증분 시트 폼

Incremental sheet forming

증분 시트 형성(또는 ISF, 싱글 포인트 형성이라고도 함)은 일련의 작은 증분 변형에 의해 시트가 최종 공작물로 형성되는 판금 성형 기법이다.그러나 폴리머와 합성 시트에도 적용할 수 있다는 연구결과가 나왔다.일반적으로 시트는 지름이 5~20mm인 둥근 팁 공구에 의해 형성된다.CNC 기계, 로봇 암 등에 부착할 수 있는 공구는 시트에 약 1mm씩 들여쓰고 원하는 부품에 대한 윤곽선을 따른다.그런 다음 더 들여쓰여 부품에 대한 다음 윤곽선을 시트에 그리고 전체 부품이 형성될 때까지 계속한다.ISF는 공구, 시트, 다이(있는 경우) 사이의 접점 수에 따라 변형으로 나눌 수 있다.SPIF(단일점 증분 형성)라는 용어는 시트의 반대쪽이 전면판 또는 부분 다이가 시트를 지지할 때 TPIF(Two Point Indexual Forming)로 지지될 때 사용된다.

종류들

단일점 증분형성(SPIF)과 양면 증분형성(DSIF)은 IF 프로세스의 두 가지 변형이다.DSIF 프로세스에서 두 개의 공구를 사용하여 양쪽에 시트를 형성하는 반면, SPIF 프로세스는 시트의 한쪽 측면에만 도구를 사용한다.따라서 시트의 양쪽에 형상이 있는 구성 요소(예: 반전된 원뿔)는 DSIF 프로세스에 의해 효과적으로 형성될 수 있다.[1]

기존 판금 성형 대비 장점

공정은 CNC 공정에 의해 전적으로 제어될 수 있기 때문에 기존의 판금 형성에서와 같이 다이(die)가 필요하지 않다.제조 공정에서 다이(die)를 제거하면 다이(die)를 제조할 필요가 없어지기 때문에 1개당 비용이 절감되고 생산량이 적은 런(round time)이 늘어난다.그러나 높은 생산의 경우 다이 생산에 소요되는 시간과 비용은 높은 공정당 속도와 낮은 공정당 비용으로 흡수된다.몇몇 저자들은 증분형성에 의해 강요된 국부적 변형 하에서 금속 재료의 형태적 특성이 기존의 깊은 도면에 비해 더 낫다는 것을 인식하고 있다.[2]이와는 대조적으로 ISF 프로세스와 정확성이 상실된다.[3]

실행

ISF 프로세스는 일반적으로 Z축을 따라 자유롭게 이동할 수 있는 XY 평면에 시트를 클램프하여 구현된다.툴은 XY 평면에서 이동하고 Z축의 움직임과 함께 조정되어 원하는 부품을 만든다.CNC 밀링 머신을 공정에 맞게 개조하는 것이 종종 편리하다.구면, 바닥이 평평한, 포물선 도구 프로파일을 사용하여 다양한 표면 마감 및 형성 한계를 달성할 수 있다.[4]

기계는 위에서 설명한 CNC 도구 접근방식과 함께 다이에 걸쳐 시트를 점진적으로 아래로 끌어 당김으로써 스트레치 형성의 조합을 사용한다.이것은 재료의 두께를 보다 고르게 분포시킨다고 한다.공정을 시뮬레이션하는 데 어려움이 있어 도구 경로가 복잡하고 시간이 많이 소요되므로 이 공정이 일회성 제조에 적합하다.

포드 자동차 회사는 최근 자동차 부품의 신속한 시제품 제작에 구현되고 있는 2점 증분 시트 폼 제조 기술인 포드 프리폼 제작 기술을 출시했다.사람의 얼굴과[5] 두개골[6] 이식 등 복잡한 형상은 이 제조 공정을 이용해 성공적으로 제조됐다.이 기술의 발전은 가까운 장래에 다른 판금 의존 제조업체의 채택을 증가시킬 것으로 예상된다.

적용들

증분형성(IF)은 다음의 영역에 광범위한 용도를 가지는 최근의 제조 공정이다.[7]

  • 바이오메디컬 임플란트
  • 자동차
  • 항공우주
  • 원자로
  • 방어

공정 매개변수 목록

공정의 역학은 다음을 포함한 많은 매개변수의 영향을 받는다.

