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Formación incremental de láminas

El conformado incremental de chapa (o ISF , también conocido como conformado de un solo punto ) es una técnica de conformado de chapa metálica en la que una chapa se transforma ...

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El conformado incremental de chapa (o ISF , también conocido como conformado de un solo punto ) es una técnica de conformado de chapa metálica en la que una chapa se transforma en la pieza final mediante una serie de pequeñas deformaciones incrementales. Sin embargo, los estudios han demostrado que también se puede aplicar a chapas de polímero y composite. Generalmente, la chapa se conforma con una herramienta de punta redonda , típicamente de 5 a 20 mm de diámetro. La herramienta, que puede acoplarse a una máquina CNC , un brazo robótico o similar, realiza una indentación en la chapa de aproximadamente 1  mm y sigue el contorno de la pieza deseada. A continuación, realiza una indentación adicional y dibuja el siguiente contorno de la pieza en la chapa, y continúa haciéndolo hasta que la pieza esté completamente formada. El ISF se puede dividir en variantes según el número de puntos de contacto entre la herramienta, la chapa y la matriz (si la hay). El término Conformado Incremental de Un Solo Punto (SPIF) se utiliza cuando el lado opuesto de la chapa está soportado por una placa frontal, y Conformado Incremental de Dos Puntos (TPIF) cuando una matriz completa o parcial soporta la chapa.

Tipos

El conformado incremental de un solo punto (SPIF) y el conformado incremental de doble cara (DSIF) son las dos variantes del proceso IF. En el proceso DSIF, se utilizan dos herramientas para dar forma a la lámina en ambos lados, mientras que el proceso SPIF solo utiliza una herramienta en un lado de la lámina. Por lo tanto, un componente con características en ambos lados de la lámina, por ejemplo, un cono invertido, puede formarse eficazmente mediante el proceso DSIF. [ 1 ]

Ventajas sobre el conformado convencional de chapa metálica

Debido a que el proceso se puede controlar completamente mediante procesos CNC, no se requiere matriz como en el conformado tradicional de chapa metálica . La eliminación de la matriz en el proceso de fabricación reduce el costo por pieza y disminuye el tiempo de entrega para series de producción bajas, ya que se elimina la necesidad de fabricar una matriz. Sin embargo, para series de producción altas, el tiempo y el costo de producir una matriz se compensan con la mayor velocidad por pieza y el menor costo por pieza. Varios autores reconocen que la conformabilidad de los materiales metálicos bajo la deformación localizada impuesta por el conformado incremental es mejor que en el embutido profundo convencional . [ 2 ] En cambio, hay una pérdida de precisión con el proceso ISF. [ 3 ]

Implementación

El proceso ISF generalmente se implementa sujetando una lámina en el plano XY, la cual puede moverse libremente a lo largo del eje Z. La herramienta se mueve en el plano XY y se coordina con los movimientos en el eje Z para crear la pieza deseada. A menudo resulta conveniente adaptar una fresadora CNC para este proceso. Se pueden utilizar perfiles de herramienta esféricos, de fondo plano y parabólicos para lograr diferentes acabados superficiales y límites de conformado. [ 4 ]

La máquina emplea una combinación de conformado por estiramiento, mediante el cual la lámina se estira gradualmente sobre una matriz, con el método de mecanizado CNC descrito anteriormente. Se dice que esto produce una distribución más uniforme del espesor del material. El proceso es adecuado para la fabricación de piezas únicas, aunque las dificultades para simularlo implican que las trayectorias de la herramienta son complejas y requieren mucho tiempo para determinarlas.

Ford Motor Company ha lanzado recientemente la tecnología Ford Freeform Fabrication, una técnica de conformado incremental de chapa en dos puntos que se está implementando en el prototipado rápido de piezas de automoción. Se han fabricado con éxito formas complejas como el rostro humano [ 5 ] e implantes craneales [ 6 ] utilizando este proceso. Se espera que los avances en esta tecnología impulsen su adopción en un futuro próximo por parte de otros fabricantes que dependen de la chapa metálica.

