Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1998.10a
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pp.242-247
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1998
The conventional closed-die forging processes had been applied to forging of the spur gears. But this type process requires high pressure. The commercial finite element analysis code ANSYS for the stress and elastic deformation of non-axisymmetric die was adopted in this study. In the non-axisymmetric die such as gear forging, maximum stresses were imposed on the tip of the gear tooth. When the stress exceeds yield strength of insert die, many approaches were attemped to prevent the die failure. Good shaped products are forged successfully. This type process could by used as an advanced technique to replace conventional hobbing process of gear.
Ryu, S.H.;Jung, S.H.;Jeong, H.Y.;Kim, K.I.;Cho, G.S.;Noh, W.
Transactions of Materials Processing
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v.31
no.6
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pp.376-383
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2022
The potential damage region of a WC-Co cemented carbide die is investigated for cold forging process of a wheel-nut by numerical simulation with its chemical composition considered. Numerical simulation is utilized to calculate internal stress, especially for the WC-Co die, during the forging process. Finite element model is established, in which the elasto-plastic properties are applied to the work-piece of bulk steel, and elastic properties are considered for the lower die insert of the WC-Co alloy. This stress analysis enables to distinguish the potential damage regions of the WC-Co die. The regions from calculation are comparatively analyzed along with the crack area observed in the die after repetitive manufacturing. Effect of chemical composition of the WC-Co is also evaluated on characteristics of potential damage region of the die with variance of mechanical properties considered. Derived from Mohr-Coulomb fracture model, furthermore, a new stress index is presented and used for die stress analysis. This index inherently considers hydrostatic pressure and is then capable of deducing wide range of its distribution for representing stress state by modification of its parameter implying pressure sensitivity.
In this study, an axi-symmetric finite element program for elastic analysis of the die set shrink fitted in cold extrusion was developed. The geometrical constraint according to shrink fit was enforced by employing the Lagrange multiplier method. The numerical results for strain and stress distributions in the die set including single and multi stress rings assembled by shrink fit were compared well with the Lame's equation for thick-walled solution available in the literature. To extend the applicability of the analysis program developed, various cases without or with stress ring and with pre-stress applied on stress ring were numerically investigated as well. This numerical approach enables the optimization study to determine optimal dimensions of die set to improve tool life for practical use in industry.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.5
no.1
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pp.11-19
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2002
This study described computer aided die design system for cold forging of non-axisymmetric parts such as gears and splines. To design the cold forging die, an integrated approach based on a rule-base system and commercial F. E. code were adopted. This system is implemented on the personal computer and its environment is a commercial CAD package named as Auto CAD. The system includes four modules. In the initial data input module, variables which are necessary to design of die are inputted by user and die material are selected from the database according to the variables. In the analysis and redesign module, stress distribution acting on the designed die is analyzed by commercial FEM code NISA II with elastic mode. If die failure predicted, the designed die would modified in four ways to prevent die failure in both states of stress free and pressurizing. The developed system provides useful date and powerful capabilities for die design of non-axisymmetric parts.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.11a
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pp.45-53
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2001
Copper bus-bar is made by drawing process and used in many part of industry. When design drawing die for copper bus-bar, design factor is focused on the deformation of die-land by drawing force and shrink fit. In this paper, to determine shrink fit value is analyzed by automatic shrink fit analysis program, APDL/UIDL language in a commercial FEM package, ANSYS, has been developed that enables optimal design of the dies taking into account the elastic deflections generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the process and by using DEFORM software for drawing process analysis. This data can be processed as load input data for a finite element die-stress analysis. Process simulation and stress analysis are thus combined during the drawing die design. The stress analysis of the dies is used to determine optimized dimension of die-land.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2001.10a
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pp.166-171
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2001
Copper bus-bar is made by drawing process and used in many part of industry. When design drawing die for copper bus-bar, design factor is focused on the deformation of die-land by drawing force and shrink fit. In this paper, to determine shrink fit value is analyzed by automatic shrink fit analysis program, APDL/UIDL language in a commercial FEM package, ANSYS, has been developed that enables optimal design of the dies taking into account the elastic deflections generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the process and by using DEFORM software for drawing process analysis. This data can be processed as load input data for a finite element die-stress analysis. Process simulation and stress analysis are thus combined during the drawing die design. The stress analysis of the dies is used to determine optimized dimension of die-land.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.377-380
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2000
The dimensional accuracy of the cold forged part is depended on the elastic characteristics of the die. To obtain the high stiffness of the prestressed die, the first stress ring of the tungsten carbide material is considered. For the design, Lam 's equation is used. The design of the prestressed die has been compared with the conventional that. For the comparison, the FE-analysis using ANSYS has been performed. The results indicate that the prestressed die with the high stiffness can be obtained by the using the high stiffness material as the first stress ring.
In this study, the reason of die fracture occurring in hot forging of an aluminum fixed scroll was studied, based on experiments and finite element predictions. The material is assumed to be rigid-viscoplastic, and the die is rigid for the finite element predictions. The stress in the tension at the wrap root is known to cause brittle fracture, and the increase in the tensile stress is owing to the unbalanced filling of material into the die cavities between both sides of the warp. Based on the empirical and numerical achievements, the effects of geometrical parameters of the material on the die fracture were examined to find practical measures for elongated die life. It has been shown from the parametric study that the material with the optimized trapezoidal cross-section, which can be easily made during cutting or the optimized cylindrical billet with its eccentric placement in the die cavity, can considerably reduce the magnitude of the tensile stress around the die corner fractured, indicating that economical manufacturing with reduced number of stages and elongated die life can be realized at once using the optimized practical initial material.
In this study, an optimal design technique was investigated for determining appropriate dimensions of components of the die set used in the extrusion process. For this, an axi-symmetric elastic finite element program for the analysis of deformation of the shrink fitted die set was developed with the Lagrange multiplier method to implement the constraint condition of shrink fit of stress ring. By coupling the rigid-viscoplastic analysis of extrusion process by CAMPform and elastic analysis of the die set, the optimization study was made by employing optimization program DOT. Considering the various assembly conditions, optimal design was determined for a single stress ring case. It is construed that the proposed design method can be beneficial for improving the tool life of cold extrusion die set at practice.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.3
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pp.9-17
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2000
The use of ceramic inserts in steel forging tools offers significant technical and economic advantages over other materi-als of manufacture. These potential benefits can however only be realised by optimal design of the tools so that the ceramic insert are not subjected to stresses that led to their premature failure. In this paper the data on loading of the tools is determined from a commercial forging simulation package as the contact stress distribution on the die-workpiece interface and as temperature distributions in the die. This data can be processed as load input data for a finite-element die-stress analysis. Process simulation and stress analysis are thus combined during the design and a data exchange program has been developed that enables optimal design of the dies taking into account the elastic detections generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the forging process. The stress analysis of the dies is used to determine the stress conditions on the ceramic insert by considering contact and interference effects under both mechanical and thermal loads. Simulation results have been validated as a result of experimental investigation. Laboratory tests on ceramic insert dies have verified the superior performance of the Zirconia and Silicon Nitride ceramic insert in order to prolong maintenance life.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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