Inkrementell arkformning
Inkrementell plåtformning (eller ISF , även känd som Single Point Forming ) är en plåtformningsteknik där en plåt formas till det slutliga arbetsstycket genom en serie små inkrementella deformationer. Studier har dock visat att det också kan appliceras på polymer- och kompositark. I allmänhet formas arket av ett verktyg med rund spets, vanligtvis 5 till 20 mm i diameter. Verktyget, som kan fästas på en CNC- maskin, en robotarm eller liknande, drar in sig i plåten med ca 1 mm och följer en kontur för önskad del. Den drar sedan in ytterligare och ritar in nästa kontur för delen i arket och fortsätter att göra detta tills hela delen är bildad. ISF kan delas in i varianter beroende på antalet kontaktpunkter mellan verktyg, plåt och form (ifall det finns några). Termen Single Point Incremental Forming (SPIF) används när den motsatta sidan av arket stöds av en frontplatta och Two Point Incremental Forming (TPIF) när en hel eller partiell form stöder arket.
Typer
Enkelpunkts inkrementell formning (SPIF) och dubbelsidig inkrementell formning (DSIF) är de två varianterna av IF-processen. I DSIF-processen används två verktyg för att forma arket på vardera sidan, medan SPIF-processen endast använder ett verktyg på ena sidan av arket. Således kan en komponent som har särdrag på vardera sidan av arket, t.ex. en inverterad kon, effektivt formas genom DSIF-processen.
Fördelar jämfört med konventionell plåtformning
Eftersom processen helt kan styras av CNC - processer krävs ingen form som vid traditionell plåtformning . Elimineringen av formen i tillverkningsprocessen minskar kostnaden per styck och minskar omloppstiden för låga produktionsserier eftersom behovet av att tillverka en form elimineras. För höga produktionskörningar absorberas emellertid tiden och kostnaden för att tillverka en form av den högre hastigheten per stycke och lägre kostnad per stycke. Flera författare inser att formbarheten av metallmaterial under den lokala deformationen som åstadkommes av inkrementell formning är bättre än vid konventionell djupdragning . Däremot är det en förlust av noggrannhet med ISF-processen.
Genomförande
ISF-processen implementeras vanligtvis genom att klämma fast ett ark i XY-planet, som är fritt att röra sig längs Z-axeln. Verktyget rör sig i XY-planet och koordineras med rörelser i Z-axeln för att skapa den önskade delen. Det är ofta bekvämt att eftermontera en CNC- fräsmaskin för att klara processen. Sfäriska, plattbottnade och paraboliska verktygsprofiler kan användas för att uppnå olika ytfinish och formningsgränser.
Maskinen använder en kombination av sträckformning genom att dra plåten stegvis ned över en form, med CNC-verktyget som beskrivs ovan. Detta sägs ge en jämnare fördelning av tjockleken på materialet. Processen är väl lämpad för engångstillverkning även om svårigheter att simulera processen gör att verktygsbanor är komplexa och tidskrävande att fastställa.
Ford Motor Company har nyligen släppt Ford Freeform Fabrication Technology, en tvåpunkts inkrementell arkformningsteknik som implementeras i snabb prototypframställning av bildelar. Komplexa former som det mänskliga ansiktet och kraniella implantat har tillverkats framgångsrikt med denna tillverkningsprocess. Framsteg inom tekniken förväntas öka användningen inom en snar framtid av andra plåtbaserade tillverkare.
Ansökningar
Inkrementell formning (IF) är en ny tillverkningsprocess med ett brett spektrum av tillämpningar inom följande områden.
- Biomedicinskt implantat
- Bil
- Flyg och rymd
- Kärnreaktorer
- Försvar
Lista över processparametrar
Mekaniken i processen påverkas av många parametrar, inklusive:
- den tvärgående XY-matningshastigheten,
- den vertikala Z-matningshastigheten eller stigningen,
- den (valfria) verktygsrotationen,
- friktionskoefficienten,
- verktygets form (radie),
- arkets temperatur,
Nuvarande forskning
Forskning pågår vid flera universitet. Den vanligaste implementeringen är att utrusta en traditionell fräsmaskin med det sfäriska verktyget som används i ISF-processen. Viktiga forskningsområden inkluderar
- Utveckla rullverktyg för att minska friktionen.
- Minska uttunning av ark efter formning
- Öka noggrannheten genom att eliminera fjädring
- Utveckla nya användningsområden, speciellt utvidga processen till nya material (t.ex. kompositer) och att applicera uppvärmning
- Förbättra ytjämnheten