is one of the primary energy absorbing mechanisms in a grounding or collision event between a press cutter and a material on a die. The cutting mechanism is complicated and involves plastic flows of a plate in the vicinity of the tip, friction between the wedge and the plate, deformation of the plate. In this paper, we studied the effect of friction between cutter and plastic sheet far producing precise and superior products. In this paper, the press cutter is analyzed numerically using MARC finite element program for a optimization design of a press cutter. The FEM computed results show that the maximum von Mises stress is concentrated on the tip of a press cutter, which may lead to the edge wear or impact wear of the sharp cutter. Based on the FEM result and Taguchi's experimental design method, the optimized design model 9 for a press cutter is recommended as a best one.
In the present study, the effect of microporosity on the tensile properties of as-cast AZ91D magnesium alloy was investigated through experimental observation and numerical prediction. The test specimens were fabricated by die-casting and gravity-casting. For gravity-casting, the inoculation and use of various metallic moulds were applied to obtain a wide range of microporosity. The deficiency of the interdendritic feeding of the liquid phase acted as d dominant mechanism on the formation of the micropores in the Mg-Al-alloys, rather than the evolution of hydrogen gas. Although tensile strength and elongation has a nonlinear and very intensive dependence upon microporosity, the yield strength appeared to have a linear relationship with microporosity. However, it was possible to quantitatively estimate the linear contribution of microporosity on the individual tensile property far a range of microporosity, which was below about B %. The numerical prediction suggests that the effect of microporosity on fractured strength and elongation decreased as the strain hardening exponent increased. Furthermore. the shape and distribution of micropores may play a more dominant role than local plastic deformation on the tensile behavior of AZ9lD alloy.
The mechanical joining process of a sheet metal pair has been developed in order to replace the resistance spot welding process in case that joining of mechanically unweldable materials and coated sheet metals with different thickness are needed. Form-joining or clinching, a kind of mechanical joining process, is defined as joining process of a sheet metal pair by geometric constraint imposed by plastic deformation of workpieces without any additive part. It has been reported that the joining strength by commercial form-joining apparatus is 50∼70 percent of that by resistance spot welding. Therefore, a two-step form-joining process with a secondary punch is proposed. The device is designed to improve the joining strength by increasing the geometric constraint of the deformed shape by combining a primary punch, a secondary punch and a female die. In order to verify the improved joining strength by the designed process, the tensile-shear strength, the peel-tension strength and the asymmetric peel-tension strength are compared with those by the TOX process and resistance spot welding.
During the multi-pass wire drawing process, wires suffer a great amount of plastic deformation that is through the cross-section. This generates tensile residual stress at surface of drawn wires. The generated residual stress on surface is one of the problems for quality of wires so that prediction and reduction of residual stresses is important to avoid unexpected fracture. Therefore, in this study, the effect of process variables such as semi-die angle, bearing length and reduction ratio on the residual stress was evaluated through Finite Element Analysis. Based on the results of the Analysis, a prediction model was established for predicting residual stress on the surface of high carbon steel(AISI1072, AISI1082). To identify the effectiveness of the proposed model, X-ray diffraction is used to measure the residual stresses on the surface. As the result of the comparison between calculated residual stresses and measured residual stresses, the model could be used to predict residual stresses in cold drawn wire.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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