Инкрементальное формование листов

Инкрементная формовка листов (или ISF , также известная как формовка в одной точке ) — это метод формования листового металла , при котором лист превращается в конечную заготовку путем серии небольших поэтапных деформаций. Однако исследования показали, что его можно применять и к полимерным и композитным листам. Обычно лист формируется с помощью инструмента с закругленным наконечником, обычно диаметром от 5 до 20 мм. Инструмент, который можно прикрепить к станку с ЧПУ , манипулятору робота или аналогичному устройству, врезается в лист примерно на 1 мм и следует контуру желаемой детали. Затем он делает отступ дальше и рисует следующий контур детали на листе и продолжает делать это до тех пор, пока не будет сформирована полная деталь. ISF можно разделить на варианты в зависимости от количества точек контакта между инструментом, листом и матрицей (если таковые имеются). Термин «одноточечная инкрементная формовка» (SPIF) используется, когда противоположная сторона листа поддерживается лицевой панелью, и термин «двухточечная инкрементная формовка» (TPIF), когда лист поддерживает полная или частичная матрица.

Типы

Одноточечная инкрементальная формовка (SPIF) и двусторонняя инкрементная формовка (DSIF) — это два варианта процесса IF. В процессе DSIF для формирования листа используются два инструмента с каждой стороны, тогда как в процессе SPIF используется только один инструмент на одной стороне листа. Таким образом, компонент, имеющий элементы на обеих сторонах листа, например, перевернутый конус, может быть эффективно сформирован с помощью процесса DSIF. ^[1]

Преимущества по сравнению с традиционной формовкой листового металла

Поскольку процесс может полностью контролироваться с помощью ЧПУ, не требуется штамп, как при традиционной формовке листового металла . Устранение штампа в производственном процессе снижает стоимость единицы изделия и сокращает время выполнения работ при небольших объемах производства, поскольку устраняется необходимость в изготовлении штампа. Однако при больших объемах производства время и затраты на изготовление штампа компенсируются более высокой скоростью обработки детали и более низкой себестоимостью детали. Некоторые авторы признают, что формуемость металлических материалов при локализованной деформации, вызванной поэтапной формовкой, лучше, чем при традиционной глубокой вытяжке . ^[2] Напротив, в процессе ISF происходит потеря точности. ^[3]

Выполнение

Процесс ISF обычно реализуется путем зажима листа в плоскости XY, который может свободно перемещаться вдоль оси Z. Инструмент перемещается в плоскости XY и согласовывается с движениями по оси Z для создания нужной детали. Часто бывает удобно модернизировать фрезерный станок с ЧПУ для выполнения этого процесса. Сферические, плоскодонные и параболические профили инструментов можно использовать для достижения различной степени обработки поверхности и пределов формовки. ^[4]

Машина использует комбинацию формовки с растяжением путем постепенного протягивания листа вниз по штампу с использованием инструмента с ЧПУ, описанного выше. Говорят, что это обеспечивает более равномерное распределение толщины материала. Этот процесс хорошо подходит для единичного производства, хотя трудности с моделированием процесса означают, что траектории движения инструмента сложны и требуют много времени для определения.

Компания Ford Motor недавно выпустила технологию Ford Freeform Fabrication Technology — двухточечную технологию поэтапного формования листов, которая применяется при быстром прототипировании автомобильных деталей. Сложные формы, такие как человеческое лицо. ^[5] и черепные имплантаты ^[6] были успешно изготовлены с использованием этого производственного процесса. Ожидается, что достижения в этой технологии в ближайшем будущем повысят ее внедрение среди других производителей листового металла.

Приложения

Инкрементная формовка (IF) — это новый производственный процесс, имеющий широкий спектр применений в следующих областях. ^[7]

Биомедицинский имплантат
Автомобиль
Аэрокосмическая промышленность
Ядерные реакторы
Оборона

Список параметров процесса

На механику процесса влияет множество параметров, среди которых:

скорость поперечной подачи XY, ^[8]
скорость подачи или шаг по вертикальной оси Z, ^[9]
(опционально) вращение инструмента, ^[10]
коэффициент трения, ^[11]
форма инструмента (радиус), ^[12]
температура листа, ^[13]