Aplicaciones

El conformado incremental (IF) es un proceso de fabricación reciente que tiene una amplia gama de aplicaciones en las siguientes áreas. [ 7 ]

  • Implante biomédico
  • Automóvil
  • Aeroespacial
  • Reactores nucleares
  • Defensa

Lista de parámetros del proceso

La mecánica del proceso está influenciada por muchos parámetros, entre ellos:

  • la velocidad de avance transversal XY, [ 8 ]
  • la velocidad de avance vertical Z o paso, [ 9 ]
  • la rotación de la herramienta (opcional), [ 10 ]
  • el coeficiente de fricción, [ 11 ]
  • la forma de la herramienta (radio), [ 12 ]
  • la temperatura de la lámina, [ 13 ]

Investigación actual

Se están realizando investigaciones en varias universidades. [ 14 ] [ 15 ] La implementación más común es equipar una fresadora tradicional con la herramienta esférica utilizada en el proceso ISF. Las áreas clave de investigación incluyen:

  • Desarrollar herramientas de laminación para disminuir la fricción.
  • Reducir el adelgazamiento de las láminas después del conformado
  • Aumentar la precisión eliminando el rebote [ 16 ] [ 17 ]
  • Desarrollar nuevos usos, especialmente extendiendo el proceso a nuevos materiales (por ejemplo, compuestos) y aplicando calentamiento [ 18 ].
  • Mejorar la rugosidad de la superficie [ 19 ]