  • 가로 X-Y 공급 속도,[8]
  • 수직 Z 공급 속도 또는 [9]피치
  • ([10]옵션) 공구 회전,
  • 마찰 계수,[11]
  • 공구 형상(수평),[12]
  • 시트 온도,[13]

현재 연구

몇몇 대학에서 연구가 진행 중이다.[14][15]가장 일반적인 구현은 ISF 프로세스에 사용되는 구형 공구로 전통적인 밀링 머신을 장식하는 것이다.주요 연구 분야는 다음과 같다.

  • 마찰을 줄이기 위한 롤링 도구 개발.
  • 성형 후 시트의 얇아짐 감소
  • 스프링[16][17] 백을 제거하여 정확도 향상
  • 새로운 용도를 개발하고, 특히 공정을 새로운 재료(예: 복합 재료)로 확장하며, 가열 적용
  • 표면 거칠기[19] 개선

참조

  1. ^ Nagargoje, Aniket; Kankar, Pavan; Jain, Prashant; Tandon, Puneet (9 February 2021). "Performance Evaluation of the Data Clustering Techniques and Cluster Validity Indices for Efficient Toolpath Development for Incremental Sheet Forming". Journal of Computing and Information Science in Engineering. 21 (3): 031001. doi:10.1115/1.4048914.
  2. ^ Strano, Matteo (31 December 2004). "Technological Representation of Forming Limits for Negative Incremental Forming of Thin Aluminum Sheets". Journal of Manufacturing Processes. 7 (2): 122–129. doi:10.1016/S1526-6125(05)70089-X.
  3. ^ "Diless NC forming".2008-11-05년에 검색됨.
  4. ^ 단일 점 증분형에서 도구 형상 검토(Cawley et al., 2013)
  5. ^ Behera, Amar Kumar; Lauwers, Bert; Duflou, Joost R. (2014-05-01). "Tool path generation framework for accurate manufacture of complex 3D sheet metal parts using single point incremental forming". 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). "Manufacture of Accurate Titanium Cranio-Facial Implants with High Forming Angle Using Single Point Incremental Forming". 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 February 2021). "Performance Evaluation of the Data Clustering Techniques and Cluster Validity Indices for Efficient Toolpath Development for Incremental Sheet Forming". Journal of Computing and Information Science in Engineering. 21 (3): 031001. doi:10.1115/1.4048914.
  8. ^ Hamilton, K.; Jeswiet, J. (2010). "ScienceDirect". Cirp Annals. 59: 311–314. doi:10.1016/j.cirp.2010.03.016.
  9. ^ Golabi, Sa’id; Khazaali, Hossain (August 2014). "Determining frustum depth of 304 stainless steel plates with various diameters and thicknesses by incremental forming". 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 (August 2015). "Effects of incremental depth and tool rotation on failure modes and microstructural properties in Single Point Incremental Forming of polymers". Journal of Materials Processing Technology. 222: 287–300. doi:10.1016/j.jmatprotec.2015.03.014.
  11. ^ Lu, B.; Fang, Y.; Xu, D.K.; Chen, J.; Ou, H.; Moser, N.H.; Cao, J. (October 2014). "Mechanism investigation of friction-related effects in single point incremental forming using a developed oblique roller-ball tool". 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), "The Effect of the Punch Radius in Dieless Incremental Forming", 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 (December 2008). "Electric hot incremental forming: A novel technique". International Journal of Machine Tools and Manufacture. 48 (15): 1688–1692. doi:10.1016/j.ijmachtools.2008.07.010.
  14. ^ "[1]" 2008-11-05년 검색됨.
  15. ^ J Jeswiet: "Symmetric Single Point 증분형 판금", CIRP Logeno - Manufacturing Technology, 2005
  16. ^ Behera, Amar Kumar; Lu, Bin; Ou, Hengan (2016-03-01). "Characterization of shape and dimensional accuracy of incrementally formed titanium sheet parts with intermediate curvatures between two feature types". 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). "Tool path compensation strategies for single point incremental sheet forming using multivariate adaptive regression splines". 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). "Using Reconfigurable Tooling and Surface Heating for Incremental Forming of Composite Aircraft Parts". Journal of Manufacturing Science and Engineering. 125 (2): 333. doi:10.1115/1.1561456.
  19. ^ Behera, Amar Kumar; Ou, Hengan (2016-12-01). "Effect of stress relieving heat treatment on surface topography and dimensional accuracy of incrementally formed grade 1 titanium sheet parts" (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.

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