Текущие исследования

Исследования ведутся в нескольких университетах. ^[14]^[15] Наиболее распространенным вариантом является оснащение традиционного фрезерного станка сферическим инструментом, используемым в процессе ISF. Ключевые области исследований включают в себя

Разработка инструментов прокатки для уменьшения трения.
Уменьшение утончения листов после формовки
Повысьте точность за счет устранения пружинения. ^[16]^[17]
Разработка новых применений, особенно распространение процесса на новые материалы (например, композиты) и применение нагрева. ^[18]
Улучшить шероховатость поверхности ^[19]

Ссылки

^ Нагаргодже, Аникет; Канкар, Паван; Джайн, Прашант; Тандон, Пунит (9 февраля 2021 г.). «Оценка производительности методов кластеризации данных и индексов достоверности кластеров для эффективной разработки траектории движения инструмента для пошагового формирования листов». Журнал вычислительной техники и информатики в технике . 21 (3): 031001. дои : 10.1115/1.4048914 . S2CID 228968844 .
^ Страно, Маттео (31 декабря 2004 г.). «Технологическое представление пределов штамповки для отрицательной инкрементальной штамповки тонких алюминиевых листов». Журнал производственных процессов . 7 (2): 122–129. дои : 10.1016/S1526-6125(05)70089-X .
^ « Безштамперная ЧПУ-формовка ». Проверено 5 ноября 2008 г.
^ Исследование формы инструмента при пошаговой формовке в одной точке (Cawley et al, 2013)
^ Бехера, Амар Кумар; Лауэрс, Берт; Дюфлоу, Йост Р. (01 мая 2014 г.). «Среда создания траектории инструмента для точного изготовления сложных трехмерных деталей из листового металла с использованием пошаговой формовки в одной точке». Компьютеры в промышленности . 65 (4): 563–584. дои : 10.1016/j.compind.2014.01.002 .
^ Дюфло, Йост Р.; Бехера, Амар Кумар; Ванхове, Ганс; Бертол, Лициан С. (1 января 2013 г.). «Производство точных титановых черепно-лицевых имплантатов с большим углом формования с использованием одноточечной поэтапной формовки». Ключевые инженерные материалы . 549 : 223–230. дои : 10.4028/www.scientific.net/kem.549.223 . ISSN 1662-9795 . S2CID 136559821 .
^ Нагаргодже, Аникет; Канкар, Паван; Джайн, Прашант; Тандон, Пунит (9 февраля 2021 г.). «Оценка производительности методов кластеризации данных и индексов достоверности кластеров для эффективной разработки траектории движения инструмента для пошагового формирования листов». Журнал вычислительной техники и информатики в технике . 21 (3): 031001. дои : 10.1115/1.4048914 . S2CID 228968844 .
^ Гамильтон, К.; Джесвит, Дж. (2010). «Одноточечная инкрементальная формовка при высоких скоростях подачи и скорости вращения: последствия для поверхности и конструкции». Сирп Анналы . 59 : 311–314. дои : 10.1016/j.cirp.2010.03.016 .
^ Голаби, Саид; Хазаали, Хоссейн (август 2014 г.). «Определение глубины усеченного конуса пластин из нержавеющей стали 304 различного диаметра и толщины методом пошаговой формовки». Журнал механических наук и технологий . 28 (8): 3273–3278. дои : 10.1007/s12206-014-0738-6 . ISSN 1738-494X . S2CID 110179841 .
^ Даварпанах, Мохаммед Али; Миркуэй, Амин; Ю, Сяоянь; Малхотра, Раджив; Пилла, Шрикант (август 2015 г.). «Влияние возрастающей глубины и вращения инструмента на виды разрушения и микроструктурные свойства при постепенном формовании полимеров в одной точке». Журнал технологии обработки материалов . 222 : 287–300. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2015.03.014 .
^ Лу, Б.; Фанг, Ю.; Сюй, ДК; Чен, Дж.; Оу, Х.; Мозер, Нью-Хэмпшир; Цао, Дж. (октябрь 2014 г.). «Исследование механизма эффектов, связанных с трением, при пошаговой штамповке в одной точке с использованием разработанного инструмента с наклонными роликами» . Международный журнал станков и производства . 85 : 14–29. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2014.04.007 .
^ Каррино, Л.; Джулиано, Дж.; Страно, М. (2006), «Влияние радиуса пуансона при инкрементальной формовке без штампов», Intelligent Production Machines and Systems , Elsevier, стр. 204–209, doi : 10.1016/b978-008045157-2/50040-7 , ISBN 9780080451572
^ Фань, Гоцян; Гао, Л.; Хусейн, Г.; Ву, Чжаоли (декабрь 2008 г.). «Электрическая горячая инкрементальная формовка: новая техника». Международный журнал станков и производства . 48 (15): 1688–1692. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2008.07.010 .
^ « [1] Архивировано 29 января 2017 г. в Wayback Machine ». Проверено 5 ноября 2008 г.
^ Дж. Джесвит: «Асимметричная одноточечная поэтапная формовка листового металла», Анналы CIRP - Технологии производства, 2005 г.
^ Бехера, Амар Кумар; Лу, Бин; Оу, Хэнган (01 марта 2016 г.). «Характеристика формы и точности размеров деталей из титанового листа, полученных методом инкрементальной формовки, с промежуточной кривизной между двумя типами элементов» . Международный журнал передовых производственных технологий . 83 (5–8): 1099–1111. дои : 10.1007/s00170-015-7649-2 . ISSN 0268-3768 .
^ Бехера, Амар Кумар; Верберт, Йохан; Лауэрс, Берт; Дюфлоу, Йост Р. (01 марта 2013 г.). «Стратегии компенсации траектории инструмента для пошагового формирования листов по одной точке с использованием многомерных сплайнов адаптивной регрессии» . Компьютерное проектирование . 45 (3): 575–590. дои : 10.1016/j.cad.2012.10.045 .
^ Вальчик, Дэниел Ф.; Хосфорд, Джин Ф.; Папазян, Джон М. (2003). «Использование реконфигурируемой оснастки и поверхностного нагрева для постепенного формования композитных деталей самолетов». Журнал производственной науки и техники . 125 (2): 333. дои : 10.1115/1.1561456 .
^ Бехера, Амар Кумар; Оу, Хэнган (01 декабря 2016 г.). «Влияние термообработки для снятия напряжений на топографию поверхности и точность размеров деталей из листового титана класса 1, полученных методом инкрементальной формовки» (PDF) . Международный журнал передовых производственных технологий . 87 (9–12): 3233–3248. дои : 10.1007/s00170-016-8610-8 . ISSN 0268-3768 . S2CID 54579233 .

