This study examines the forming properties and forming loads needed to increase the edge thickness on the external face of a plate using finite element analysis(FEA). Recently, forming optimization techniques within FEA are being extensively used in designing the optimal forming conditions for processes like forging, extrusion, rolling, and spinning. Most of these existing forming operations involve reducing the volume per unit length, but research for increasing volume per unit length is not very extensive. For this study we chose an automotive engine flywheel which is a welded assembly of a plate and a gear with each component having a different thickness. We considered a forming technique to increase the thickness in order to allow the machining of the gear directly on the external face of plate alleviating the need for a weld. To study various forming techniques, we used the finite element method with the flow stress of material and incremental forming steps. We conclude from this study that the analysis of forming properties and forming loads by using the finite element analysis and testing is useful as a method to increase the thickness per unit length.
Many studies have focused on the optimal design of multi-stage forging molds. For optimal design progress, geometry parameters must be automatically modified, and the updated analysis file delivered. However, existing automation processes set and change parameters at the analysis input file stage, limiting them to simpler tasks like 2D shapes and basic process conditions (e.g., friction, elasticity), making it challenging to handle 3D asymmetric shapes. To address these limitations, an automated program was developed that modifies geometry directly in the CAD model, enabling the automation of complex 3D and asymmetrical shapes. In this process, a 3D mold is generated immediately after the drawing is input, automating the design of both the product and the mold without manual intervention. The program's effectiveness was demonstrated in the design and forging analysis of a multi-stage mold for M10 hex head bolts. This fully automated program reduced preprocessing time by approximately 6.7 times and successfully performed sensitivity analysis without manual input.
Dynamic deformation of metallic materials mostly accompanies substantial amounts of deformation heat. Since the flow stress of deformation is sensitive to temperature, implication of heat due to plastic work is essential to the evaluation of constitutive relations. In this study, a series of compression tests were conducted for SAF 2507 super duplex stainless steel at various temperatures and strain rates. The accumulation of plastic work was calculated through numerical integration and converted into the elevation of temperature. Subsequent logarithmic interpolation deduced isothermal flow surfaces, which were primary input data of finite element analysis. Simple closed die forging process was analyzed and optimized with commercial FEM code applying both raw and calibrated material database. The effect of accounting deformation heat was more noticeable in high-speed forming process.
In this paper, the six sigma scheme together with the rigid-viscoplastic finite element method is employed to obtain the optimal metal flow lines of a hot forging according to the six sigma processes, i.e., five steps such as define, measure, analyze, improve and control. Each step is investigated in detail to meet customer's requirements through improvement of product quality. A forging simulator is used for analysis of the metal flow lines of the hot forging, manufactured by a hot press forging machine, under various conditions of major factors determined at each step. The analyzed results are examined in order to reveal the effects of major factors on the metal flow lines and the formed shapes. The effects are then used to find an optimal process and the optimal process with die is devised and tested. The comparison between the required metal flow lines and the experiments shows that the approach is effective for optimal process design in hot forging considering metal flow lines.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.10a
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pp.233-235
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2001
Residual stress in the forged parts affects the resistance to mechanical failure, dimensional uniformity, and the service life of the parts. In order to elucidate the development of residual stress in open-die forging process, elasto-plastic finite element analysis was implemented to radial forging process. Super duplex stainless steel SAF 2507 was selected as workpiece material and a series of mechanical tests followed by numerical compensation to deformation heating was conducted to obtain necessary flow data. The residual stress distributions were calculated using commercial 3-D FEM code and the effects of process design were evaluated from selected results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.10
s.181
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pp.2610-2618
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2000
In this paper, the elastic deformation of cold forging die has been investigated to improve the accuracy of forged parts with FEM analysis and experiments using the strain gages. In the finite element analysis, two types of analysis are used to predict elastic deformation of die. The one is that dies are considered to be elastic body from initial stage to final one, and the other is that the dies are considered to be rigid body during forging simulation and then considered to be elastic body at elastic analysis. Considering the results of analysis and experiments, it is likely that the analytical results are in good agreement with experimental inspections. The method using the elastic assumption of die relatively takes a lot of time to simulate the forming operation. However, It is better that using an elastic die to predict not only the shape of product but also filling of die cavity.
Voids in a large rotor are formed in solidification process of a cast ingot. The voids have to be eliminated from the rotor by a forming process, because they would became stress-intensity factors which suddenly fracture the rotor in the operation. Previous studies on void-elimination of a large rotor have mainly focused on finding the process variables affecting the void-closure. But the study on the amount of void closure in a large rotor has been very rare. This study was performed to obtain an equation which predicts the amount of void-closure in a forging process of a large rotor and to evaluate the availability of the void-closure equation through finite element analyses. Firstly, 2D FE analysis was carried out to find effects of time integral of hydrostatic stress and effective strain on void volume rate of a large rotor in the upsetting process for various diameters and shapes of void, and material temperature. From the 2D FE analysis, we found that effective strain was suitable for predicting the void-closure of a large rotor, because there was a constant relationship between void volume rate and effective strain. And a void-closure equation was proposed fur predicting void-closure of a large rotor in the upsetting process. Finally, ken the 3D FE analysis, the proposed void-closure equation was verified to be useful for upsetting and cogging processes.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.3
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pp.301-307
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2011
In this paper, effects of major design parameters of cold forging dies on die mechanics are quantitatively investigated with emphasis on shrink fit using a thermoelastic finite element method. A ball-stud cold forging process found in a cold forging company is selected as a test process and the effects of die insert material, magnitude of shrink fit, dimension of shrink ring, number of shrink rings, partition of die insert and clamping force on effective stress and circumferential stress are analyzed. It has shown that the number of shrink rings, magnitude of shrink fit, and Young's modulus of die insert material have strong influence on compressive circumferential stress in die insert but that the influence of the other design parameters is relatively weak.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.4
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pp.257-264
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2016
Solid state joining techniques are increasingly applied in a wide range of industrial applications. Friction welding is a solid state welding technique that is used to join similar or dissimilar materials. In this study, friction welding was applied to rotor shaft composed of a disk and a shaft. The disk and shaft were manufactured by hot forging and rolling, respectively. The aim of the study was to predict the structural characteristics during hot forging and friction welding process for rotor shaft of turbo charger. The structural characteristics were determined by heat input and heat affected zone (HAZ) during a short cycle time. Thus, transient FE analysis for hot forging and friction welding was based on heat transfer. The results were used to predict structural characteristics during hot forging and friction welding processes. The prototype of rotor shaft was manufactured by the result-based process parameters.
Kim, Bong-Su;Choi, In-Su;Choi, Moo-Ho;Lee, Gun-Myung;Kim, Eung-Zu;Joun, Man-Soo
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.6
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pp.164-168
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2012
In this paper, a manufacturing process for a ball bearing outer race is studied by experiments and predictions, which is composed of four hot forging stages and the final hot or warm profile ring rolling stage. An analysis model and some assumption to simulate the profile ring rolling process is introduced. The entire process including the forging stages and ring rolling stage is simulated using a rigid-thermoviscoplastic finite element method and the predictions are compared with the experiments in terms of major dimensions, showing that they are quantitatively very close to each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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