Referencias

  1. ↑ Nagargoje, Aniket; Kankar, Pavan; Jain, Prashant; Tandon, Puneet (9 de febrero de 2021). "Evaluación del rendimiento de las técnicas de agrupamiento de datos e índices de validez de clúster para el desarrollo eficiente de trayectorias de herramientas para el conformado incremental de láminas". Journal of Computing and Information Science in Engineering . 21 (3): 031001. doi : 10.1115/1.4048914 . S2CID 228968844 . 
  2. ↑ Strano, Matteo (31 de diciembre de 2004). "Representación tecnológica de los límites de conformado para el conformado incremental negativo de láminas delgadas de aluminio". Journal of Manufacturing Processes . 7 (2): 122– 129. doi : 10.1016/S1526-6125(05)70089-X .
  3. ↑ " Conformado NC sin troquel ". Consultado el 5 de noviembre de 2008.
  4. ↑ Análisis de las formas de las herramientas en el conformado incremental de un solo punto (Cawley et al, 2013)
  5. ↑ Behera, Amar Kumar; Lauwers, Bert; Duflou, Joost R. (2014-05-01). "Marco de generación de trayectorias de herramientas para la fabricación precisa de piezas complejas de chapa metálica 3D mediante conformado incremental de un solo punto". Computers in Industry . 65 (4): 563– 584. doi : 10.1016/j.compind.2014.01.002 .
  6. ↑ Duflou, Joost R.; Behera, Amar Kumar; Vanhove, Hans; Bertol, Liciane S. (2013-01-01). "Fabricación de implantes craneofaciales de titanio precisos con alto ángulo de formación mediante formación incremental de un solo punto" . Key Engineering Materials . 549 : 223–230 . doi : 10.4028/www.scientific.net/kem.549.223 . ISSN 1662-9795 . S2CID 136559821 .  
  7. ↑ Nagargoje, Aniket; Kankar, Pavan; Jain, Prashant; Tandon, Puneet (9 de febrero de 2021). "Evaluación del rendimiento de las técnicas de agrupamiento de datos e índices de validez de clúster para el desarrollo eficiente de trayectorias de herramientas para el conformado incremental de láminas". Journal of Computing and Information Science in Engineering . 21 (3): 031001. doi : 10.1115/1.4048914 . S2CID 228968844 . 
  8. ↑ Hamilton, K.; Jeswiet, J. (2010). "Conformado incremental de un solo punto a altas velocidades de avance y de rotación: consecuencias superficiales y estructurales". Cirp Annals . 59 : 311–314 . doi : 10.1016/j.cirp.2010.03.016 .
  9. ↑ Golabi, Sa'id; Khazaali, Hossain (agosto de 2014). "Determinación de la profundidad del tronco de cono de placas de acero inoxidable 304 con varios diámetros y espesores mediante conformado incremental". Journal of Mechanical Science and Technology . 28 (8): 3273– 3278. doi : 10.1007/s12206-014-0738-6 . ISSN 1738-494X . S2CID 110179841 .  
  10. ↑ Davarpanah, Mohammad Ali; Mirkouei, Amin; Yu, Xiaoyan; Malhotra, Rajiv; Pilla, Srikanth (agosto de 2015). "Efectos de la profundidad incremental y la rotación de la herramienta en los modos de falla y las propiedades microestructurales en el conformado incremental de un solo punto de polímeros". Journal of Materials Processing Technology . 222 : 287–300 . doi : 10.1016/j.jmatprotec.2015.03.014 .
  11. ↑ Lu, B.; Fang, Y.; Xu, DK; Chen, J.; Ou, H.; Moser, NH; Cao, J. (octubre de 2014). "Investigación del mecanismo de los efectos relacionados con la fricción en el conformado incremental de un solo punto utilizando una herramienta de rodillo-bola oblicua desarrollada" . International Journal of Machine Tools and Manufacture . 85 : 14–29 . doi : 10.1016/j.ijmachtools.2014.04.007 .
  12. ↑ Carrino, L.; Giuliano, G.; Strano, M. (2006), "El efecto del radio del punzón en el conformado incremental sin troquel", Intelligent Production Machines and Systems , Elsevier, pp. 204–209 , doi : 10.1016/b978-008045157-2/50040-7 , ISBN  9780080451572
  13. ↑ Fan, Guoqiang; Gao, L.; Hussain, G.; Wu, Zhaoli (diciembre de 2008). "Conformado incremental en caliente eléctrico: una técnica novedosa". International Journal of Machine Tools and Manufacture . 48 (15): 1688– 1692. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2008.07.010 .
  14. ↑ "Archivado el 29/01/2017 en Wayback Machine . Consultado el 05/11/2008.
  15. ↑ J Jeswiet: "Conformado incremental asimétrico de chapa metálica en un solo punto", CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2005
  16. ↑ Behera, Amar Kumar; Lu, Bin; Ou, Hengan (2016-03-01). "Caracterización de la forma y precisión dimensional de piezas de láminas de titanio formadas incrementalmente con curvaturas intermedias entre dos tipos de características" . The International Journal of Advanced Manufacturing Technology . 83 ( 5– 8): 1099– 1111. doi : 10.1007/s00170-015-7649-2 . ISSN 0268-3768 . 
  17. ↑ Behera, Amar Kumar; Verbert, Johan; Lauwers, Bert; Duflou, Joost R. (2013-03-01). "Estrategias de compensación de trayectoria de herramienta para conformado incremental de láminas de un solo punto utilizando splines de regresión adaptativa multivariante" . Computer-Aided Design . 45 (3): 575– 590. doi : 10.1016/j.cad.2012.10.045 .
  18. ↑ Walczyk, Daniel F.; Hosford, Jean F.; Papazian, John M. (2003). "Uso de herramientas reconfigurables y calentamiento superficial para el conformado incremental de piezas compuestas de aeronaves". Journal of Manufacturing Science and Engineering . 125 (2): 333. doi : 10.1115/1.1561456 .
  19. ↑ Behera, Amar Kumar; Ou, Hengan (2016-12-01). "Efecto del tratamiento térmico de alivio de tensiones en la topografía superficial y la precisión dimensional de piezas de chapa de titanio de grado 1 formadas incrementalmente" (PDF) . The International Journal of Advanced Manufacturing Technology . 87 ( 9–12 ): 3233–3248 . doi : 10.1007/s00170-016-8610-8 . ISSN 0268-3768 . S2CID 54579233 .  
  • Procesos de producción - Conformado incremental de un solo punto
  • Conformado incremental de un solo punto basado en robot