Внешние ссылки

[1] Нагаргодже, Аникет; Канкар, Паван; Джайн, Прашант; Тандон, Пунит (9 февраля 2021 г.). «Оценка производительности методов кластеризации данных и индексов достоверности кластеров для эффективной разработки траектории движения инструмента для пошагового формирования листов». Журнал вычислительной техники и информатики в технике . 21 (3): 031001. дои : 10.1115/1.4048914 . S2CID 228968844 .

[2] Страно, Маттео (31 декабря 2004 г.). «Технологическое представление пределов штамповки для отрицательной инкрементальной штамповки тонких алюминиевых листов». Журнал производственных процессов . 7 (2): 122–129. дои : 10.1016/S1526-6125(05)70089-X .

[3] « Безштамперная ЧПУ-формовка ». Проверено 5 ноября 2008 г.

[4] Исследование формы инструмента при пошаговой формовке в одной точке (Cawley et al, 2013)

[5] Бехера, Амар Кумар; Лауэрс, Берт; Дюфлоу, Йост Р. (01 мая 2014 г.). «Среда создания траектории инструмента для точного изготовления сложных трехмерных деталей из листового металла с использованием пошаговой формовки в одной точке». Компьютеры в промышленности . 65 (4): 563–584. дои : 10.1016/j.compind.2014.01.002 .

[6] Дюфло, Йост Р.; Бехера, Амар Кумар; Ванхове, Ганс; Бертол, Лициан С. (1 января 2013 г.). «Производство точных титановых черепно-лицевых имплантатов с большим углом формования с использованием одноточечной поэтапной формовки». Ключевые инженерные материалы . 549 : 223–230. дои : 10.4028/www.scientific.net/kem.549.223 . ISSN 1662-9795 . S2CID 136559821 .

