Springback is one of the most difficult phenomena to analyze and control in sheet forming. Most of traditional springback control methods rely on experiences of skilled workers in industrial fields. This study focuses on prediction and generation of optimum reconfigurable die surfaces to control shape errors originated by springback. For this purpose, a deformation transfer function(DTF) was combined with finite element analysis of the springback in the 2D sheet forming model of elastic-perfectly plastic materials under the condition without blank holder. The results showed shape errors within 1% of the objective shape, which were comparable with analytically predicted errors. In addition to this theoretical analysis, DTF method was also applied to 2D and 3D sheet forming experiments. The experimental results showed ${\pm}0.5$ mm and ${\pm}1.0$ mm shape error distribution respectively, demonstrating that reconfigurable die surfaces were predicted well by the DTF method. Irrespective of material properties and sheet thickness, the DTF method was applicable not only to FEM simulation but also to 2D and 3D elasto-reconfigurable die forming. Consequently, this study shows that springback can be controlled effectively in the elasto-RDF system by using the DTF method.
A new approach has been proposed for the incremental analysis of the nonsteady state large deformation of planar anisotropic elastic-plastic sheet forming. A mathematical brief review of a constitutive law for the incremental deformation theory has been presented from flow theory using the minimum plastic work path for elastic-plastic material. Since the material embedded coordinate system(Lagrangian quantity) is used in the proposed theory the stress integration procedure is completely objective. A new return mapping algorithm has been also developed from the general midpoint rule so as to achieve numerically large strain increment by successive control of yield function residuals. Some numerical tests for the return mapping algorithm were performed using Barlat's six component anisotropic stress potential. Performance of the proposed algorithm was shown to be good and stable for a large strain increment, For planar anisotropic sheet forming updating algorithm of planar anisotropic axes has been newly proposed. In order to show the effectiveness and validity of the present formulation earing simulation for a cylindrical cup drawing and front fender stamping analysis are performed. From the results it has been shown that the present formulation can provide a good basis for analysis for analysis of elastic-plastic sheet metal forming processes.
In the roll forming process, a sheet or strip of metal is continuously and progressively formed into a desired cross-sectional profile by feeding it through a series of forming roll. Accordingly, it is important to maintain the material properties of the initial sheet and deform uniformly during the roll forming. The roll forming process was estimated in consideration of some factors such as material properties, strip thickness, roll diameter, roll velocity, and the deformation of the material that influence the forming length. The hydroforming technology has been recognized as a new technique in manufacturing industry, especially in automotive industry. The formed pipe in used in hydroforming process is manufactured by the roll forming. The formability during hydroforming is very sensitive to the state of pipes which are made by roll forming. Particularly the amount of hardening during roll forming affects the formability. Therefore, it is necessary to design the optimum roll flower to reduce the local hardening. In this paper, optimum roll flower which has uniform strain distribution through sheet width was obtained by comparing strain distribution in various roll flower. Finite element analysis(FEA) is performed to estimate the strain distribution related to hardening by roll forming. A numerical analysis is carried out by SHAPE-RF.
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.
The backward tracing scheme(BWT) of the finite element method has been extended lot the design of sheet blank in three-dimensional deformation. Originally the scheme was developed for preform design in bulk forming, and applied to several forming processes successfully. Its key concept is to trace backward from the final desirable configuration to an intermediate preform or initial blocker. A program for initial blank design in sheet forming which contains the capabilities of forward loading simulation by the finite element method and backward tracing simulation, has been developed and proved the effectiveness by applying to a square cup stamping process. In the blank design of square cup stamping, the backward tracing program can produce an optimum blank configuration which forms a sound net-shape cup product without machining after forming. For the confirmation of the analytic result derived from the backward tracing simulations as well as forward loading simulations, a series of experiment were carried out. The experiments include the first trial sheet forming process with a rectangular blank, an improved process with a modified blank preform and the final process with an optimum blank resulted from the backward tracing scheme. The experiments show that the backward tracing scheme has been implemented successfully in blank design of sheet metal forming.
A dynamic explicit finite element code for simulating sheet forming processes has been developed The code utilises the discrete Kirchhoff shell element and contact force is treated by a conventional penalty method. In order to reduce the computational cost a new and robust contact searching algorithm has been developed and implemented into the code. in the method a hierarchical structure of tool segments called a tree structure is built for each tool at the initial stage of the analysis Tree is built in a way to divide a trunk to 8 sub-trunk 2 in each direction until the lowest level of the tree(leaf) contains exactly one segment of the tool. In order to have a well-balanced tree each box on each sub level contains one eighth of the segments. Then at each time step contact line from a node comes out of the surface of the tool. Simulation of various sheet forming processes were performed to verify the validity of the developed code with main focus on he usefulness of the developed contact searching algorithm.
In the present work, rigid-plastic continuum elements employing the shape change and anisotropic effects are derived for the purpose of applying more realistic blankholding force condition in three-dimensional finite element analysis of sheet metal forming process. In order to incorporate the effect of shape change effectively in the derivation of finite element equation using continuum element for sheet metal forming, the convected coordinate system is introduced, rendering the analysis more rigorous and accurate. The formulation is extended to cover the orthotropic material using Hill's quadratic yield function. For the purpose of applying more realistic blankholding force condition, distributed normal and associated frictional tangent forces are employed in the blankholder, which is pressed normal and associated frictional tangent forces are employed in the blankholder, which is pressed against the flange until the resultant contact force with the blank reaches the prescribed value. As an example of sheet metal forming process coupling the effect of planar anisotropy and that of blankholding boundary condition, circular cup deep drawing has been analyzed considering both effects together.
The sectional forming analysis of stamping pocesses for aluminum alloy sheet metals was investigated. For the modeling of the anomalous behavior of aluminum alloy sheet. the Barlat's strain rate potential and Hill's 1990 non-quadratic yield theory with an isotropic hardening rule were employed. The rigid-viscoplastic FEM formulation which solves equilibrium equation for plane-strain stage with mesh-normal geometric constraints was derived. A new method to determine the Barlat's anisotropic coefficients was also suggested. To verify the validity of the formulation, the stretch and draw forming processes of a square cup were simulated.
Based on the experimental observation, the mathematical friction model, which is an essential information for analyzing the forming process of sheet metal, is developed considering lubricant viscosity, surface roughness and hardness, punch corner radius, and punch speed. By comparing the punch load found by FEM with a proposed friction model with experimental measurement when the coated and uncoated steel sheets are formed in 2-D geometry in dry and lubricant conditions, the validity and accuracy of the developed friction model are demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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