[7] Нагаргодже, Аникет; Канкар, Паван; Джайн, Прашант; Тандон, Пунит (9 февраля 2021 г.). «Оценка производительности методов кластеризации данных и индексов достоверности кластеров для эффективной разработки траектории движения инструмента для пошагового формирования листов». Журнал вычислительной техники и информатики в технике . 21 (3): 031001. дои : 10.1115/1.4048914 . S2CID 228968844 .

[8] Гамильтон, К.; Джесвит, Дж. (2010). «Одноточечная инкрементальная формовка при высоких скоростях подачи и скорости вращения: последствия для поверхности и конструкции». Сирп Анналы . 59 : 311–314. дои : 10.1016/j.cirp.2010.03.016 .

[9] Голаби, Саид; Хазаали, Хоссейн (август 2014 г.). «Определение глубины усеченного конуса пластин из нержавеющей стали 304 различного диаметра и толщины методом пошаговой формовки». Журнал механических наук и технологий . 28 (8): 3273–3278. дои : 10.1007/s12206-014-0738-6 . ISSN 1738-494X . S2CID 110179841 .

[10] Даварпанах, Мохаммед Али; Миркуэй, Амин; Ю, Сяоянь; Малхотра, Раджив; Пилла, Шрикант (август 2015 г.). «Влияние возрастающей глубины и вращения инструмента на виды разрушения и микроструктурные свойства при постепенном формовании полимеров в одной точке». Журнал технологии обработки материалов . 222 : 287–300. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2015.03.014 .

[11] Лу, Б.; Фанг, Ю.; Сюй, ДК; Чен, Дж.; Оу, Х.; Мозер, Нью-Хэмпшир; Цао, Дж. (октябрь 2014 г.). «Исследование механизма эффектов, связанных с трением, при пошаговой штамповке в одной точке с использованием разработанного инструмента с наклонными роликами» . Международный журнал станков и производства . 85 : 14–29. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2014.04.007 .

[12] Каррино, Л.; Джулиано, Дж.; Страно, М. (2006), «Влияние радиуса пуансона при инкрементальной формовке без штампов», Intelligent Production Machines and Systems , Elsevier, стр. 204–209, doi : 10.1016/b978-008045157-2/50040-7 , ISBN 9780080451572

[13] Фань, Гоцян; Гао, Л.; Хусейн, Г.; Ву, Чжаоли (декабрь 2008 г.). «Электрическая горячая инкрементальная формовка: новая техника». Международный журнал станков и производства . 48 (15): 1688–1692. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2008.07.010 .

[14] « [1] Архивировано 29 января 2017 г. в Wayback Machine ». Проверено 5 ноября 2008 г.

[15] Дж. Джесвит: «Асимметричная одноточечная поэтапная формовка листового металла», Анналы CIRP - Технологии производства, 2005 г.

[16] Бехера, Амар Кумар; Лу, Бин; Оу, Хэнган (01 марта 2016 г.). «Характеристика формы и точности размеров деталей из титанового листа, полученных методом инкрементальной формовки, с промежуточной кривизной между двумя типами элементов» . Международный журнал передовых производственных технологий . 83 (5–8): 1099–1111. дои : 10.1007/s00170-015-7649-2 . ISSN 0268-3768 .

[17] Бехера, Амар Кумар; Верберт, Йохан; Лауэрс, Берт; Дюфлоу, Йост Р. (01 марта 2013 г.). «Стратегии компенсации траектории инструмента для пошагового формирования листов по одной точке с использованием многомерных сплайнов адаптивной регрессии» . Компьютерное проектирование . 45 (3): 575–590. дои : 10.1016/j.cad.2012.10.045 .

[18] Вальчик, Дэниел Ф.; Хосфорд, Джин Ф.; Папазян, Джон М. (2003). «Использование реконфигурируемой оснастки и поверхностного нагрева для постепенного формования композитных деталей самолетов». Журнал производственной науки и техники . 125 (2): 333. дои : 10.1115/1.1561456 .

[19] Бехера, Амар Кумар; Оу, Хэнган (01 декабря 2016 г.). «Влияние термообработки для снятия напряжений на топографию поверхности и точность размеров деталей из листового титана класса 1, полученных методом инкрементальной формовки» (PDF) . Международный журнал передовых производственных технологий . 87 (9–12): 3233–3248. дои : 10.1007/s00170-016-8610-8 . ISSN 0268-3768 . S2CID 54579233 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]